JP2023012272A

JP2023012272A - 位置制御装置

Info

Publication number: JP2023012272A
Application number: JP2021115806A
Authority: JP
Inventors: 幸治森; Koji Mori
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-25

Abstract

【課題】送り軸を最終目標位置近くに位置決めする。【解決手段】サーボモータ１７のロータリーエンコーダ１８と、テーブル１９の位置を検出する位置検出器２０と、テーブル１９の合成検出位置を出力する位置合成部２４と、テーブル１９の指令位置と合成検出位置とから指令速度を演算する位置制御部１２と、指令速度とテーブル１９の検出速度とから指令トルクを出力する速度制御部１３と、を備え、速度制御部１３が出力する指令トルクは積分ゲイン項を含み、速度制御部１３は、テーブル１９の最終目標位置の両側に積分ゲイン項減少範囲を設定し、テーブル１９の合成検出位置が積分ゲイン項減少範囲に入ったら積分ゲインを減少させる積分ゲイン減少部２５を含み、積分ゲイン減少部２５は速度チェック位置４におけるテーブル１９の検出速度が低くなるにつれて積分ゲイン項を減少させる割合を小さくする。【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモータを可変制御し、工作機械やロボット等に用いられる位置制御装置に関するものであり、特に軸を停止させる際の位置決め精度を向上させる制御方法に関する。

ＮＣ工作機械などの送り軸を位置制御する際、サーボモータに内蔵するロータリーエンコーダの検出位置によるセミクローズドループ制御以外に、テーブルやサドルなどに取付けたインダクトシンやリニアエンコーダ、別置のロータリーエンコーダなどの位置検出器の検出位置と、サーボモータに内蔵するロータリーエンコーダの検出位置とを組み合わせたフルクローズドループ制御が広く行われている（例えば、特許文献１参照）。

これは、テーブルやサドルなどを動作させて最終目標位置に位置決めさせる際、ボールネジやカップリングなどで発生する捩れ現象やギヤのバックラッシュ、及び摺動面の摩擦力等により、テーブルやサドルなどの実際の位置と、サーボモータに内蔵するロータリーエンコーダの検出位置との間に違いが発生するためであり、インダクトシンやリニアエンコーダ、別置のロータリーエンコーダなどの位置検出器の検出位置を使用することで、テーブルやサドルなどの位置を正確に検出して位置決め制御することが可能になる。

特開昭６０－１９１３１４号公報

ところで、テーブルやサドルなどの送り軸の摺動面がリニアガイドや静圧ガイドの場合、ガイドの動摩擦力は小さく、静摩擦力との差も小さい。このため、送り軸が最終目標位置に近づくにつれて速度が低くなっても、送り軸を駆動する力がガイドの動摩擦力を上回っている間は送り軸を制御することが可能であり、送り軸を最終目標位置、又は最終目標位置近くに位置決めさせることが可能である。

しかし、送り軸の摺動面が滑りガイドの場合、ガイドの動摩擦力は大きく、静摩擦力との差も大きい。このため、送り軸が最終目標位置に近づくにつれて速度が低くなり、送り軸を駆動する力よりもガイドの動摩擦力の方が上回ると、送り軸は最終目標位置に位置決めする前に停止してしまう。

その後、送り軸が停止した位置と最終目標位置との偏差から、送り軸の速度制御部においては、積分ゲイン項の働きによりサーボモータに与える指令トルクが積算され、この指令トルクによる送り軸を駆動する力が、ガイドの静摩擦力を上回った時点で送り軸は再び動き出す。しかし、静摩擦力よりも動摩擦力の方が小さいため、送り軸を駆動する力が動摩擦力を上回っている間は、送り軸はそのまま動き続け、この結果、送り軸は最終目標位置を飛び越して停止する場合がある。

送り軸が最終目標位置を飛び越して停止した場合、サーボモータにはこれまでとは逆の指令トルクが与えられ、送り軸は逆方向に動き出すが、同じ原理で送り軸が再び最終目標位置を飛び越して停止すると、サーボモータには再び逆の指令トルクが与えられ、送り軸は前回とは逆方向に動き出す。この現象の繰り返しにより、送り軸が最終目標位置になかなか位置決めできない場合がある。

