JP2005099981A - 同期運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御軸毎に独立した位置制御部14、214と速度制御部15、215とをそれぞれ有する複数のモータ制御装置13、213に対して、同時に複数の前記制御軸に位置指令を出力することのできる位置指令出力部を有する数値制御装置11による同期運転方法において、位置指令を同時に複数のモータ制御装置13、213に指令して、モータ制御装置で独立に位置および速度制御して同期制御を行う場合に、同期運転している複数の制御軸の少なくとも1軸の速度制御部内の積分器に対して不完全積分を行うようにした。
【選択図】 図1
Description
検出周期の異なる位置検出器を用いた場合などに、前記位置制御ゲインを補正することによって、検出周期などの違いを補正し、同期運転を行う方法がある。
図7は従来の数値制御装置の1例を示すブロック図である。
図7では、説明を簡単にするために2つの制御軸間の同期運転について説明する。71は数値制御装置、72はモータを駆動するモータ制御装置、73は同期する複数の制御軸に対し同時に位置指令を出力する位置指令出力部、74は位置指令に従ってモータを制御する位置制御部、75は位置制御部から出力される速度指令に従ってモータを制御する駆動制御部、76はモータ制御装置によって駆動されるモータ、77はモータの位置および速度を検出する検出器、78は第1の制御軸の遅れ要素1、79は前記遅れ要素1に基づき、補正した第1の制御軸の位置制御ゲイン1、710は第2の制御軸の遅れ要素2、711は前記遅れ要素2に基づき、補正した第2の制御軸の位置制御ゲイン2、712は、モータの回転を直線運動に変換し、可動テーブル713を駆動するボールネジ、714は、第1の制御軸と第2の制御軸とを連結する連結ビームを示す。
まず、73の位置指令出力部から2つの制御軸のモータ制御装置に対し、位置指令が同時に指令される。各々のモータ制御装置には、異なる遅れ要素78、710を持っているため、モータ制御装置の遅れ要素に基づく位置制御ゲイン79、711を設定する。
モータ制御装置の位置制御部は、設定された位置制御ゲインでモータを制御するが、各制御軸の遅れ要素を考慮して、制御ゲインを設定しているため、同一ゲインを設定した場合に比べて、同期精度が向上する。
図8はその動く歩道のスクリューロッド同期制御方法のブロック図であり、マスター回転検出器120で検出されたマスターモータ40の回転速度V1に対し所要の係数を掛けた回転速度V1′を、指令値VSと比較すると共に、スレーブモータ41については、マスターモータ40の回転位置P1に対するスレーブモータ41の回転位置P2の偏差ΔP2に対して適宜所要の位置ゲインを掛けて回転速度に換算した偏差ΔP2′を求め速度指令値VSに加算し、スレーブ回転検出器121で検出された回転速度V2に対し所要の係数を掛けた回転速度V2′を前記偏差ΔP2′が加算された指令値VSと比較し、スレーブモータ42については、マスターモータ40の回転位置P1に対するスレーブモータ42の回転位置P3の偏差ΔP3に対して適宜所要の位置ゲインを掛けて回転速度に換算した偏差ΔP3′を求めて速度指令値VSに加算し、スレーブ回転検出器122で検出された回転速度V3に対し適宜所要の係数を掛けた回転速度V3′を前記偏差ΔP3′が加算された指令値VSと比較して同期制御を行っている。
また、位置検出器の検出周期が同一で位置制御ゲインが同一値に設定できる場合でも、異なる慣性モーメントの負荷を制御する場合は、負荷によって発振限界が異なるため、速度制御部や電流制御部の制御ゲインを同一に設定することが困難であり、このような場合、特に加減速時に同期精度が悪化する場合があった。
さらに、同じモータ、検出器および制御ゲインであっても、ボールネジのピッチエラー、リニアガイドの平行度のわずかな相違等、機械的要因のために完全に同期させることができず、異常トルクを出力する場合やオーバーロード等の異常を発生することもあった。
