JP2570733B2

JP2570733B2 - サ−ボモ−タ制御装置

Info

Publication number: JP2570733B2
Application number: JP62087855A
Authority: JP
Inventors: 康己川端; 孝夫宮谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: JPS63253416A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明はサーボモータの制御装置に係り、特に、所定
の回転位置に到達するまでの所要時間を設定することが
可能な制御装置に関するものである。

従来技術各種のNC工作機械，ロボット等においてサーボモータ
が多用されている。そして、かかるサーボモータの作動
をフィードバック制御するための制御装置は、所望する
目標回転位置および目標回転速度が設定されることによ
り、それ等の目標回転位置および目標回転速度を実現す
るようにサーボモータを作動させるようになっている。
すなわち、目標回転位置および目標回転速度が設定され
ると、サーボモータの回転速度が０の状態から目標回転
速度になるまで増速した後、その目標回転速度で定速回
転させ、その後、減速して回転速度が０となった時に目
標回転位置に到達するように回転位置や回転速度に関す
る制御パターンを作成し、その制御パターンに従ってサ
ーボモータが作動するように、その回転位置や回転速度
を制御要素としてフィードバック制御するのである。例
えば、特開昭60−2084号公報に記載されている装置は、
回転位置および回転速度を制御要素としてサーボモータ
をフィードバック制御する制御装置の一例である。

発明が解決しようとする問題点ところで、このような従来のサーボモータ制御装置
は、目標回転位置に到達するまでの所要時間をユーザー
が任意に設定することができないため、サーボモータの
作動を制御する上での設定の自由度が低かった。また、
フィードバック制御の制御要素が回転位置および回転速
度だけであるため、十分な制御精度が得られないという
問題も含んでいた。

問題点を解決するための手段本発明は以上の事情を背景として為されたものであ
り、その目的とするところは、所要時間についても設定
できるようにすることにある。

そして、かかる目的を達成するため、本発明は、サー
ボモータの作動をフィードバック制御する装置であっ
て、（ａ）前記サーボモータの目標回転位置，その目標
回転位置に到達するまでの目標所要時間，目標回転速
度，および目標加速度または目標出力トルクをそれぞれ
所望の値に設定することが可能な設定入力手段と、
（ｂ）その設定入力手段に設定された設定入力値に基づ
いて、予め定められた基本制御パターンからその設定入
力値を実現するように前記サーボモータを作動させるた
めの制御パターンを作成する制御パターン作成手段とを
有し、（ｃ）その制御パターンに従って前記サーボモー
タが作動するように回転位置，回転速度，および加速度
または出力トルクを制御要素としてフィードバック制御
することを特徴とする。

作用および発明の効果すなわち、本発明は、設定入力手段によって目標回転
位置，目標所要時間，目標回転速度，および目標加速度
または目標出力トルク、すなわち目標加速度および目標
出力トルクの何れかを含む計４つをそれぞれ所望の値に
設定できるようにする一方、制御パターン作成手段によ
りその設定入力値を実現するようにサーボモータを作動
させるための制御パターンを予め定められた基本制御パ
ターンから作成するようにしたのであり、このようにす
れば、所要時間について任意に設定し得なかった従来の
制御装置に比較して、サーボモータの作動を制御する上
での設定の自由度が向上する。

ここで、上記制御パターンは、目標回転位置，目標所
要時間，目標回転速度および目標加速度の中の３つが設
定されれば、基本制御パターンより一義的に定められ
る。また、負荷トルクが一定の場合には加速度と出力ト
ルクとの間には一定の関係が存在するため、目標加速度
の替わりに目標出力トルクを設定するようにしても差支
えないのである。

一方、前記サーボモータは、回転位置，回転速度，お
よび加速度または出力トルクを制御要素としてフィード
バック制御されるため、回転位置および回転速度だけで
フィードバック制御される場合に比較して、上記制御パ
ターンに従ってサーボモータが高い精度で制御されるよ
うになる。

実施例以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

先ず、第１図は本実施例のサーボモータ制御装置のハ
ードウェア構成を示すブロック線図であり、設定入力器
10,CPU12,ROM14およびRAM16を備えている。設定入力器1
0は、ACサーボモータ18の制御データを設定入力するた
めのもので、キー入力，紙テープ，磁気テープ等によっ
て制御データを一工程毎にCPU12に入力する。制御デー
タには、ACサーボモータ18の目標回転位置X,目標回転速
度F,目標加速度K,および目標回転位置Ｘに到達するまで
の目標所要時間Ｅの４つの設定要素が含まれており、こ
れ等は予め制御装置に設定されている基本制御パターン
に基づいて所望する値に設定される。