本発明は、位置制御装置において送り軸を最終目標位置近くに位置決めすることを目的とする。

本発明の位置制御装置は、サーボモータによって駆動される送り軸の位置を制御する位置制御装置であって、前記サーボモータの回転位置を検出する第１位置検出器と、前記送り軸の位置を検出する第２位置検出器と、前記第１位置検出器からの第１検出位置と、前記第２位置検出器からの第２検出位置とを合成して合成検出位置を出力する位置合成部と、前記送り軸の指令位置と前記位置合成部からの前記合成検出位置との偏差から指令速度を演算して出力する位置制御部と、前記位置制御部からの前記指令速度と前記第１位置検出器からの第１検出位置を微分して得られる検出速度との偏差から指令トルクを出力する速度制御部と、前記指令トルクに基づいて前記サーボモータへの電流を制御する電流制御部と、を備え、前記速度制御部が出力する前記指令トルクは、前記指令速度と前記検出速度との偏差に比例定数を掛けて算出される比例ゲイン項と、前記指令速度と前記検出速度との偏差を積分した積分値に積分定数を掛けて算出される積分ゲイン項とを含み、前記速度制御部は、前記送り軸の最終目標位置の駆動方向の両側に前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲を設定し、前記送り軸の前記合成検出位置が前記積分ゲイン項減少範囲に入ったら前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン減少部を含み、前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項減少範囲の外側に予め設定された速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項を減少させる割合を小さくすること、を特徴とする。

本発明の位置制御装置は、サーボモータによって駆動される送り軸の位置を制御する位置制御装置であって、前記サーボモータの回転位置を検出する第１位置検出器と、前記送り軸の位置を検出する第２位置検出器と、前記第１位置検出器からの第１検出位置と、前記第２位置検出器からの第２検出位置とを合成して合成検出位置を出力する位置合成部と、前記送り軸の指令位置と前記位置合成部からの前記合成検出位置との偏差から指令速度を演算して出力する位置制御部と、前記位置制御部からの前記指令速度と前記第１位置検出器からの第１検出位置を微分して得られる検出速度との偏差から指令トルクを出力する速度制御部と、前記指令トルクに基づいて前記サーボモータへの電流を制御する電流制御部と、を備え、前記速度制御部が出力する前記指令トルクは、前記指令速度と前記検出速度との偏差に比例定数を掛けて算出される比例ゲイン項と、前記指令速度と前記検出速度との偏差を積分した積分値に積分定数を掛けて算出される積分ゲイン項とを含み、前記速度制御部は、前記送り軸の最終目標位置の駆動方向の両側に前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲を設定し、前記送り軸の前記合成検出位置が前記積分ゲイン項減少範囲に入ったら前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン減少部を含み、前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項減少範囲の外側に予め設定された速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項減少範囲を狭くすること、を特徴とする。

本発明の位置制御装置において、前記積分ゲイン減少部は、前記速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項減少範囲を狭くしてもよい。

本発明の位置制御装置において、前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項を減少させる割合を、最終目標位置の近傍で前記送り軸を駆動する力が前記送り軸のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合に設定してもよい。

本発明の位置制御装置において、前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項を減少させる割合を、最終目標位置の近傍で前記送り軸を駆動する力が前記送り軸のガイドの動摩擦力よりも僅かに大きくなるような割合に設定し、前記送り軸の合成検出位置が最終目標位置に到達した際に前記積分ゲイン項がゼロとなるように設定してもよい。

本発明によれば、位置制御装置において送り軸を最終目標位置近くに位置決めすることができる。

実施形態の速度制御装置の制御ブロック図である。図１に示す速度制御装置の積分ゲイン項減少範囲（ａ）と、積分ゲイン項の大きさの変化（ｂ）との例を示す図である。図１に示す速度制御装置の積分ゲイン項減少範囲（ａ）、（ｂ）と、積分ゲイン項の大きさの変化（ｃ）との他の例を示す図である。図１に示す速度制御装置の積分ゲイン項減少範囲（ａ）、（ｂ）と、積分ゲイン項の大きさの変化（ｃ）との他の例を示す図である。対比例の位置制御装置の制御ブロック図である。対比例の速度制御装置の最終目標位置に対する許容範囲（ａ）と、積分ゲイン項の大きさの変化（ｂ）とを示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態の位置制御装置１００について説明する。図１は、サーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８と、テーブル１９に取り付けた位置検出器２０によってテーブル１９の位置制御を行う位置制御装置１００の制御ブロック図である。

