JP2543125B2 - 送り軸の位置制御装置 - Google Patents
送り軸の位置制御装置Info
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- JP2543125B2 JP2543125B2 JP63056870A JP5687088A JP2543125B2 JP 2543125 B2 JP2543125 B2 JP 2543125B2 JP 63056870 A JP63056870 A JP 63056870A JP 5687088 A JP5687088 A JP 5687088A JP 2543125 B2 JP2543125 B2 JP 2543125B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、数値制御（以下、単にNCとする）工作機械
等における送り軸の位置制御装置、特に送り軸起動直前
時の送り軸動作の不感帯を的確に検出して制御する位置
制御装置に関する。
等における送り軸の位置制御装置、特に送り軸起動直前
時の送り軸動作の不感帯を的確に検出して制御する位置
制御装置に関する。
（従来の技術） 従来より、NC工作機械等において位置を高精度に制御
する必要がある送り軸の位置制御には、位置検出器とし
て制御対象の位置を直接的に検出できるインダクトシ
ン，光学方式スケールといった直接型位置検出器を採用
すると共に、直接型位置検出器の出力を位置フィードバ
ック信号として、位置の閉ループを構成するいわゆるフ
ルクローズドループ制御が広く用いられている。
する必要がある送り軸の位置制御には、位置検出器とし
て制御対象の位置を直接的に検出できるインダクトシ
ン，光学方式スケールといった直接型位置検出器を採用
すると共に、直接型位置検出器の出力を位置フィードバ
ック信号として、位置の閉ループを構成するいわゆるフ
ルクローズドループ制御が広く用いられている。
第６図はフルクローズドループ制御を採用した送り軸
駆動系の一例を示しており、減算器１は位置指令XCから
位置フィードバック信号XIを減算し、その位置誤差Xeを
算出している。位置フィードバック信号XIは、制御対象
であるテーブル11の機械位置をインダクトシン12及び13
によって直接的に検出した位置検出信号である。位置誤
差Xeは増幅器２によって増幅され、増幅器２の出力は速
度指令VCとなる。又、電動機６に機械的に連結された電
動機の回転位置及び速度を検出する検出器７の速度検出
信号は、速度フィードバック信号Ｖとして減算器３に入
力される。減算器３は速度指令VCから速度フィードバッ
ク信号Ｖを減算し、その速度誤差Veを算出する。速度誤
差VeはPID増幅器４によって増幅され、電動機６のトル
ク指令TCとなる。トルク指令TCは電力増幅器５によって
電力増幅され、その出力はトルク指令TCに相当するトル
クを電動機６に発生させるための電流ICとなる。電流IC
によって電動機６に発生したトルクは、歯車列8,9を介
してボールネジ10に伝達される。ボールネジ10は、この
伝達トルクをテーブル11の推進力に変換する。
駆動系の一例を示しており、減算器１は位置指令XCから
位置フィードバック信号XIを減算し、その位置誤差Xeを
算出している。位置フィードバック信号XIは、制御対象
であるテーブル11の機械位置をインダクトシン12及び13
によって直接的に検出した位置検出信号である。位置誤
差Xeは増幅器２によって増幅され、増幅器２の出力は速
度指令VCとなる。又、電動機６に機械的に連結された電
動機の回転位置及び速度を検出する検出器７の速度検出
信号は、速度フィードバック信号Ｖとして減算器３に入
力される。減算器３は速度指令VCから速度フィードバッ
ク信号Ｖを減算し、その速度誤差Veを算出する。速度誤
差VeはPID増幅器４によって増幅され、電動機６のトル
ク指令TCとなる。トルク指令TCは電力増幅器５によって
電力増幅され、その出力はトルク指令TCに相当するトル
クを電動機６に発生させるための電流ICとなる。電流IC
によって電動機６に発生したトルクは、歯車列8,9を介
してボールネジ10に伝達される。ボールネジ10は、この
伝達トルクをテーブル11の推進力に変換する。
一般に送り軸駆動系は、第６図に示す様に電動機６の
出力トルクを歯車列8,9及びボールネジ10などの機構部
を介して制御対象（テーブル10）に伝達する構成となっ
ており、このために歯車列8,9のバックラッシュやボー
ルネジ10の伸縮，ねじれ変形等に起因したロストモーシ
ョンの発生を避けることができない。
出力トルクを歯車列8,9及びボールネジ10などの機構部
を介して制御対象（テーブル10）に伝達する構成となっ
ており、このために歯車列8,9のバックラッシュやボー
ルネジ10の伸縮，ねじれ変形等に起因したロストモーシ
ョンの発生を避けることができない。
第７図は、トルク伝達機構部にロストモーショLMCを
有する送り軸駆動系の動きをモデル的に示すものであ
り、以下にテーブル停止中におけるテーブル位置と電動
機の回転位置との相対関係について説明する。すなわ
ち、Ｎ方向への移動によってテーブルを位置決めした場
合、テーブル位置に対する電動機の回転位置関係は、位
置決め時においては（ａ）位置となる。位置決めにより
第６図の位置誤差XeがXe＝０となり、電動機速度ＶがＶ
＝０となるとPID増幅器４の入力Veも０となる。一般にP
