JP2011145884A - 軌跡制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の可動軸のモータを同時制御することにより可動部の軌跡を制御する軌跡制御装置10において、サーボ系応答軌跡を演算するサーボ系応答軌跡算出部1と、誤差ベクトルを演算する誤差ベクトル算出部2と、誤差ベクトルとサーボ系応答軌跡の所定の参照点における移動方向に基づいて補正ベクトルを演算する補正ベクトル演算部3と、補正ベクトルを各軸に分配して各可動軸の補正量を演算する各軸補正量演算部4と、各可動軸の補正量を対応する軸の位置指令に加算する補正量加算部5、6と、各可動軸の位置がそれぞれの軸の補正後位置指令に追従するように各軸のモータ駆動トルクを出力することによりそれぞれの軸のモータを制御するサーボ制御部7、8を備えた。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明に係る軌跡制御装置の実施の形態1の概略構成を示すブロック図である。図1において、指令経路は、NCプログラム等の形式で機械の各可動軸の位置指令(第1軸位置指令Xc1と第2軸位置指令Xc2)として軌跡制御装置10に与えられる。各可動軸は直線軸を対象としている。
例えば、図2に示した規範モデル部12の伝達関数Gm(s)は次式で表される。
また、サーボ系の応答遅れ時間は、規範モデル部12の伝達関数から求めることができる。ここでは、サーボ系に一定速度の入力が与えられたときの指令に対する応答の定常的な遅れ時間をサーボ系応答遅れ時間とする。図2に示した規範モデル部12では、サーボ系応答遅れ時間tdは第1モデルゲインK1の逆数となり、次式で表される。
図3において、サーボ系応答軌跡Xrは破線のような経路をとり、時刻tにおいてxr(t)の位置にある。誤差ベクトル算出部2では、時刻tにおけるサーボ系応答位置ベクトルxr(t)から、同時刻における位置指令ベクトルxc(t)を減算して、誤差ベクトルe(t)を求める。これらを式で表すと、次式となる。
補正ベクトル演算部3では、この参照点xr(t+td)におけるサーボ系応答軌跡Xrの移動方向に垂直な方向のベクトル、すなわち法線ベクトルと、移動方向に同一な方向のベクトル、すなわち接線ベクトルを求め、誤差ベクトルをそれぞれの方向へ射影したベクトル(正射影ベクトル)を求める。
実施の形態2の構成は実施の形態1と概略同一である。相違点は、補正ベクトル演算部3における参照点および補正ベクトルの決定方式である。以下、これらの相違点について説明する。サーボ系応答軌跡算出部1の動作は、実施の形態1と同様である。
図7は、本発明の実施の形態3におけるサーボ系応答軌跡算出部1の動作を説明する図である。図7において、この実施の形態3では、サーボ系モデルを用いてサーボ系応答軌跡Xrを求めるのではなく、位置指令の情報のみを用いて求める。指令形状が円弧などのなめらかに変化する形状である場合、指令経路の加速度方向に加速度の大きさに比例して軌跡誤差が生じる性質がある。この比例係数は、サーボ系の応答性から定める。時刻tにおけるサーボ系応答の位置を、同時刻における位置指令に誤差ベクトルe(t)を加算することにより求める。誤差ベクトルe(t)は、位置指令の加速度ベクトルd2xc/dt2に、係数aをかけることにより求める。この係数aは、サーボ系応答遅れ時間tdの二乗に比例するように定める。この関係式は、指令加速度と軌跡誤差量の関係を実測して求める方法のほか、円弧指令時の軌跡誤差量の理論値と指令加速度の比を解析的に求める方法により設定する。後者の方法では、サーボ系の周波数応答伝達関数の絶対値に指令半径を乗じた値を指令半径から引くことにより円弧指令時の軌跡誤差量を求め、この軌跡誤差量を指令加速度で除することにより求める。半径R、各速度ωの円弧指令時の場合、軌跡誤差量と指令加速度の比は、サーボ系の伝達関数G(s)を用いて以下の式で与えられる。
2 誤差ベクトル算出部
3 補正ベクトル演算部
4 各軸補正量演算部
5 第1軸補正量加算部
6 第2軸補正量加算部
7 第1軸サーボ制御部
8 第2軸サーボ制御部
10 軌跡制御装置
11 サーボ制御部
12 規範モデル部
13 機械系
14 第1軸モータ
15 第2軸モータ
16 第1軸負荷
17 第2軸負荷
20、22、26 減算器
21、23 モデルゲイン乗算器
24、25 積分器
31 加算器
27 位置制御器
28 加減算器
29 速度制御器
30 乗算器
32 モータ
33 負荷
Claims (7)
- 機械の可動部が複数の可動軸によって駆動され、前記複数の可動軸のモータを同時制御することにより前記可動部の軌跡を制御する軌跡制御装置において、
前記複数の可動軸のうちの少なくとも2以上の可動軸の位置指令に基づいてサーボ系応答軌跡を演算するサーボ系応答軌跡算出部と、
前記位置指令と前記サーボ系応答軌跡とに基づいて誤差ベクトルを演算する誤差ベクトル算出部と、
前記誤差ベクトルと前記サーボ系応答軌跡の所定の参照点における移動方向に基づいて補正ベクトルを演算する補正ベクトル演算部と、
前記補正ベクトルを前記2以上の可動軸に分配して各可動軸の補正量を演算する各軸補正量演算部と、
前記各可動軸の補正量をそれぞれ対応する可動軸の位置指令に加算して前記各可動軸ごとに補正後位置指令を求めるために前記各可動軸ごとに設けられた補正量加算部と、
前記各可動軸の位置がそれぞれの前記補正後位置指令に追従するように各可動軸のモータ駆動トルクを出力することにより各可動軸のモータを制御するために前記各可動軸ごとに設けられたサーボ制御部を備えることを特徴とする軌跡制御装置。 - 前記補正ベクトル演算部は、前記誤差ベクトルを前記参照点における前記サーボ系応答軌跡の移動方向に垂直な方向に射影したベクトルに第1補正ゲインを乗じたベクトルと、前記誤差ベクトルを前記参照点における前記サーボ系応答軌跡の移動方向と同一の方向に射影したベクトルに第2補正ゲインを乗じたベクトルの和を補正ベクトルとして出力することを特徴とする請求項1記載の軌跡制御装置。
- 前記補正ベクトル演算部は、前記誤差ベクトルを前記参照点における前記サーボ系応答軌跡の移動方向に垂直な方向に射影したベクトルに補正ゲインを乗じたベクトルを補正ベクトルとして出力することを特徴とする請求項1記載の軌跡制御装置。
- 前記補正ベクトル演算部における参照点は、サーボ系の応答遅れ時間だけ先の時刻における前記サーボ系応答軌跡上の点であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の軌跡制御装置。
- 前記補正ベクトル演算部における参照点は、指令位置を通り前記サーボ系応答軌跡に垂直な直線と、前記サーボ系応答軌跡との交点であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の軌跡制御装置。
- 前記サーボ制御部は規範モデル部を用いた2自由度制御器を有し、前記サーボ系応答軌跡算出部は、前記サーボ制御部で用いられている前記規範モデル部と同一のモデルに前記位置指令を与えたときの出力軌跡をサーボ系応答軌跡として出力することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の軌跡制御装置。
- 前記サーボ系応答軌跡算出部は、各時刻における前記位置指令の加速度ベクトルにサーボ制御部の応答性で決まる所定の係数を乗じたベクトルを前記位置指令の軌跡から差し引いた軌跡をサーボ系応答軌跡として出力することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の軌跡制御装置。
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