図１において、１１はＮＣ装置、１２は位置制御部、１３は速度制御部、１４は速度制御部１３内の比例制御部、１５は速度制御部１３内の積分制御部、１６は電流制御部、１７はサーボモータ、１８はサーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ、１９はテーブル、２０はテーブル１９に取り付けた位置検出器、２１はサーボモータ１７に接続されてテーブル１９を直線駆動するボールネジ、２２は微分器、２４は、ロータリーエンコーダ１８の第１検出位置と位置検出器２０の第２検出位置とを合成して合成検出位置を出力する位置合成部である。また、２５は、速度制御部１３内の積分ゲイン減少部である。ここで、テーブル１９は、位置制御装置１００の制御対象である送り軸であり、ロータリーエンコーダ―１８は、サーボモータ１７の回転位置を検出する第１位置検出器であり、位置検出器２０は、送り軸であるテーブル１９の位置を検出する第２位置検出器である。

ＮＣ装置１１では、加工プログラムから送り軸であるテーブル１９の指令位置を演算して位置制御部１２に転送する。位置制御部１２では、該指令位置と位置合成部２４で演算されるテーブル１９の合成検出位置との偏差から指令速度を演算する。速度制御部１３では、指令速度とサーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８の第１検出位置を微分器２２で微分して演算される検出速度との偏差から指令トルクを演算する。電流制御部１６では、該指令トルクを指令電流に変換すると共に、該指令電流とサーボモータ１７の図示しない検出電流との偏差から、図示しないインバータに入力する指令電流を演算し、サーボモータ１７を駆動する。サーボモータ１７は、ボールネジ２１を回転させて図１中の両矢印で示す駆動方向にテーブル１９を直線移動させる。

ここで、速度制御部１３は、比例制御部１４と積分制御部１５と積分ゲイン減少部２５とから構成されている。比例制御部１４は、指令に対する応答性を高めるために、指令速度と検出速度との偏差に比例定数Ｋｐを掛けて指令トルクの比例ゲイン項を出力する。

積分制御部１５は、該定常偏差を無くすために、指令速度と検出速度との偏差を積分して得られる指令トルクの積分値に積分定数Ｋｉを掛けて積分ゲインを出力する。

積分ゲイン減少部２５は、図１に示す様に、サーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８の第１検出位置を微分器２２で微分した値が送り軸であるテーブル１９の検出速度として入力される。また、位置合成部２４が出力した合成検出位置が入力される。そして、積分ゲイン減少部２５は、入力された検出速度と、合成検出位置に基づいて積分制御部１５が出力した積分ゲインを減少させて積分ゲイン項として出力する。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、積分ゲイン減少部２５は、最終目標位置２の駆動方向のプラス側とマイナス側の両側に積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲Ｗ１を設定する。尚、図２（ａ）、図２（ｂ）では送り軸であるテーブル１９がプラス方向から積分ゲイン項減少範囲Ｗ１に入り、最終目標位置２に向かって減速停止する例を示す。

図２（ａ）において、３は積分ゲイン項減少範囲Ｗ１の境界であり積分ゲイン項の減少を開始する減少開始位置である。４は送り軸であるテーブル１９の速度をチェックするために積分ゲイン項減少範囲Ｗ１の外側に予め設定された速度チェック位置である。速度チェック位置４は、積分ゲイン項の減少開始位置３よりも最終目標位置２からの距離が遠い位置となるように、最終目標位置２からの距離がＷ１よりも長いＬ１の位置に設定する。

そして、積分ゲイン減少部２５は、送り軸であるテーブル１９の検出位置が積分ゲイン項減少範囲Ｗ１の境界である減少開始位置３よりも最終目標位置２に近づいて、積分ゲイン項減少範囲Ｗ１の内側に入ったら、移動するに従って速度制御部１３の積分制御部１５の出力した積分ゲインを減少させて比例ゲイン項に加算される積分ゲイン項として出力する。