そこで、本発明は、位置指令を同時に複数の制御軸に指令し同期制御を行う同期制御において、電気的、機械的要因によって完全な同期が困難な場合でも、同期精度を確保し、かつ異常なトルクを出力しない同期制御方法を提供することを目的としている。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置による同期運転方法において、同期運転中の加減速時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくし、一定速時には、不完全積分率を小さくして、完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置による同期運転方法において、送り制御軸のガントリ構造のように制御軸が速結されていて同期運転を行う場合において、同期運転中の停止時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくして同期制御軸間の捻れによる異常なトルク出力を低減し、加減速および一定速時には不完全積分率を小さくして完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明によれば、同期運転中の加減速時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくし、一定速時には、不完全積分率を小さくして、完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることによって、速度制御部または電流制御部の制御ゲインを同一に設定することが困難である場合でも同期精度を確保し、サーボ剛性を持つ同期制御を行うことができるという効果がある。
さらに、請求項3に記載の発明によれば、同期運転中の停止時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくして同期制御軸間の捻れによる異常なトルク出力を低減し、加減速および一定速時には不完全積分率を小さくして完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることによって、切削を行うため高いサーボ剛性が必要な制御軸の同期運転を行うことができるという効果がある。
ここでは説明を簡単にするため、2つの制御軸を同期制御する場合に第1の制御軸を完全積分、第2の制御軸を不完全積分とした例について説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る同期運転方法が適用される数値制御装置のブロック図である。
図2は図1に示す速度制御部の詳細ブロック図である。
図1において、11は位置指令を同時に複数の制御軸に出力する数値制御装置、12は制御軸に出力する位置指令を作成する位置指令作成部、13は位置指令に従ってモータ17を駆動するために位置、速度および電流制御を行う第1の制御軸のモータ制御装置、14はモータ制御装置13の位置制御部であり、図示していないが、モータ17の位置フィードバックを位置指令と比較した偏差に位置制御比例ゲインを乗じて速度指令を出力する。
一方、213はモータ217を駆動するために位置、速度および電流制御を行う第2の制御軸のモータ制御装置、214はモータ制御装置213の位置制御部、215はモータ制御装置213の速度制御部であり、こちらを第2の制御軸としているので、第1の制御軸の速度制御部15と同様モータ217の速度フイードバックを速度指令と比較した速度偏差に速度制御比例ゲインを乗じた後、後述するように、積分器を不完全積分として動作させている。
216はモータ制御装置213の電流制御部、217はモータ制御装置213によって駆動されるモータ、218はモータ217の位置等を検出する検出器となっている。
そして数値制御装置11は、モータ制御装置13およびモータ制御装置213に同時に位置指令を出力し、各々の前記モータ制御装置の位置、速度および電流制御の制御ゲインを極力同一設定とすることによって、第1の制御軸と第2の制御軸間で同期運転を行うことできるが、第1の実施の形態では、更に、第2の制御軸の速度制御部215の積分器を不完全積分器として第1、第2同期軸間のトルクバランスを取っている。
図6は図1、図2に示す各部の動作波形を示す図であり、図6(a)は、目標指令位置を位置制御周期毎の増分値に分割した位置制御部への位置指令、図6(b)は、位置指令とモータに取り付けられた検出器等からの位置フィードバックとの間の偏差に位置制御ゲインを乗じて求められる速度制御部への速度指令、図6(c)は、モータに取り付けられた検出器等からの速度フィードバック、図6(d)は、速度制御部内の積分器に積算された積算値、図6(e)は、速度制御部に基づくモータの出力トルクである。
まず、モータ制御装置13とモータ制御装置213の制御ゲインを全く同一に設定したとして、図6(a)に示すような位置指令を入力する。このとき、検出器18および検出器218に検出タイミング差があったとする。例えば、50[μs]の検出タイミング差があるとすると速度10000[rmin-1]で運転した場合では3.0[度]の同期誤差を生じることになる。