ID増幅器４の増幅率は有限であるため、PID増幅器４の
出力である電動機６のトルク指令TCは、０に向って徐々
に減少していくことになる。これが電動機動作に与える
影響は次の様になる。電動機のテーブルに対する回転位
置関係が第７図における位置（ａ）の状態にある位置決
め時は、電動機のトルク出力はテーブルから電動機が受
ける反力に対抗するトルクとなるため、電動機トルク指
令が減少すると電動機はテーブルからの反力に対向でき
なくなるため、位置関係は（ｂ）方向へ移り変って行く
ことになる。又、テーブル停止中において、外部より電
動機に対してＰ方向の外力が加わり電動機がＰ方向へ動
かされた場合も、テーブルと電動機の回転位置関係は
（ｂ）方向へ移り変わって行く。逆にＰ方向移動から位
置決めした場合は、Ｎ方向の位置決め時と同様の理由で
テーブルと電動機の回転位置関係は、（ｃ）より（ｂ）
方向へ移り変わって行くことになる。この様なテーブル
停止中における電動機の回転位置変化は、テーブル位置
に対して何ら影響を与えずテーブルは移動しない。
有する送り軸駆動系の動きをモデル的に示すものであ
り、以下にテーブル停止中におけるテーブル位置と電動
機の回転位置との相対関係について説明する。すなわ
ち、Ｎ方向への移動によってテーブルを位置決めした場
合、テーブル位置に対する電動機の回転位置関係は、位
置決め時においては（ａ）位置となる。位置決めにより
第６図の位置誤差XeがXe＝０となり、電動機速度ＶがＶ
＝０となるとPID増幅器４の入力Veも０となる。一般にP
ID増幅器４の増幅率は有限であるため、PID増幅器４の
出力である電動機６のトルク指令TCは、０に向って徐々
に減少していくことになる。これが電動機動作に与える
影響は次の様になる。電動機のテーブルに対する回転位
置関係が第７図における位置（ａ）の状態にある位置決
め時は、電動機のトルク出力はテーブルから電動機が受
ける反力に対抗するトルクとなるため、電動機トルク指
令が減少すると電動機はテーブルからの反力に対向でき
なくなるため、位置関係は（ｂ）方向へ移り変って行く
ことになる。又、テーブル停止中において、外部より電
動機に対してＰ方向の外力が加わり電動機がＰ方向へ動
かされた場合も、テーブルと電動機の回転位置関係は
（ｂ）方向へ移り変わって行く。逆にＰ方向移動から位
置決めした場合は、Ｎ方向の位置決め時と同様の理由で
テーブルと電動機の回転位置関係は、（ｃ）より（ｂ）
方向へ移り変わって行くことになる。この様なテーブル
停止中における電動機の回転位置変化は、テーブル位置
に対して何ら影響を与えずテーブルは移動しない。
次に、停止中のテーブルがＰ方向あるいはＮ方向に起
動する場合を考える。第７図において起動直前の電動機
位置が（ｂ）であるとすると、Ｐ方向移動の場合は電動
機がＰ方向にLMPだけ動く間、又Ｎ方向移動の場合は電
動機がＮ方向にLMNだけ動く間、いずれもテーブルは動
作しないことになる。この様にフルクローズドループ制
御を採用した送り軸駆動系では、停止中でのテーブル位
置と電動機の回転位置関係がロストモーションLMCの範
囲内で不定となるため、テーブル起動時において起動直
前のテーブル位置と電動機の回転位置との相対関係によ
って決まるテーブル動作の不感帯を生じ、不感帯内での
電動機回転動作中テーブルは停止状態となるため、この
間の位置指令XCに対する実際のテーブル位置XIの動作は
遅れてしまうことになる。
動する場合を考える。第７図において起動直前の電動機
位置が（ｂ）であるとすると、Ｐ方向移動の場合は電動
機がＰ方向にLMPだけ動く間、又Ｎ方向移動の場合は電
動機がＮ方向にLMNだけ動く間、いずれもテーブルは動
作しないことになる。この様にフルクローズドループ制
御を採用した送り軸駆動系では、停止中でのテーブル位
置と電動機の回転位置関係がロストモーションLMCの範
囲内で不定となるため、テーブル起動時において起動直
前のテーブル位置と電動機の回転位置との相対関係によ
って決まるテーブル動作の不感帯を生じ、不感帯内での
電動機回転動作中テーブルは停止状態となるため、この
間の位置指令XCに対する実際のテーブル位置XIの動作は
遅れてしまうことになる。
第８図は送り軸駆動系（Ｘ軸,Y軸）に直線指令を与え
た場合の位置指令軌跡と、Ｘ−Ｙテーブルの実際位置と
の軌跡関係を示している。Ｘ軸及びＹ軸のロストモーシ
ョン量の差、あるいは起動直前時の両軸それぞれのテー
ブル位置と電動機の回転位置との相対関係に違いが存在
すると、Ｘ−Ｙ軸のテーブル動作の不感帯量及び不感帯
動作時間は異なり、結果としてＸ−ＹテーブルのＸ軸方
向とＹ軸方向への実際のテーブル起動タイミングはズレ
てしまうことになる。第８図は、Ｙ軸の起動直前時にお
けるテーブル動作の不感帯がＸ軸の起動直前時における
テーブル動作の不感帯に比べ大きい場合、Ｙ軸方向への
テーブル起動がＸ軸方向へのテーブル起動に対して遅れ
るために発生する軌跡の誤差を示している。
た場合の位置指令軌跡と、Ｘ−Ｙテーブルの実際位置と
の軌跡関係を示している。Ｘ軸及びＹ軸のロストモーシ
ョン量の差、あるいは起動直前時の両軸それぞれのテー
ブル位置と電動機の回転位置との相対関係に違いが存在
すると、Ｘ−Ｙ軸のテーブル動作の不感帯量及び不感帯
動作時間は異なり、結果としてＸ−ＹテーブルのＸ軸方
向とＹ軸方向への実際のテーブル起動タイミングはズレ
てしまうことになる。第８図は、Ｙ軸の起動直前時にお