この際、積分ゲイン減少部２５は、図２（ｂ）に示す様に、送り軸であるテーブル１９の速度チェック位置４での送り軸の検出速度が高い場合は、積分ゲイン項を減少させる割合を大きくして、最終目標位置２の近傍で積分ゲイン項がゼロとなるようにする。

これにより、送り軸であるテーブル１９の検出速度が高く、テーブル１９を停止させるために大きな減速度、或いはマイナスの加速度が必要となる場合に、積分ゲイン項を減少させる割合を大きくし、テーブル１９の減速度を大きくしてテーブル１９の速度を速やかに低下させ、最終目標位置２近くに位置決めさせることができる。

一方、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、減速度は小さくてもよい。逆に減速度を大きくしすぎると、送り軸が最終目標位置２に到達する前に送り軸であるテーブル１９を駆動する力がガイドの動摩擦力を下回り、最終目標位置２の手前で停止状態となってしまう。このため、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、積分ゲイン項を減少させる割合を送り軸であるテーブル１９の検出速度が高い場合よりも小さくし、送り軸であるテーブル１９の速度を緩やかに低減する。

この際、積分ゲイン項の減少割合は、最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合とし、最終目標位置２を超えてもゼロにならないように設定する。これにより、最終目標位置２の近傍に到達する前に送り軸であるテーブル１９を駆動する力がテーブル１９のガイドの動摩擦力を下回ることがなく、テーブル１９は最終目標位置２の近傍まで移動してくる。そして、最終目標位置２の近傍、或いは最終目標位置２を少し超えた位置でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力よりも小さくなる位置で停止する。

尚、積分ゲイン項の減少割合は、最終目標位置２付近で送り軸であるテーブル１９の駆動力とガイドの動摩擦力が釣り合うように予め調整しておく。調整は、例えば、速度制御部１３の比例ゲイン項や積分ゲイン項を工作機械の状態に合わせてチューニングする際に積分ゲイン項を減らす割合を設定してもよい。また、オンラインでテーブル１９の動摩擦力を計測し、最終目標位置２の近傍でテーブル１９の駆動力と動摩擦力がほぼ同じくらいになるように積分ゲイン項を減らす割合を自動で調整してもよい。

以上説明した位置制御装置１００においては、積分ゲイン項減少範囲Ｗ１の幅は、送り軸であるテーブル１９のガイドや工作機械の仕様によって自由に設定することができる。

また、以上の説明では、送り軸であるテーブル１９の検出速度は、サーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８の第１検出位置を微分器２２で微分した値としているがこれに限らない。例えば、サーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８の第１検出位置とテーブル１９などに取付けたインダクトシンやリニアエンコーダ、別置のロータリーエンコーダなどの位置検出器２０の第２検出位置とを組み合わせた合成検出位置から演算される値、又はＮＣ装置１１が出力する指令位置から演算される値を用いてもよい。

次に図３（ａ）～図３（ｃ）を参照しながら積分ゲイン減少部２５の他の実施例について説明する。先に図２を参照して説明した実施例と異なるのは、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、速度制御部１３の積分ゲイン減少部２５か積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅を送り軸であるテーブル１９の検出速度に応じて可変して、積分ゲイン項の減少開始位置３を送り軸であるテーブル１９の検出速度に応じて可変している点である。

積分ゲイン減少部２５は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、最終目標位置２の駆動方向のプラス側とマイナス側の両側に積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲Ｗ２を設定する。

図３（ｂ）に示す様に、本実施例では、送り軸であるテーブル１９の速度チェック位置４での送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ２以上の場合は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｈに設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２からＷ２Ｈの距離としている。そして、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低くなるにしたがって、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅を狭く設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３が最終目標位置２に近くなるように設定している。

例えば、図３（ｃ）に示す様に、送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ２よりも高いＶ２Ｈの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｈに設定する。一方、送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ２よりも低いＶ２Ｌの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｈよりも狭いＷ２Ｌに設定する。

このように、送り軸であるテーブル１９の検出速度が高い場合は、停止まで減速するのに必要な距離が長くなるので、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｈの様に広くに設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２から遠い位置にして、送り軸であるテーブル１９が積分ゲイン項の減少開始位置３と最終目標位置２との間で十分に減速できるようにする。これにより、送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近傍に速やかに減速停止させる。