上記基本制御パターンは、ACサーボモータ18の回転速
度が０の状態から所定の加速度で増速する増速段階，そ
の増速段階に続いて所定の回転速度で回転する定速段
階，およびその定速段階に続いて回転速度が０となるま
で増速段階における加速度と絶対値が等しい負の加速度
で減速する減速段階によって一工程を終了するように予
め定められている。第２図は、かかる基本制御パターン
を回転速度と時間とのグラフで示したもので、時間０〜
t₁が増速段階I,時間t₁〜t₂が定速段階II,時間t₂〜t₃が
減速段階IIIであり、増速段階Ｉと減速段階IIIの時間は
互いに等しい。そして、前記目標回転位置Ｘは回転速度
と時間との積である面積Ｓを定めるものであり、目標回
転速度Ｆは定速段階IIにおける回転速度ｖを定めるもの
であり、目標加速度Ｋは増速段階Ｉおよび減速段階III
における加速度を定めるものであり、目標所要時間Ｅは
時間t₃を定めるものであるが、それ等４つの設定要素の
中の任意の３つが設定されれば残りの１つは一義的に定
まるため、４つの設定要素の中の３つを任意に選択して
設定すればよい。

なお、上記目標回転位置X,目標回転速度Ｆおよび目標
加速度Ｋは、ACサーボモータ18により送りねじ20を介し
て駆動されるNCテーブル22の位置，移動速度および加速
度で設定することもできる。これは、NCテーブル22の位
置，移動速度および加速度はACサーボモータ18の回転位
置，回転速度および加速度と１対１で対応するもので、
実質的に目標回転位置X,目標回転速度Ｆおよび目標加速
度Ｋを設定することと同じだからである。本発明は、こ
のような設定の仕方をも含むものである。

また、前記ROM14は、前記制御データに基づいて制御
パターンを作成するとともに、ACサーボモータ18がその
制御パターンに従って作動するように、回転位置，回転
速度および加速度を制御要素としてフィードバック制御
するための一速の処理ロジックが記憶されているプログ
ラムメモリ24を備えており、RAM16は、前記制御データ
および制御パターンが記憶される制御データメモリ26お
よび制御パターンメモリ28を備えている。そして、CPU1
2は、上記ROM14のプログラムメモリ24に記憶された処理
ロジックに従って信号処理を行い、ACサーボモータ18を
駆動するための駆動信号SSをモータ駆動装置30に出力す
る。このCPU12には、上記制御データの他にモータ電流
検出器32からA/Dコンバータ34を経てACサーボモータ18
の実際のモータ電流を表す電流信号SAが供給されるとと
もに、エンコーダ36からACサーボモータ18の実際の回転
位置を表す位置信号SXが供給されるようになっている。

このように構成されたサーボモータ制御装置は、第３
図のブロック線図に示されている機能を備えている。こ
の機能は前記プログラムメモリ24に記憶されている処理
ロジックが実行されることによって発揮されるもので、
前記設定入力器10から目標回転位置X,目標回転速度F,目
標加速度Ｋおよび目標所要時間Ｅに関する制御データが
入力されると、その制御データは先ず制御データメモリ
26に記憶される。本実施例では、この制御データメモリ
26と設定入力器10とによって設定入力手段が構成されて
いる。

制御データメモリ26に記憶された制御データは、その
後一工程毎に読み出されて制御パターン作成ブロック38
に供給される。制御パターン作成ブロック38は制御パタ
ーン作成手段として機能するもので、読み出された制御
データと前記基本制御パターンとに基づいて、その制御
データ通りにACサーボモータ18を作動させるための制御
パターンを作成する。この制御パターンは、第４図に示
されているように、ACサーボモータ18が位置すべき理論
上の回転位置を予め定められた所定の時間間隔、例えば
1m秒毎に求めたものであるが、増速段階Ｉにおける二回
微分の値すなわち加速度は前記目標加速度Ｋと一致し、
定速段階IIにおける一回微分の値すなわち回転速度は前
記目標回転速度Ｆと一致し、減速段階IIIにおける二回
微分の値すなわち加速度の絶対値は前記目標加速度Ｋと
一致し、最終の理論回転位置は前記目標回転位置Ｘと一
致し、その最終の理論回転位置に到達する時間は前記目
標所要時間Ｅと一致する。