けるテーブル動作の不感帯がＸ軸の起動直前時における
テーブル動作の不感帯に比べ大きい場合、Ｙ軸方向への
テーブル起動がＸ軸方向へのテーブル起動に対して遅れ
るために発生する軌跡の誤差を示している。
第９図は第８図と同様な直線指令の場合において、テ
ーブル起動時にＹ軸電動機の回転位置指令に対しては任
意の補正量Ｃを加えた場合の位置軌跡の様子を示すもの
である。起動直前のＸ軸及びＹ軸のテーブル位置と電動
機の回転位置との関係が、第７図においてＸ軸は（ｃ）
位置,Y軸は（ｂ）位置にあると仮定し、テーブル起動時
にＹ軸電動機の回転位置指令に補正量Ｃを加えることに
よって、Ｙ軸電動機は補正量Ｃだけ速かな回転動作を行
なう様に制御されるとしたならば、補正量ＣにＣ＝LMP
を選択すると軌跡誤差はほとんど解消できることが分
る。これは、Ｙ軸電動機がLMPだけ速かに回転動作する
ことにより、Ｙ軸方向のテーブル動作不感帯時間が極め
て短くなり、結果としてＹ軸方向及びＸ軸方向の実際の
テーブルの動作開始がほとんど一致するからである。し
かしながら、補正量ＣにＣ＜LMPなる量を選択すると、
Ｙ軸方向のテーブル動作不感帯時間は一部短縮されるだ
けで、軌跡誤差の縮少効果は小さい。又、補正量ＣにＣ
＞LMPなる量を選択すると、起動直後においてテーブル
はＹ軸方向に位置指令値を越えた動作、いわゆる“飛び
越し”を起こすことになり、結果として補正量Ｃを加え
ない場合と反対方向の軌跡誤差を発生することになる。
ーブル起動時にＹ軸電動機の回転位置指令に対しては任
意の補正量Ｃを加えた場合の位置軌跡の様子を示すもの
である。起動直前のＸ軸及びＹ軸のテーブル位置と電動
機の回転位置との関係が、第７図においてＸ軸は（ｃ）
位置,Y軸は（ｂ）位置にあると仮定し、テーブル起動時
にＹ軸電動機の回転位置指令に補正量Ｃを加えることに
よって、Ｙ軸電動機は補正量Ｃだけ速かな回転動作を行
なう様に制御されるとしたならば、補正量ＣにＣ＝LMP
を選択すると軌跡誤差はほとんど解消できることが分
る。これは、Ｙ軸電動機がLMPだけ速かに回転動作する
ことにより、Ｙ軸方向のテーブル動作不感帯時間が極め
て短くなり、結果としてＹ軸方向及びＸ軸方向の実際の
テーブルの動作開始がほとんど一致するからである。し
かしながら、補正量ＣにＣ＜LMPなる量を選択すると、
Ｙ軸方向のテーブル動作不感帯時間は一部短縮されるだ
けで、軌跡誤差の縮少効果は小さい。又、補正量ＣにＣ
＞LMPなる量を選択すると、起動直後においてテーブル
はＹ軸方向に位置指令値を越えた動作、いわゆる“飛び
越し”を起こすことになり、結果として補正量Ｃを加え
ない場合と反対方向の軌跡誤差を発生することになる。
（発明が解決しようとする課題） 以上説明した様に、フルクローズドループ制御を採用
した送り軸駆動系では、軸起動時に系のロストモーショ
ン範囲内で生じる送り軸動作の不感帯に起因して軸動作
の遅れが発生した。このため、多軸を同期して起動する
場合には、位置指令軌跡と実際の送り軸位置軌跡との間
に軌跡誤差が発生した。このことから、送り軸起動時の
動作遅れを減少させ、軌跡誤差の小さい高精度なテーブ
ルの位置制御を安定に行なうには、起動直前におけるテ
ーブル位置と電動機の回転位置との相対関係を的確に把
握して制御することが必要である。しかしながら従来の
位置制御装置では、この両者の相対関係を把握して制御
することができなかった。
した送り軸駆動系では、軸起動時に系のロストモーショ
ン範囲内で生じる送り軸動作の不感帯に起因して軸動作
の遅れが発生した。このため、多軸を同期して起動する
場合には、位置指令軌跡と実際の送り軸位置軌跡との間
に軌跡誤差が発生した。このことから、送り軸起動時の
動作遅れを減少させ、軌跡誤差の小さい高精度なテーブ
ルの位置制御を安定に行なうには、起動直前におけるテ
ーブル位置と電動機の回転位置との相対関係を的確に把
握して制御することが必要である。しかしながら従来の
位置制御装置では、この両者の相対関係を把握して制御
することができなかった。
本発明は上述の様な事情からなされたものであり、本
発明の目的は、送り軸駆動系における制御対象の位置と
これを駆動する電動機の回転位置との相対関係を的確に
検出することにより、特に多軸同期運転時に発生する軌
跡誤差の縮少化を図った送り軸の位置制御装置を提供す
ることにある。
発明の目的は、送り軸駆動系における制御対象の位置と
これを駆動する電動機の回転位置との相対関係を的確に
検出することにより、特に多軸同期運転時に発生する軌
跡誤差の縮少化を図った送り軸の位置制御装置を提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段） 本発明は、電動機による送り軸駆動系のロストモーシ
ョンに起因して、送り軸の起動時や反転時に生じる送り
軸の不感帯移動量を不感帯補正量として、前記送り軸の
起動時や反転時を検出して、位置指令値に前記不感帯補
正量を加算し、これを制御する送り軸の位置制御装置に
関するもので、本発明の上記目的は、電動機発生トルク
あるいはこれと同等な電動機トルク指令値が、予め設定
された摩擦トルクと等しくなった時の、電動機に結合さ
れた位置検出手段からの位置検出値より、送り軸の位置
を直接的に検出する位置検出手段からの位置検出値を減
算した結果を差信号として、移動方向毎に算出保持する
２つの第１の差分検出部と、前記２つの位置検出値の差