一方、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、停止まで減速するのに必要な距離が短いので、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｌの様に狭く設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２に近い位置にする。

先に図２を参照して説明したと同様、テーブル１９の検出速度が低い場合、積分ゲイン項に減少割合は、最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合で、最終目標位置２を超えてもゼロにならないように設定されている。このため、最終目標位置２の近傍に到達する前に送り軸であるテーブル１９を駆動する力がテーブル１９のガイドの動摩擦力を下回ることがなくテーブル１９は最終目標位置２の近傍まで移動し、最終目標位置２の近傍、或いは最終目標位置２を少し超えた位置でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力よりも小さくなる位置に停止する。

次に図４（ａ）～図４（ｃ）を参照しながら積分ゲイン減少部２５の他の実施例について説明する。先に図２、３を参照して説明した実施例と異なるのは、図４（ａ）、図４（ｂ）に示す様に、速度制御部１３の積分ゲイン減少部２５が積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅と、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３での積分ゲイン項の減少割合とを可変にしている点である。

積分ゲイン減少部２５は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、最終目標位置２の駆動方向のプラス側とマイナス側の両側に積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲Ｗ３を設定する。

図４（ｂ）に示す様に、本実施例では、送り軸であるテーブル１９の速度チェック位置４での送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ３以上の場合は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅をＷ３Ｈに設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２からＷ３Ｈの距離としている。そして、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低くなるにしたがって、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅を狭く設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３が最終目標位置２に近くなるように設定している。

例えば、図４（ｃ）に示す様に、送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも大きいＶ３Ｈの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅をＷ３Ｈに設定する。一方、送り軸の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも小さいＶ３Ｌの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅をＷ３Ｈよりも狭いＷ３Ｌに設定する。

また、図４（ｃ）に示す様に、送り軸であるテーブル１９の速度チェック位置４での送り軸であるテーブル１９の検出速度が高い場合は、積分ゲイン項を減少させる割合を大きくし、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、積分ゲイン項を減少させる割合を小さくしている。

このように、送り軸であるテーブル１９の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも高いＶ３Ｈの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅を広いＷ３Ｈに設定し、最終目標位置２からの距離がＷ３Ｈの位置から積分ゲインの減少を開始するとともに、積分ゲイン項の減少割合を大きく設定する。また、送り軸であるテーブル１９の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも低いＶ３Ｌの場合、積分ゲイン減少部２５は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅を狭いＷ３Ｌに設定し、最終目標位置２からの距離がＷ３Ｌの位置から積分ゲインの減少を開始するとともに、積分ゲインの減少割合を送り軸であるテーブル１９の検出速度がＶ３Ｈの場合よりも小さくする。

このように、速度チェック位置４における送り軸であるテーブル１９の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも高い場合は、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２から遠い位置となるように設定し、テーブル１９の合成検出位置が積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の範囲内に入った際の積分ゲイン項を減少させる割合を大きくすることにより、送り軸であるテーブル１９が積分ゲイン項の減少開始位置３と最終目標位置２との間で十分に減速でき、送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近くに位置決めできる。

一方、速度チェック位置４における送り軸であるテーブル１９の検出速度が速度閾値Ｖ３よりも低い場合は、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２に近い位置に設定すると共に、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の範囲内での積分ゲイン項を減少させる割合を少なくする。この場合、積分ゲイン項に減少割合は、最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合に調整されている。このため、最終目標位置２の近傍に到達する前に送り軸であるテーブル１９を駆動する力がテーブル１９のガイドの動摩擦力を下回ることがなくテーブル１９は最終目標位置２の近傍まで移動し、最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力よりも小さくなる位置に停止する。

次に図５、図６を参照しながら対比例の位置制御装置２００について説明する。先に図１～図４を参照して説明した実施形態の位置制御装置１００と同一の部位には同一の符号を付して説明は省略する。図５に示す様に、対比例の位置制御装置２００は、積分ゲイン減少部２２５に送り軸であるテーブル１９の検出速度が入力されず、図６に示す様に、速度制御部１３の積分ゲイン減少部２２５での積分ゲイン項を減少させる割合や最終目標位置２に対する許容範囲Ｗ０は、送り軸の検出速度によらず一定である。