ここで、上記制御データには、通常は４つの設定要素
の中の任意の３つの値が含まれていて、その３つの値を
満足するように制御パターンは作成される。しかし、４
つの設定要素の中の２つしか設定されていない場合に
は、予め定められた基準回転速度，基準加速度を目標回
転速度F,目標加速度Ｋとして制御パターンを作成するよ
うになっている。すなわち、例えば目標回転位置Ｘおよ
び目標加速度Ｋのみが設定されている場合、或いは目標
回転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみが設定されている
場合には、それぞれ基準回転速度を目標回転速度Ｆとし
て制御パターンを作成し、目標回転位置Ｘおよび目標回
転速度Ｆのみが設定されている場合には基準加速度を目
標加速度Ｋとして制御パターンを作成するのである。な
お、目標回転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみが設定さ
れている場合には、基準加速度を目標加速度Ｋとして制
御パターンを作成させるようにすることもできる。

また、目標回転位置X,目標回転速度Ｆおよび目標加速
度ＫがNCテーブル22の位置，移動速度および加速度で入
力される場合には、この制御パターンを作成するに先立
って送りねじ20のピッチに基づいてACサーボモータ18の
目標回転位置X,目標回転速度Ｆおよび目標加速度Ｋに変
換するか、NCテーブル22が位置すべき理論位置を算出し
てそれをACサーボモータ18の理論回転位置に変換するよ
うにすればよい。

このようにして制御パターン作成ブロック38において
一工程毎に作成された制御パターンは、その後制御パタ
ーンメモリ28に記憶される。そして、その制御パターン
の理論回転位置は前記所定の時間間隔で逐次読み出さ
れ、位置偏差算出ブロック40に供給される。位置偏差算
出ブロック40には、前記エンコーダ36からACサーボモー
タ18の実際の回転位置を表す位置信号SXが供給されるよ
うになっており、位置偏差算出ブロック40はその実際の
回転位置と理論回転位置との位置偏差を算出してその結
果を第１演算ブロック42へ出力する。

第１演算ブロック42は、予め定められた演算式に従っ
て位置偏差を演算処理することにより、その時のACサー
ボモータ18の理論上の回転速度、すなわち前記制御パタ
ーンの一回微分に相当する値を求め、それを速度偏差算
出ブロック44へ出力する。速度偏差算出ブロック44に
は、前記位置信号SXに基づいてACサーボモータ18の実際
の回転速度を算出する回転速度算出ブロック46からその
実際の回転速度を表す信号が供給されるようになってお
り、速度偏差算出ブロック44はその実際の回転速度と理
論回転速度との速度偏差を算出してその結果を第２演算
ブロック48へ出力する。

第２演算ブロック48は、予め定められた演算式に従っ
て速度偏差を演算処理することにより、その時のACサー
ボモータ18の理論上の加速度、すなわち前記制御パター
ンの二回微分に相当する値を求め、それを加速度偏差算
出ブロック50へ出力する。加速度偏差算出ブロック50に
は、前記位置信号SXに基づいてACサーボモータ18の実際
の加速度を算出する加速度算出ブロック52からその実際
の加速度を表す信号が供給されるようになっており、加
速度偏差算出ブロック50はその実際の加速度と理論加速
度との加速度偏差を算出してその結果を第３演算ブロッ
ク54へ出力する。

第３演算ブロック54は、上記加速度偏差算出ブロック
50によって算出された加速度偏差に基づいて、その加速
度偏差をなくすようにACサーボモータ18を作動させるた
めの最終的な目標電流を出力するもので、この目標電流
は前記位置偏差および速度偏差をもなくすように決定さ
れている。すなわち、前記第１演算ブロック42および第
２演算ブロック48は、この第３演算ブロック54から出力
される目標電流が位置偏差および速度偏差をなくすもの
となるようにそれぞれ演算処理するのである。

第３演算ブロック54から出力された目標電流は、位相
同期ブロック56においてACサーボモータ18の実際の回転
位相と同期させられた後、電流偏差算出ブロック58にお
いて電流信号SAが表すモータ電流との電流偏差が算出さ
れる。そして、その電流偏差は第４演算ブロック60にお
いて電圧信号に変換され、パルス幅変調ブロック62にお
いてパルス幅変調された後、駆動信号SSとしてモータ駆
動装置30に出力される。

これにより、ACサーボモータ18は、制御パターン作成
ブロック38において作成された制御パターンに従って、
回転位置，回転速度および加速度を制御要素としてフィ
ードバック制御され、設定入力器10により設定された制
御データ通りに作動させられるのである。