である第２の差信号を常時算出する減算器と、前記２つ
の第１の差信号から第２の差信号を減算して、送り軸の
起動時や反転時に生じる移動方向別の２つの前記不感帯
補正量を算出する２つの減算器と、起動検出部より出力
される送り軸の起動指令や反転指令を検出する移動検出
信号及び移動方向検出信号から、送り軸の動作方向に基
づいて前記２つの減算器出力の内１つを選択し、前記位
置指令値に加算する不感帯補正量として出力する不感帯
補正量発生部とを具えたことによって達成される。
ョンに起因して、送り軸の起動時や反転時に生じる送り
軸の不感帯移動量を不感帯補正量として、前記送り軸の
起動時や反転時を検出して、位置指令値に前記不感帯補
正量を加算し、これを制御する送り軸の位置制御装置に
関するもので、本発明の上記目的は、電動機発生トルク
あるいはこれと同等な電動機トルク指令値が、予め設定
された摩擦トルクと等しくなった時の、電動機に結合さ
れた位置検出手段からの位置検出値より、送り軸の位置
を直接的に検出する位置検出手段からの位置検出値を減
算した結果を差信号として、移動方向毎に算出保持する
２つの第１の差分検出部と、前記２つの位置検出値の差
である第２の差信号を常時算出する減算器と、前記２つ
の第１の差信号から第２の差信号を減算して、送り軸の
起動時や反転時に生じる移動方向別の２つの前記不感帯
補正量を算出する２つの減算器と、起動検出部より出力
される送り軸の起動指令や反転指令を検出する移動検出
信号及び移動方向検出信号から、送り軸の動作方向に基
づいて前記２つの減算器出力の内１つを選択し、前記位
置指令値に加算する不感帯補正量として出力する不感帯
補正量発生部とを具えたことによって達成される。
（作用） 本発明は、テーブル動作中など不感帯が一方向に生じ
る状態での電動機回転位置及びテーブル位置の差分D
Vと、停止時など前後両方向に不感帯が存在する状態で
の電動機回転位置及びテーブル位置の差分Ｄとを用い
て、両者の差分DRL（＝DV−Ｄ）を算出することによ
り、差分Ｄを算出した時点での両方向それぞれの不感帯
をDRLとして求める。よって、差分Ｄの算出を例えばテ
ーブル起動直前に行なえば、起動方向への不感帯を計算
によって求めることができる。
る状態での電動機回転位置及びテーブル位置の差分D
Vと、停止時など前後両方向に不感帯が存在する状態で
の電動機回転位置及びテーブル位置の差分Ｄとを用い
て、両者の差分DRL（＝DV−Ｄ）を算出することによ
り、差分Ｄを算出した時点での両方向それぞれの不感帯
をDRLとして求める。よって、差分Ｄの算出を例えばテ
ーブル起動直前に行なえば、起動方向への不感帯を計算
によって求めることができる。
以下、この原理について第７図を参照して説明する。
テーブル位置及び電動機回転位置の相対関係が（ｃ）で
表わされる場合のテーブル位置をXIP、電動機回転位置
をXMPとすれば、上記相対位置関係が（ｂ）に移り変わ
った時のテーブル位置XI,電動機回転位置XMは、それぞ
れ次の式で表わすことができる。
テーブル位置及び電動機回転位置の相対関係が（ｃ）で
表わされる場合のテーブル位置をXIP、電動機回転位置
をXMPとすれば、上記相対位置関係が（ｂ）に移り変わ
った時のテーブル位置XI,電動機回転位置XMは、それぞ
れ次の式で表わすことができる。
XI＝XIP＋α ……（１） XM＝XMP＋α−LMP ……（２） 但し、αはこの時のテーブル移動量を示す任意の実数
である。
である。
ここで、上記（２）式内のLMPはテーブルが次にＰ方
向へ動作する時、テーブル動作の不感帯となる量であ
り、不感帯LMPはテーブル位置XMP及び電動機回転位置X
IPの差分DVPと、位置XM及びXIの差分DVとから両者の差
分DRLPを算出することにより求めることができる。つま
り、 DRLP＝DVP−DV ＝（XMP−XIP）−（XM−XI） ……（３） ここで、（３）式に前記（１），（２）式を代入する
と、 DRLP＝（XMP−XIP）−（XM−XI） ＝XMP−XIP−（XMP＋α−LMP） ＋（XIP＋α）＝LMP ……（４） となる。又、相対位置関係が（ｂ）に移り変わった時の
テーブル位置XI,電動機回転位置XMは、相対位置関係が
（ａ）となる時のテーブル位置XIN,電動機回転位置XMN
を用いて次の様にも表わすことができる。
向へ動作する時、テーブル動作の不感帯となる量であ
り、不感帯LMPはテーブル位置XMP及び電動機回転位置X
IPの差分DVPと、位置XM及びXIの差分DVとから両者の差
分DRLPを算出することにより求めることができる。つま
り、 DRLP＝DVP−DV ＝（XMP−XIP）−（XM−XI） ……（３） ここで、（３）式に前記（１），（２）式を代入する
と、 DRLP＝（XMP−XIP）−（XM−XI） ＝XMP−XIP−（XMP＋α−LMP） ＋（XIP＋α）＝LMP ……（４） となる。又、相対位置関係が（ｂ）に移り変わった時の
テーブル位置XI,電動機回転位置XMは、相対位置関係が
（ａ）となる時のテーブル位置XIN,電動機回転位置XMN
を用いて次の様にも表わすことができる。
XI＝XIN＋β ……（５） XM＝XMN＋β＋LMN ……（６） 但し、βはこの時のテーブル移動量を示す任意の実数
である。
である。
ここで、LMNはテーブルが次にＮ方向へ動作する時に
テーブル動作の不感帯となる量であり、LMNは位置XMN及
びXINの差分DVNと、位置XM及びXIの差分DVとから両者の