そこで、本発明のように積分器22を不完全積分とした場合、積分器22の積算値を速度制御周期毎に積分器22の入力から不完全積分率24を乗算した値ずつ減算し、積分器22への入力を減少させるため、速度偏差があっても積分器22の値は、図6(d)の(2)および図6(e)の(2)のように増加率が徐々に減少し、出力トルクを抑えることができる。
これによってモータ17の第1の制御軸と、モータ217の第2制御軸とのトルクバランスが取れ、引き込み等による異常トルクの発生が防止できる。
図3は本発明の第2の実施の形態に係る同期運転方法が適用される速度制御部のブロック図である。図4は図3に示す速度制御部の処理のフローチャートある。
図3に示す第2の実施の形態は、積分器の不完全積分率を切り替える不完全積分率切替部36を有する場合であり、31は速度指令と速度フィードバックの偏差に乗算される速度制御ゲイン、32は偏差を積算する積分器、33は積分器32の積分時定数、34は第1不完全積分率、35は第2不完全積分率、36は不完全積分率切替部である。
図4は請求項2における加減速時と一定速時の不完全積分率を切り替える場合の切替判別部のフローチャートである。
まず、今回周期の位置指令と前回周期の位置指令の差を取り、今回周期の指令速度を求める(ステップ41)。
次に、今回指令速度と前回指令速度を比較し、
(イ)同一であったら一定速状態と見なし、第1の不完全積分率34を選択し(ステップ42)、
(ロ)同一値でない場合は、加減速中と見なし、第2の不完全積分率35を選択する(ステップ42′)。
最後に、今回周期の指令速度を次回周期の計算用に保存する(ステップ43)。そして、速度制御部の積分器に対して、選択した不完全積分率に応じた制御を行う。
図5は本発明の第3の実施の形態に係る速度制御部の処理のフローチャートである。
図5は、ガントリ構造等で、停止時と加減速および一定速時の不完全積分率を切り替える場合の切替判別部のフローチャートである。
まず、今回周期の位置指令と前回周期の位置指令の差を取り、今回周期の指令速度を求める(ステップ51)。
次に、今回周期実速度を検出器等から求める。(ステップ52)
次に今回指令速度が0でかつ今回周期の実速度が予め設定した停止状態と見なす速度以下であるかを判別し、
(イ)停止状態の場合は、第1の不完全積分率34を選択し(ステップ53)、
(ロ)停止状態でない場合は、移動中と見なし、第2の不完全積分率35を選択する(ステップ53′)。
そして、速度制御部の積分器に対して、選択した不完全積分率に応じた制御を行う。
なお、ここまではモータ17とモータ217による2軸同期の例について説明したが、これに限定されるものでは無く、3軸以上複数の同期軸についても適用可能である。
12 位置指令作成部
13、213 モータ制御装置
14、214 位置制御部
15、215 速度制御部
16、216 電流制御部
17、217 モータ
18、218 検出器
21、31 速度制御比例ゲイン
22、32 積分器
23、33 積分時定数
24 積算値を積分器の入力ヘフィードバックする係数
34 積算値を積分器の入カヘフィードバックする第1の係数
35 積算値を積分器の入カヘフィードバックする第2の係数
36 不完全積分率を切り替える不完全積分率切替部
Claims (3)
- 制御軸毎に独立した位置制御部と速度制御部とをそれぞれ有する複数のモータ制御装置に対して、同時に複数の前記制御軸に位置指令を出力することのできる位置指令出力部を有する数値制御装置による同期運転方法において、
位置指令を同時に複数の前記モータ制御装置に指令して、前記モータ制御装置で独立に位置および速度制御して同期制御を行う場合に、同期運転している複数の制御軸の少なくとも1軸の速度制御部内の積分器に対して不完全積分を行うことを特徴とする数値制御装置による同期運転方法。 - 同期運転中の加減速時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくし、一定速時には、不完全積分率を小さくして、完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置による同期運転方法。
- 送り制御軸のガントリ構造のように制御軸が連結されていて同期運転を行う場合において、同期運転中の停止時には、同期運転している少なくとも一軸の制御軸の不完全積分率を大きくして同期制御軸間の捻れによる異常なトルク出力を低減し、加減速および一定速時には不完全積分率を小さくして完全積分に近づけてもしくは完全積分としてサーボ剛性を上げるように運転中に不完全積分率を切り替えることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置による同期運転方法。
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