ここで、本実施例のサーボモータ制御装置は、目標回
転位置X,目標回転速度F,目標加速度Ｋおよび目標所要時
間Ｅの中から任意に３つを選択して設定し得るようにな
っているため、所要時間について任意に設定し得なかっ
た従来の制御装置に比較して、ACサーボモータ18の作動
を制御する上での設定の自由度が大幅に向上する。すな
わち、目標回転位置X,目標回転速度Ｆおよび目標加速度
Ｋを設定するようにしたり、目標回転位置X,目標回転速
度Ｆおよび目標所要時間Ｅを設定するようにしたりする
など、ユーザーのニーズに応じて自由に設定することが
できるのである。

また、本実施例では、ACサーボモータ18を、回転位
置，回転速度および加速度を制御要素としてフィードバ
ック制御するようになっているため、制御パターンに対
するACサーボモータ18の追従遅れが少なく、制御パター
ンに従って高い精度でACサーボモータ18を作動させるこ
とができる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では理論回転位置を指令する制御
パターンを作成し、位置偏差を求めてから速度偏差，加
速度偏差を順次算出してフィードバック制御するように
なっているが、理論回転速度または理論加速度を指令す
る制御パターンを作成して回転位置，回転速度および加
速度を制御要素としてフィードバック制御するようにし
たり、或いは理論回転位置，理論回転速度および理論加
速度を指令する制御パターンをそれぞれ作成してフィー
ドバック制御するようにしたりすることも可能である。

また、前記実施例ではエンコーダ36から供給される位
置信号SXからACサーボモータ18の実際の加速度を算出す
るようになっているが、負荷トルクが変動しない場合に
はACサーボモータ18の加速度と出力トルクとの間には一
定の関係が存在するため、モータ電流を表す電流信号SA
に基づいてACサーボモータ18の実際の出力トルクを算出
してフィードバック制御するようにしても差支えない。
同様な理由から、負荷トルクが変動しない場合には目標
加速度Ｋの替わりに目標出力トルクを設定するようにし
ても差支えないのであり、また、目標加速度Ｋおよび目
標出力トルクの何れかを任意に選択して設定し得るよう
にすることもできる。

また、前記実施例の基本制御パターンは増速段階I,定
速段階IIおよび減速段階IIIから成るもので、増速段階
Ｉと減速段階IIIの加速度の絶対値は互いに等しいが、
増減速時の加速度をそれぞれ所望する値に設定し得るよ
うにしたり、最終の回転速度を次の工程の目標回転速度
と一致させるようにしたりするなど、基本制御パターン
の内容は適宜変更され得るものである。その場合に、複
数種類の基本制御パターンを予め設定しておき、制御デ
ータの内容に応じて基本制御パターンを選択することに
より、例えばACサーボモータ18の回転速度を一工程毎に
一々０とすることなく階段状に変化させる一連の制御パ
ターンを作成させることも可能である。

また、前記実施例では送りねじ20を介してNCテーブル
22を往復移動させるACサーボモータ18の制御装置につい
て説明したが、出力軸に設けられたアーム等を旋回させ
るサーボモータなど、工作機械やロボット等に用いられ
る他の種々のサーボモータ制御装置にも本発明は同様に
適用され得る。

その他一々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱
することなく当業者の知識に基づいて種々の変更，改良
を加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるサーボモータ制御装置
の構成を説明するブロック線図である。第２図は第１図
の装置に予め設定されている基本制御パターンの概念図
である。第３図は第１図の装置の機能を説明するブロッ
ク線図である。第４図は第３図の制御パターン作成ブロ
ックにおいて作成される制御パターンの概念図である。 10:設定入力器 18:ACサーボモータ（サーボモータ） 26:制御データメモリ 38:制御パターン作成ブロック（制御パターン作成手
段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サーボモータの作動をフィードバック制御
する装置であって、前記サーボモータの目標回転位置，該目標回転位置に到
達するまでの目標所要時間，目標回転速度，および目標
加速度または目標出力トルクをそれぞれ所望の値に設定
することが可能な設定入力手段と、該設定入力手段に設定された設定入力値に基づいて、予
め定められた基本制御パターンから該設定入力値を実現
するように前記サーボモータを作動させるための制御パ
ターンを作成する制御パターン作成手段とを有し、該制御パターンに従って前記サーボモータが作
動するように回転位置，回転速度，および加速度または
出力トルクを制御要素としてフィードバック制御するこ
とを特徴とするサーボモータ制御装置。
【請求項２】前記基本制御パターンは、前記サーボモー
タの回転速度が０の状態から所定の加速度で増速する増
速段階と、該増速段階に続いて所定の回転速度で回転す
る定速段階と、該定速段階に続いて回転速度が０となる
まで前記増速段階における加速度と絶対値が等しい負の
加速度で減速する減速段階とから成るものである特許請
求の範囲第１項に記載のサーボモータ制御装置。