差分DRLNを算出することにより求めることができる。つ
まり、 DRLN＝DVN−DV＝（XMN−XIN）−（XM−XI） ……（７） ここで、（７）式に（５），（６）式を代入すると、 DRLN＝（XMN−XIN）−（XM−XI） ＝XMN−XIN−（XMN＋β＋LMN）＋（XIN＋β） ＝−LMN ……（８） となる。
テーブル動作の不感帯となる量であり、LMNは位置XMN及
びXINの差分DVNと、位置XM及びXIの差分DVとから両者の
差分DRLNを算出することにより求めることができる。つ
まり、 DRLN＝DVN−DV＝（XMN−XIN）−（XM−XI） ……（７） ここで、（７）式に（５），（６）式を代入すると、 DRLN＝（XMN−XIN）−（XM−XI） ＝XMN−XIN−（XMN＋β＋LMN）＋（XIN＋β） ＝−LMN ……（８） となる。
以上説明した様に、テーブル位置と電動機回転位置と
の相対関係において、Ｐ方向あるいはＮ方向に不感帯が
片寄った状態での電動機回転位置及びテーブル位置の差
分を算出しておけば、停止時など両方向に対して不感帯
が存在する状態でも、Ｐ方向,N方向それぞれに対する不
感帯は計算により求めることができる。
の相対関係において、Ｐ方向あるいはＮ方向に不感帯が
片寄った状態での電動機回転位置及びテーブル位置の差
分を算出しておけば、停止時など両方向に対して不感帯
が存在する状態でも、Ｐ方向,N方向それぞれに対する不
感帯は計算により求めることができる。
次に、テーブル位置と電動機回転位置との相対関係に
おいて、不感帯が第７図（ａ）又は（ｃ）で表わされる
様な一方向に片寄った状態であることを検出する手法に
ついて説明する。第６図に対応させて示す第１図は、フ
ルクローズドループ制御を採用した送り軸駆動系のブロ
ック構成例であり、第６図との相違点は位置，速度の検
出器７が電動機６の位置検出信号XMを出力している点で
ある。第１図の送り軸駆動系では、電動機６の発生トル
クT0は次式で表わされる。
おいて、不感帯が第７図（ａ）又は（ｃ）で表わされる
様な一方向に片寄った状態であることを検出する手法に
ついて説明する。第６図に対応させて示す第１図は、フ
ルクローズドループ制御を採用した送り軸駆動系のブロ
ック構成例であり、第６図との相違点は位置，速度の検
出器７が電動機６の位置検出信号XMを出力している点で
ある。第１図の送り軸駆動系では、電動機６の発生トル
クT0は次式で表わされる。
ただし、 JM:電動機６のイナーシャ N:歯車8,9による減速比 JL:ボールネジ10及びテーブル11の合計イナーシャ ω：電動機６の角速度 TF:電動機６の軸換算の摩擦トルク である。
又、電動機出力トルクTMは次式で表わされる。
ただし、 K:電動機６以降の機械駆動系の総合剛性 XM:電動機回転位置 XI:テーブル位置 である。
（10）式より、ｄω/dtは、 となり、これを（９）式に代入すると、トルクT0と位置
誤差（XM−XI）の関係を示す次式が得られる。
誤差（XM−XI）の関係を示す次式が得られる。
この（12）式を変形して、 となる。ここで、Ｐ方向移動時の摩擦トルクをTF、Ｎ方
向移動時の摩擦トルクを−TFとすると、（13）式は次の
様に変形できる。すなわち、Ｐ方向移動時は であり、Ｎ方向移動時は である。（13）及び（14）式における電動機の発生トル
クT0と、電動機位置及びテーブル位置の差分（XM−XI）
との関係をグラフに表わすと第２図（Ａ）及び（Ｂ）の
ようになる。第２図（Ａ）は機械系の剛性によって生じ
るたわみ量のみに注目した場合の発生トルクT0と差分
（XM−XI）の関係を示したものであり、同図（Ｂ）はた
わみ量に歯車列8,9のバックラッシュを考慮した場合の
発生トルクT0と差分（XM−XI）の関係を示している。第
２図（Ｂ）は電動機出力トルクTM＝０を境界にして、同
図（Ａ）に比べてバックラッシュ分だけ平行移動した関
係になっている。
向移動時の摩擦トルクを−TFとすると、（13）式は次の
様に変形できる。すなわち、Ｐ方向移動時は であり、Ｎ方向移動時は である。（13）及び（14）式における電動機の発生トル
クT0と、電動機位置及びテーブル位置の差分（XM−XI）
との関係をグラフに表わすと第２図（Ａ）及び（Ｂ）の
ようになる。第２図（Ａ）は機械系の剛性によって生じ
るたわみ量のみに注目した場合の発生トルクT0と差分
（XM−XI）の関係を示したものであり、同図（Ｂ）はた
わみ量に歯車列8,9のバックラッシュを考慮した場合の
発生トルクT0と差分（XM−XI）の関係を示している。第
２図（Ｂ）は電動機出力トルクTM＝０を境界にして、同
図（Ａ）に比べてバックラッシュ分だけ平行移動した関
係になっている。
第２図（Ａ）及び（Ｂ）より、テーブルの移動方向が
決まれば電動機発生トルクT0により、その場合における
テーブル位置と電動機回転位置との相対関係を表わす
（XM−XI）は一義的に決まることが分る。ここで、第７
図の（ａ）に示すように不感帯がＮ方向に対して片寄っ
た状態は、電動機発生トルクT0が摩擦トルク−TFとほぼ
等しい関係でテーブルがＮ方向へ移動している状態であ
り、同様に同図の（ｃ）に示す状態は、電動機発生トル
クT0が摩擦トルクTFとほぼ等しい関係でテーブルがＰ方
向へ移動している状態と考えることができる。
決まれば電動機発生トルクT0により、その場合における