図５に示す対比例の位置制御装置２００は、最終目標位置２に対して許容範囲Ｗ０を設け、送り軸が許容範囲Ｗ０の中に入ったら、速度制御部１３の積分ゲイン減少部２２５で積分ゲイン項の割合を減少させることで、サーボモータに与える指令トルクを減少させて送り軸を許容範囲の中で速やかに減速停止させ、最終目標位置２の近くに位置決めさせる。

しかし、対比例の位置制御装置２００では、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低く、許容範囲Ｗ０の幅が大きい場合、積分ゲイン項を減少させる割合が大きいと、送り軸であるテーブル１９が最終目標位置２に到達する前に停止してしまい、最終目標位置２の近くに位置決めできない場合がある。

また、対比例の位置制御装置２００では、送り軸の検出速度が高く、許容範囲Ｗ０の幅が小さい場合、積分ゲイン項を減少させる割合が小さいと、送り軸が許容範囲Ｗ０の中で減速停止する前に許容範囲Ｗ０の中から飛び出してしまい、最終目標位置２の近くに位置決めできない場合がある。

これに対して、実施形態の位置制御装置１００は、速度制御部１３における積分ゲイン減少部２５において、最終目標位置２の駆動方向の両側に積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲Ｗ１を設定し、送り軸の合成検出位置が積分ゲイン項減少範囲Ｗ１に入ったら、送り軸の検出速度が低くなるにつれて積分ゲイン項を減少させる割合を小さくしている。これにより、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合に、最終目標位置２の近傍に到達する前に送り軸であるテーブル１９を駆動する力がテーブル１９のガイドの動摩擦力を下回ることがなく、送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近傍まで到達させた後にテーブル１９を最終目標位置２の近くに停止させることができる。このため、対比例の位置制御装置２００よりも送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近くに位置決めすることができる。

また、実施形態の位置制御装置１００では、速度制御部１３における積分ゲイン減少部２５において、送り軸であるテーブル１９の検出速度が高い場合は、最終目標位置２の駆動方向の両側に設定する積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｈの様に広くし、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｌの様に狭くする。

これにより、送り軸であるテーブル１９の検出速度が高い場合は、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２から遠い位置にして、送り軸が積分ゲイン項の減少開始位置３と最終目標位置２との間で十分に減速できるようにして、送り軸を最終目標位置２の近傍で速やかに減速停止させることができる。また、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、積分ゲイン項減少範囲Ｗ２の幅をＷ２Ｌの様に狭く設定し、積分ゲイン項の減少開始位置３を最終目標位置２に近い位置にして、送り軸であるテーブル１９が最終目標位置２の近傍で速やかに減速停止させることができる。このため、対比例の位置制御装置２００よりも送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近くに位置決めすることができる。

更に、実施形態の位置制御装置１００では、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３の幅と、積分ゲイン項減少範囲Ｗ３での積分ゲイン項の減少割合とを共に可変にしているので、対比例の位置制御装置２００よりも送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近くに位置決めすることができる。

以上説明した実施形態の位置制御装置１００では、積分ゲイン減少部２５は、サーボモータ１７に内蔵するロータリーエンコーダ１８の第１検出位置を微分器２２で微分した値が送り軸であるテーブル１９の検出速度として入力されることとして説明したがこれに限らない。例えば、外部から送り軸の検出速度を入力せず、内部に微分器を備え、入力された合成検出位置を微分して送り軸の検出速度として用いるように構成してもよい。

また、以上の説明では、送り軸であるテーブル１９の検出速度が低い場合は、積分ゲイン項の減少割合は、最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合とし、最終目標位置２を超えてもゼロにならないようにすることと説明したがこれに限らない。例えば、積分ゲイン項の減少割合を最終目標位置２の近傍でテーブル１９を駆動する力が送り軸であるテーブル１９のガイドの動摩擦力よりも少し大きくなるような割合とし、最終目標位置２を越えたら積分ゲイン項をゼロとするようにしてもよい。これにより、送り軸であるテーブル１９を最終目標位置２の近くに停止させることができる。

以上の説明では、位置制御装置１００は、直線移動するテーブル１９の位置を制御することとして説明したが、これに限らない。送り軸は、直線移動するものに限らず、回転移動するものについても同様である。

２最終目標位置、３減少開始位置、４速度チェック位置、１１ＮＣ装置、１２位置制御部、１３速度制御部、１４比例制御部、１５積分制御部、１６電流制御部、１７サーボモータ、１８ロータリーエンコーダ、１９テーブル、２０位置検出器、２１ボールネジ、２２微分器、２４位置合成部、２５、２２５積分ゲイン減少部、１００、２００位置制御装置、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３積分ゲイン項減少範囲。

Claims

サーボモータによって駆動される送り軸の位置を制御する位置制御装置であって、
前記サーボモータの回転位置を検出する第１位置検出器と、
前記送り軸の位置を検出する第２位置検出器と、
前記第１位置検出器からの第１検出位置と、前記第２位置検出器からの第２検出位置とを合成して合成検出位置を出力する位置合成部と、
前記送り軸の指令位置と前記位置合成部からの前記合成検出位置との偏差から指令速度を演算して出力する位置制御部と、
前記位置制御部からの前記指令速度と前記第１位置検出器からの第１検出位置を微分して得られる検出速度との偏差から指令トルクを出力する速度制御部と、
前記指令トルクに基づいて前記サーボモータへの電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記速度制御部が出力する前記指令トルクは、前記指令速度と前記検出速度との偏差に比例定数を掛けて算出される比例ゲイン項と、前記指令速度と前記検出速度との偏差を積分した積分値に積分定数を掛けて算出される積分ゲイン項とを含み、
前記速度制御部は、前記送り軸の最終目標位置の駆動方向の両側に前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲を設定し、前記送り軸の前記合成検出位置が前記積分ゲイン項減少範囲に入ったら前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン減少部を含み、
前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項減少範囲の外側に予め設定された速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項を減少させる割合を小さくすること、
を特徴とする位置制御装置。
サーボモータによって駆動される送り軸の位置を制御する位置制御装置であって、
前記サーボモータの回転位置を検出する第１位置検出器と、
前記送り軸の位置を検出する第２位置検出器と、
前記第１位置検出器からの第１検出位置と、前記第２位置検出器からの第２検出位置とを合成して合成検出位置を出力する位置合成部と、
前記送り軸の指令位置と前記位置合成部からの前記合成検出位置との偏差から指令速度を演算して出力する位置制御部と、
前記位置制御部からの前記指令速度と前記第１位置検出器からの第１検出位置を微分して得られる検出速度との偏差から指令トルクを出力する速度制御部と、
前記指令トルクに基づいて前記サーボモータへの電流を制御する電流制御部と、を備え、
前記速度制御部が出力する前記指令トルクは、前記指令速度と前記検出速度との偏差に比例定数を掛けて算出される比例ゲイン項と、前記指令速度と前記検出速度との偏差を積分した積分値に積分定数を掛けて算出される積分ゲイン項とを含み、
前記速度制御部は、前記送り軸の最終目標位置の駆動方向の両側に前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン項減少範囲を設定し、前記送り軸の前記合成検出位置が前記積分ゲイン項減少範囲に入ったら前記積分ゲイン項を減少させる積分ゲイン減少部を含み、
前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項減少範囲の外側に予め設定された速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項減少範囲を狭くすること、
を特徴とする位置制御装置。
請求項１に記載の位置制御装置であって、
前記積分ゲイン減少部は、前記速度チェック位置における前記送り軸の前記検出速度が低くなるにつれて前記積分ゲイン項減少範囲を狭くしていくこと、
を特徴とする位置制御装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の位置制御装置において、
前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項を減少させる割合を、最終目標位置の近傍で前記送り軸を駆動する力が前記送り軸のガイドの動摩擦力と釣り合うような割合に設定すること、
を特徴とする位置制御装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の位置制御装置において、
前記積分ゲイン減少部は、前記積分ゲイン項を減少させる割合を、最終目標位置の近傍で前記送り軸を駆動する力が前記送り軸のガイドの動摩擦力よりも僅かに大きくなるような割合に設定し、前記送り軸の前記合成検出位置が最終目標位置に到達した際に前記積分ゲイン項がゼロとなるように設定すること、
を特徴とする位置制御装置。