テーブル位置と電動機回転位置との相対関係を表わす
（XM−XI）は一義的に決まることが分る。ここで、第７
図の（ａ）に示すように不感帯がＮ方向に対して片寄っ
た状態は、電動機発生トルクT0が摩擦トルク−TFとほぼ
等しい関係でテーブルがＮ方向へ移動している状態であ
り、同様に同図の（ｃ）に示す状態は、電動機発生トル
クT0が摩擦トルクTFとほぼ等しい関係でテーブルがＰ方
向へ移動している状態と考えることができる。
以上説明したように不感帯が一方向に対して片寄った
状態での電動機回転位置XMP,XMNと、テーブル位置XIP,X
INの差分DVP,DVNは、テーブル移動時において電動機発
生トルクT0が摩擦トルクと等しくなる条件下で、電動機
回転位置及びテーブル位置の差分として算出できること
になる。
状態での電動機回転位置XMP,XMNと、テーブル位置XIP,X
INの差分DVP,DVNは、テーブル移動時において電動機発
生トルクT0が摩擦トルクと等しくなる条件下で、電動機
回転位置及びテーブル位置の差分として算出できること
になる。
（実施例） 第３図は本発明の実施例を第１図に対応させて示す送
り軸駆動系のブロック構成例であり、第４図はその動作
例を示すタイムチャートである。
り軸駆動系のブロック構成例であり、第４図はその動作
例を示すタイムチャートである。
起動検出部14は第４図（Ａ）に示すような送り軸の位
置指令XCに基づいてその変化及び変化方向を検出し、変
化に同期して同図（Ｄ）に示すような移動検出信号STを
出力すると共に、移動方向がＰ方向かＮ方向かを示す同
図（Ｅ）に示すような移動方向検出信号STDを出力す
る。また、不感帯補正量発生部15は、移動検出信号STの
入力タイミング（時点t2）で移動方向検出信号STDに従
って移動方向がＰ方向ならDRLPを、Ｎ方向ならDRLNを選
択して不感帯補正量LMを出力する（第４図（Ｆ）参
照）。この不感帯補正量LMは加算器16で位置指令XCに加
算される。不感帯移動量検出部18は移動検出信号STの入
力タイミングで電動機回転位置を示す検出器７の位置検
出信号XMをラッチし、以後位置検出信号XMとの差分lm
を、不感帯補正量LMを限度として算出する。この差分lm
は起動直前時に対して、起動以降電動機６がテーブル動
作の不感帯内でどけだけ移動したかを示す不感帯移動量
で、|lm|＜|LM|の範囲で算出され、電動機６が不感帯内
の移動を終了した|lm|≧|LM|の範囲ではlm＝LMに固定さ
れる。減算器19は電動機６の回転位置検出信号XMより不
感帯移動量lmを減算し、減算器20はインダクトシン12,1
3出力であるテーブル11の位置検出信号XIから減算器19
の出力を減算し、その出力は位置帰還信号Xrとなる。し
たがって、減算器17の出力である位置誤差Xeは、 Xe＝XC＋LM−（Xr＋XM） ＝XC＋LM−｛XI−（XM−lm）＋XM｝ ＝XC−XI＋（LM−lm） ……（15） となる。つまり、位置誤差Xeは起動直後においては、位
置指令XCとテーブル位置XIの差分に加えて、不感帯補正
量LMと電動機６の不感帯移動量lmの差分が加算されて発
生する。このため、結果として制御系は電動機６の不感
帯移動量lmが不感帯補正量LMに等しくなる様に作用す
る。又、lm＝LMとなる不感帯移動終了時及びこれ以後で
は、位置誤差Xeは従来装置のようにXe＝XC−XIとなり、
制御系は位置指令XCにテーブル位置XCが追従する様に作
用する。
置指令XCに基づいてその変化及び変化方向を検出し、変
化に同期して同図（Ｄ）に示すような移動検出信号STを
出力すると共に、移動方向がＰ方向かＮ方向かを示す同
図（Ｅ）に示すような移動方向検出信号STDを出力す
る。また、不感帯補正量発生部15は、移動検出信号STの
入力タイミング（時点t2）で移動方向検出信号STDに従
って移動方向がＰ方向ならDRLPを、Ｎ方向ならDRLNを選
択して不感帯補正量LMを出力する（第４図（Ｆ）参
照）。この不感帯補正量LMは加算器16で位置指令XCに加
算される。不感帯移動量検出部18は移動検出信号STの入
力タイミングで電動機回転位置を示す検出器７の位置検
出信号XMをラッチし、以後位置検出信号XMとの差分lm
を、不感帯補正量LMを限度として算出する。この差分lm
は起動直前時に対して、起動以降電動機６がテーブル動
作の不感帯内でどけだけ移動したかを示す不感帯移動量
で、|lm|＜|LM|の範囲で算出され、電動機６が不感帯内
の移動を終了した|lm|≧|LM|の範囲ではlm＝LMに固定さ
れる。減算器19は電動機６の回転位置検出信号XMより不
感帯移動量lmを減算し、減算器20はインダクトシン12,1
3出力であるテーブル11の位置検出信号XIから減算器19
の出力を減算し、その出力は位置帰還信号Xrとなる。し
たがって、減算器17の出力である位置誤差Xeは、 Xe＝XC＋LM−（Xr＋XM） ＝XC＋LM−｛XI−（XM−lm）＋XM｝ ＝XC−XI＋（LM−lm） ……（15） となる。つまり、位置誤差Xeは起動直後においては、位
置指令XCとテーブル位置XIの差分に加えて、不感帯補正
量LMと電動機６の不感帯移動量lmの差分が加算されて発
生する。このため、結果として制御系は電動機６の不感
帯移動量lmが不感帯補正量LMに等しくなる様に作用す
る。又、lm＝LMとなる不感帯移動終了時及びこれ以後で
は、位置誤差Xeは従来装置のようにXe＝XC−XIとなり、
制御系は位置指令XCにテーブル位置XCが追従する様に作
用する。
本実施例においては電動機発生トルクT0に相当する量
として、電動機トルク指令TCを使用している。差分検出
部22は、テーブル11のＰ方向移動状態において、トルク
指令TCが予め設定されたＰ方向移動時の摩擦トルクTFに
等しくなった時の電動機回転位置XMとテーブル位置XIの
差分DVPを算出し、この位置の差分DVPの算出時以外は先
回算出した差分DVPをホールドする機能を有している。
また、差分検出部23は差分検出部22と同じ機能を有して
おり、テーブル11のＮ方向移動状態においてトルク指令
TCが予め設定されたＮ方向移動時の摩擦トルク−TFに等
しくなった時の電動機回転位置XMとテーブル位置XIの差
分DVNを算出し、この差分DVNをホールドする。ここで上
記差分DVP,DVNはそれぞれＰ方向,N方向に不感帯が片寄
った状態での電動機回転位置とテーブル位置との差分で
ある。減算器21は第４図（Ｂ）に示すように電動機回転
位置XM及びテーブル位置XIの差分Ｄを常時算出し、減算
器24及び25は差分Ｄを算出した時点でのＰ方向,N方向へ
のテーブル動作の不感帯である同図（Ｃ）に示すような
DRLP,DRLNを常に算出している。
として、電動機トルク指令TCを使用している。差分検出
部22は、テーブル11のＰ方向移動状態において、トルク
指令TCが予め設定されたＰ方向移動時の摩擦トルクTFに
等しくなった時の電動機回転位置XMとテーブル位置XIの
差分DVPを算出し、この位置の差分DVPの算出時以外は先
回算出した差分DVPをホールドする機能を有している。
また、差分検出部23は差分検出部22と同じ機能を有して
おり、テーブル11のＮ方向移動状態においてトルク指令
TCが予め設定されたＮ方向移動時の摩擦トルク−TFに等
しくなった時の電動機回転位置XMとテーブル位置XIの差
分DVNを算出し、この差分DVNをホールドする。ここで上
記差分DVP,DVNはそれぞれＰ方向,N方向に不感帯が片寄
った状態での電動機回転位置とテーブル位置との差分で
ある。減算器21は第４図（Ｂ）に示すように電動機回転
位置XM及びテーブル位置XIの差分Ｄを常時算出し、減算
器24及び25は差分Ｄを算出した時点でのＰ方向,N方向へ
のテーブル動作の不感帯である同図（Ｃ）に示すような
DRLP,DRLNを常に算出している。
（発明の効果） 以上説明した様に本発明では、移動方向毎のテーブル
動作の不感帯を常時検出し、停止からの同一方向動作や
反転動作といった、テーブル動作の起動時において起動
方向の不感帯を電動機の回転動作指令に加え、この指令
に従って電動機の回転位置を制御することで、従来テー
ブル起動時に発生していたテーブル動作の遅れ時間を大
幅に減少させることができる。
動作の不感帯を常時検出し、停止からの同一方向動作や
反転動作といった、テーブル動作の起動時において起動
方向の不感帯を電動機の回転動作指令に加え、この指令
に従って電動機の回転位置を制御することで、従来テー
ブル起動時に発生していたテーブル動作の遅れ時間を大
幅に減少させることができる。
上述したようにフルクローズドループ制御を採用した
送り軸駆動系においては、軸起動時に系のロストモーシ
ョン範囲内で生じるテーブル動作の不感帯に起因して軸
動作の遅れが発生する。しかし、本発明は軸起動直前時
の不感帯を的確に検出しているので、検出した不感帯分
の動作指令を軸起動時に電動機にのみ直接加えることに
より、軸動作起動時間の短縮化及びこれに伴なう多軸同
期運転時の軌跡誤差の縮少化を実現できる。第５図は本
発明を適用した送り軸駆動系（Ｘ軸,Y軸）に直接指令を
与えた場合の、位置指令とＸ−Ｙテーブル位置の軌跡関
係を示すものである。起動時における各軸の起動方向へ
の不感帯内動作は、本発明による的確な不感帯の検出に
より正確かつ高速に行なわれるため、各軸の実際のテー
ブル起動タイミングはほぼ一致し、この結果テーブル動
作軌跡の位置指令軌跡に対する軌跡誤差は大幅に縮少で
きる。
送り軸駆動系においては、軸起動時に系のロストモーシ
ョン範囲内で生じるテーブル動作の不感帯に起因して軸
動作の遅れが発生する。しかし、本発明は軸起動直前時
の不感帯を的確に検出しているので、検出した不感帯分
の動作指令を軸起動時に電動機にのみ直接加えることに
より、軸動作起動時間の短縮化及びこれに伴なう多軸同
期運転時の軌跡誤差の縮少化を実現できる。第５図は本
発明を適用した送り軸駆動系（Ｘ軸,Y軸）に直接指令を
与えた場合の、位置指令とＸ−Ｙテーブル位置の軌跡関
係を示すものである。起動時における各軸の起動方向へ
の不感帯内動作は、本発明による的確な不感帯の検出に
より正確かつ高速に行なわれるため、各軸の実際のテー
ブル起動タイミングはほぼ一致し、この結果テーブル動
作軌跡の位置指令軌跡に対する軌跡誤差は大幅に縮少で
きる。
第１図は本発明の原理構成を示すブロック図、第２図
（Ａ）及び（Ｂ）はその動作を説明するための図、第３
図は本発明を実現する装置の一例を示すブロック図、第
４図はその動作例を示すタイムチャート、第５図は本発
明による位置指令とテーブル位置との関係を示す図、第
６図は従来の制御装置を示すブロック図、第７図〜第９
図はその動作を説明するための図である。 1,3,20,21,24,25……減算器、２……増幅器、４……PID
増幅器、５……電力増幅器、６……電動機、10……ボー
ルネジ、11……テーブル、14……起動検出部、15……不
感帯補正量発生部、18……不感帯移動量検出部、22,23
……差分検出部。
（Ａ）及び（Ｂ）はその動作を説明するための図、第３
図は本発明を実現する装置の一例を示すブロック図、第
４図はその動作例を示すタイムチャート、第５図は本発
明による位置指令とテーブル位置との関係を示す図、第
６図は従来の制御装置を示すブロック図、第７図〜第９
図はその動作を説明するための図である。 1,3,20,21,24,25……減算器、２……増幅器、４……PID
増幅器、５……電力増幅器、６……電動機、10……ボー
ルネジ、11……テーブル、14……起動検出部、15……不
感帯補正量発生部、18……不感帯移動量検出部、22,23
……差分検出部。
Claims (1)
- 【請求項１】電動機による送り軸駆動系のロストモーシ
ョンに起因して、送り軸の起動時や反転時に生じる送り
軸の不感帯移動量を不感帯補正量として、前記送り軸の
起動時や反転時を検出して、位置指令値に前記不感帯補
正量を加算し、これを制御する送り軸の位置制御装置に
おいて、 電動機発生トルクあるいはこれと同等な電動機トルク指
令値が、予め設定された摩擦トルクと等しくなった時の
電動機に結合された位置検出手段からの位置検出値よ
り、送り軸の位置を直接的に検出する位置検出手段から
の位置検出値を減算した結果を差信号として、移動方向
毎に、算出保持する２つの第１の差分検出部と、 前記２つの位置検出値の差である第２の差信号を常時算
出する減算器と、 前記２つの第１の差信号から第２の差信号を減算して、
送り軸の起動時や反転時に生じる移動方向別の２つの前
記不感帯補正量を算出する２つの減算器と、 起動検出部より出力される送り軸の起動指令や反転指令
を検出する移動検出信号及び移動方向検出信号から、送
り軸の動作方向に基づいて前記２つの減算器出力の内１
つを選択し、前記位置指令値に加算する不感帯補正量と
して出力する不感帯補正量発生部とを具えたことを特徴
とする電動機による送り軸の位置制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63056870A JP2543125B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 送り軸の位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63056870A JP2543125B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 送り軸の位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01230108A JPH01230108A (ja) | 1989-09-13 |
| JP2543125B2 true JP2543125B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=13039458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63056870A Expired - Fee Related JP2543125B2 (ja) | 1988-03-10 | 1988-03-10 | 送り軸の位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543125B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2558580B2 (ja) * | 1992-10-23 | 1996-11-27 | 株式会社牧野フライス製作所 | サーボシステムにおける加速制御方法及び装置 |
| CN104750121A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | 中国船舶重工集团公司第七0五研究所昆明分部 | 一种太阳能自动跟踪装置 |
| JP6457569B2 (ja) | 2017-02-24 | 2019-01-23 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置、サーボモータ制御方法、及びサーボモータ制御用プログラム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57139820A (en) * | 1981-02-24 | 1982-08-30 | Fanuc Ltd | Backlash correction system of double position feedback control system |
| JPS62196710A (ja) * | 1986-02-24 | 1987-08-31 | Agency Of Ind Science & Technol | 摩擦補償を付加した位置制御方式 |
-
1988
- 1988-03-10 JP JP63056870A patent/JP2543125B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01230108A (ja) | 1989-09-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |