JP2664432B2 - Servo control device - Google Patents

Servo control device

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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41078Backlash acceleration compensation when inversing, reversing direction

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明はサーボ制御装置に係り、特にバックラッシュ
補正を速やかに行え、しかも摩擦やバックラッシュに起
因して生じる象限突起を減少することが可能なサーボ制
御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial application field> The present invention relates to a servo control device, and in particular, can quickly perform backlash correction and reduce quadrant protrusions caused by friction and backlash. Related to a simple servo control device.

<従来技術> サーボモータを用いて工作機械の送り軸を制御する場
合、サーボモータの回転方向反転時に、換言すれば機械
可動部の移動方向反転時に、ギア等のバックラッシュを
補正するために、予め設定されているバックラッシュ補
正データを位置偏差データに加えて速度指令を発生し、
該速度指令に基づいてサーボモータの回転を制御する。
<Prior Art> When a servomotor is used to control a feed axis of a machine tool, in order to correct backlash of gears and the like at the time of reversing the rotation direction of the servomotor, in other words, at the time of reversing the moving direction of the machine movable part, Generates a speed command by adding the preset backlash correction data to the position deviation data,
The rotation of the servomotor is controlled based on the speed command.

ところで、バックラッシュ補正データは所定のポジシ
ョンゲインKPを通じて速度ループに作用するため、サー
ボ系の遅れにより機械はすぐには動かず、このため加工
方向反転箇所に象限突起が発生する。
However, since the backlash correction data to be applied to the speed loop through a predetermined position gain K P, the machine does not move immediately due to the delay of the servo system, the quadrant projection is generated in the order processing direction reversal points.

そこで、バックラッシュや摩擦の影響を少なくし、切
削時における象限切り替わり目の突起を小さくするため
に、速度指令に適当な加速量(バックラッシュ加速量と
いう)を所定時間加えることが行われている。尚、NC装
置がサーボ側にバックラッシュ補正データを渡すのと同
時にバックラッシュ加速を行うと、指令とサーボ系の間
の遅れによりモータが完全に方向反転していないため逆
に内側へ食い込んでしまう等の不具合が生じる。そこ
で、実際にはモータの回転方向を監視し、回転方向反転
のタイミングでバックラッシュ加速を行っている。かか
るバックラッシュ加速制御をモータの回転方向反転時に
行うと、機械系のバックラッシュ、及び摩擦に起因する
象限突起の発生を相当減少できる。
Therefore, in order to reduce the influence of backlash and friction, and to reduce the projection at the quadrant switching during cutting, an appropriate acceleration amount (referred to as backlash acceleration amount) is added to the speed command for a predetermined time. . In addition, if the backlash acceleration data is performed at the same time as the NC device passes the backlash correction data to the servo side, the motor does not completely reverse direction due to the delay between the command and the servo system, and conversely cuts inward. And the like. Therefore, actually, the rotation direction of the motor is monitored, and the backlash acceleration is performed at the timing of reversal of the rotation direction. If such backlash acceleration control is performed when the rotation direction of the motor is reversed, the occurrence of quadrant protrusions due to mechanical backlash and friction can be significantly reduced.

ところで、バックラッシュ加速量を印加の全時間にわ
たって一定にすると、加速の開始時においては問題とな
らないが、加速終了時に速度指令が急激に変化するため
それに応じて実速度も急激に変化し、この速度急変の影
響が切削面に現われて滑めらかさを欠くという問題が生
じる。
By the way, if the amount of backlash acceleration is constant over the entire application time, there is no problem at the start of acceleration, but at the end of acceleration, since the speed command changes rapidly, the actual speed also changes rapidly. The effect of the sudden change in speed appears on the cutting surface, causing a problem of lack of smoothness.

そこで、加速の開始時にはバックラッシュ加速量を大
きくして加速量が不足することを防止し、以後時間の経
過と共に漸減してバックラッシュ加速終了時における速
度の急変を防止することも行われている。
Therefore, at the start of acceleration, the backlash acceleration amount is increased to prevent the amount of acceleration from becoming insufficient, and thereafter, it is gradually reduced with time to prevent a sudden change in speed at the end of the backlash acceleration. .

<発明が解決しようとしている課題> しかしながら、バックラッシュ加速のアルゴリズム自
体はオープンループ制御であり、機械毎にパラメータ
(加減速時定数、各種ゲイン等)を的確に設定する必要
がある。
<Problems to be Solved by the Invention> However, the backlash acceleration algorithm itself is an open loop control, and it is necessary to set parameters (acceleration / deceleration time constant, various gains, etc.) for each machine accurately.

また、最適なパラメータは切削速度、加工物重量、温
度、切削面の状況等によって変わる。このため、ある条
件では象限突起を非常に小さくできても別の条件で切削
すると象限突起が大きくなったり、あるいは内側に切り
込んでしまう不具合が生じる。
The optimum parameters vary depending on the cutting speed, the weight of the workpiece, the temperature, the condition of the cutting surface, and the like. For this reason, even if the quadrant projections can be made very small under certain conditions, there arises a problem that if they are cut under other conditions, the quadrant projections become large or cut inward.

以上から本発明の目的は、機械の条件や切削条件が変
化しても同一のパラメータでバックラッシュ分及び摩擦
分を同じようにキャンセルし、象限突起を無くすことが
できるサーボ制御装置を提供することである。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a servo control device capable of canceling backlash and friction in the same manner with the same parameters even when machine conditions and cutting conditions change, and eliminating quadrant protrusions. It is.

<課題を解決するための手段> 第1図は本発明のサーボ制御装置のブロック図であ
る。
<Means for Solving the Problems> FIG. 1 is a block diagram of a servo control device of the present invention.

13はエラーカウンタ、15は速度制御部、18はバックラ
ッシュ補正タイミング判別部、19はトルク監視部、21は
加速量出力部である。
13 is an error counter, 15 is a speed control unit, 18 is a backlash correction timing determination unit, 19 is a torque monitoring unit, and 21 is an acceleration amount output unit.

<作用> バックラッシュ補正タイミング判別部18により位置偏
差Erが零になったことが検出されると、加速量出力部21
は所定のバックラッシュ加速量BACCを速度指令VCMDに加
算してバックラッシュを速やかに、かつ円滑に補正させ
る。そして、トルク監視部19により、速度制御部15から
出力されるトルク指令TCMDが予め設定してある静止最大
摩擦トルクFMAXに等しくなったことが検出されれば、バ
ックラッシュ補正が終ったものとみなし加速量出力部21
はバックラッシュ加速量BACCの出力を停止し、バックラ
ッシュ加速制御を完了する。
<Operation> When the backlash correction timing determination unit 18 detects that the position error Er has become zero, the acceleration amount output unit 21
Adds a predetermined backlash acceleration amount BACC to the speed command VCMD to quickly and smoothly correct backlash. If the torque monitoring unit 19 detects that the torque command T CMD output from the speed control unit 15 has become equal to the preset static maximum friction torque F MAX , the backlash correction is completed. Assumed acceleration output unit 21
Stops the output of the backlash acceleration amount BACC , and completes the backlash acceleration control.

<実施例> 第1図は本発明のサーボ制御装置のブロック図、第2
図は速度制御部のブロック図である。
<Embodiment> FIG. 1 is a block diagram of a servo control device of the present invention, and FIG.
The figure is a block diagram of the speed control unit.

11はNC部であり、所定のサンプリング時間毎に移動指
令PCを発生すると共に、移動指令方向が反転するとバッ
クラッシュ補正量BCを出力する。12は移動指令PCと検出
移動量PAの差分を演算する位置誤差演算部、13は差分を
積算して位置偏差Erを出力するエラーカウンタ、14はポ
ジションゲインKP設定部、15は速度制御部、16は速度制
御部15から出力されるトルク指令TCMDから摩擦トルクTf
を減算する演算部、17は制御対象であるサーボモータ含
む機械系であり、伝達関数(Jmはモータイナーシャ)に
より表現されている。
11 is a NC unit, as well as generating a move command P C every predetermined sampling time, the moving command direction outputs backlash compensation amount B C Invert. 12 position error calculator for calculating a difference between the move command P C and the detected amount of movement P A, 13 is an error counter for outputting a position deviation Er by multiplying the difference, 14 a position gain K P setting unit, 15 speed The control unit 16 receives the friction torque T f from the torque command T CMD output from the speed control unit 15.
Arithmetic unit for subtracting, 17 is a mechanical system including the servomotor to be controlled, the transfer function (J m is the motor inertia) is represented by.

速度制御部15は、第2図に示すように、所定時間毎に
速度指令VCMD′と実速度(速度フィードバック)Vfの差
分を演算する演算部15aと、該差分を積算する積分器
(伝達関数はk1/s)15bと、比例ゲインk2設定部(比例
器)と、積分出力と比例出力を加算する演算部15dと、
演算部出力にトルク定数ktを乗算してトルク指令(電流
指令)TCMDを発生するトルク定数設定部15eを有してい
る。
As shown in FIG. 2, the speed control unit 15 calculates a difference between the speed command V CMD ′ and the actual speed (speed feedback) V f at predetermined time intervals, and an integrator ( The transfer function is k 1 / s) 15b, a proportional gain k 2 setting unit (proportional unit), an arithmetic unit 15d for adding the integral output and the proportional output,
It is multiplied by a torque constant k t to the arithmetic unit output and a torque constant setting section 15e for generating a torque command (current command) T CMD.

第1図に戻って、18はバックラッシュ補正タイミング
判別部、19はトルク監視部、20はバックラッシュ補正量
加算部、21は加速量出力部、22はバックラッシュ加速量
加算部である。
Referring back to FIG. 1, reference numeral 18 denotes a backlash correction timing determining unit, 19 denotes a torque monitoring unit, 20 denotes a backlash correction amount adding unit, 21 denotes an acceleration output unit, and 22 denotes a backlash acceleration amount adding unit.

バックラッシュ補正タイミング判別部18は、移動指令
方向が反転した時にNC部11から与えられるバックラッシ
ュ補正量BCを記憶保持すると共に、エラーカウンタ13の
内容(位置偏差)Erを監視して、Er=0によりサーボモ
ータの回転方向反転を検出する。そして、回転方向反転
検出によりバックラッシュ補正量BCを加算部20に出力す
ると共に、加速量出力部21に回転方向反転信号RDIを入
力する。
Backlash correction timing discriminating unit 18, the movement command direction is stored and held backlash correction amount B C given from the NC unit 11 when reversed, to monitor the content (position error) E r of the error counter 13, The reversal of the rotation direction of the servomotor is detected by Er = 0. The outputs backlash compensation amount B C to the adder 20 by the rotation direction reversal detection, inputs the rotational direction reversal signal RDI to the acceleration amount output unit 21.

トルク監視部19は、速度制御部15から出力されるトル
ク指令TCMDが予め設定されている静止最大摩擦トルクF
MAXに絶対値において等くなったか検出し、等しくなれ
ばトルク一致信号TCIを加速量出力部21に出力する。
尚、静止最大摩擦トルクFMAXはたとえば、以下のように
設定する。すなわち、送り軸移動指令が反転すると位置
偏差が減少してゆき静止最大摩擦トルクに打ち勝って最
後の1パルス分移動し、以後モータの回転方向が反転す
るから、モータ回転方向反転直前のトルク指令を静止最
大摩擦トルクFMAXと見做して測定し、トルク監視部19に
設定する。
The torque monitoring unit 19 is configured to control the torque command T CMD output from the speed control unit 15 to a preset maximum static friction torque F
It is detected whether or not the absolute value is equal to MAX .
The static maximum friction torque F MAX is set, for example, as follows. In other words, when the feed axis movement command is reversed, the position deviation decreases and overcomes the static maximum friction torque and moves by the last one pulse. Thereafter, the rotation direction of the motor is reversed. It is considered as the static maximum friction torque F MAX and measured, and set in the torque monitoring unit 19.

加速量出力部21は位置偏差Erが零になった時にバック
ラッシュ加速量BACCを出力し、トルク指令TCMDが静止最
大摩擦トルクFMAXに等しくなった時にバックラッシュ加
速量の出力を停止する。
Accelerating amount output unit 21 outputs a backlash acceleration amount B ACC when the position deviation E r becomes zero, stopping the output of the backlash acceleration amount when the torque command T CMD equals the static maximum friction torque F MAX I do.

次に第1図の全体的動作を説明する。 Next, the overall operation of FIG. 1 will be described.

演算部12において演算された、サンプリング時間TS
の移動指令PCと検出移動量PAの差分は、エラーカウンタ
13で積分されて位置偏差Erとなり、しかる後ポジション
ゲインKpを乗算されて速度指令VCMDとなり、以後速度制
御部15において速度偏差に応じたトルク指令TCMDを出力
されてサーボモータを回転する。
Computed in the arithmetic unit 12, the difference between the movement command P C and the detected amount of movement P A every sampling time T S is the error counter
Position deviation E r next is integrated by 13, thereafter the position gain K p is multiplied by a by the speed command V CMD, and the rotation of the servo motor output torque command T CMD corresponding to the speed deviation in the subsequent speed control section 15 I do.

かかる状態において、指令移動方向が反転すると、NC
部11から予め設定されているバックラッシュ補正量BC
出力されると共にサンプリング時間TS毎に該反転方向へ
の移動指令PCが発生する。
In this state, if the command movement direction is reversed, NC
Movement command P C to the reversing direction is generated every sampling time T S along with backlash compensation amount B C which is set in advance is output from the section 11.

バックラッシュ補正タイミング判別部19は該バックラ
ッシュ補正量BCを保持すると共に、以後上記サーボ制御
処理と並行してエラーカウンタ13の内容(位置偏差)Er
を監視する。そして、Er=0になった時サーボモータの
回転方向が反転したと判定する。
With backlash correction timing discriminator 19 holds the backlash correction amount B C, subsequently the contents of the error counter 13 in parallel with the servo control processing (position deviation) E r
To monitor. When Er = 0, it is determined that the rotation direction of the servo motor has been reversed.

バックラッシュ補正タイミング判定部19は回転方向反
転の検出により、保持しているバックラッシュ補正量BC
を加算部20に出力すると共に、加速量出力部21に回転方
向反転信号RDIを入力する。
The backlash correction timing determination unit 19 detects the rotation direction reversal and detects the backlash correction amount B C
Is output to the adder 20, and the rotation direction inversion signal RDI is input to the acceleration output unit 21.

バックラッシュ補正量加算部20はバックラッシュ補正
量BCと位置偏差Erを加算してポジションゲイン設定部14
に入力し、該ポジションゲイン設定部14はポジションゲ
インKPを乗算してバックラッシュ補正量に応じた速度指
令VCMDを発生する。
Backlash compensation amount adding section 20 is the backlash compensation amount B C and position by adding the position deviation E r gain setting unit 14
Fill in, the position gain setting unit 14 generates a speed command V CMD corresponding to the backlash compensation amount by multiplying the position gain K P.

又、加速量出力部21は回転方向反転信号RDIにより一
定のバックラッシュ加速量BACCを出力する。これによ
り、加算部22はバックラッシュ加速量BACCと速度指令V
CMDを加算し、加算結果を真の速度指令VCMD′として速
度制御部15に入力する。
Also, the acceleration amount output unit 21 outputs a constant backlash acceleration amount B ACC by rotational direction reversing signal RDI. As a result, the adder 22 calculates the backlash acceleration BACC and the speed command V
CMD is added, and the addition result is input to the speed control unit 15 as a true speed command V CMD ′.

速度制御部15は速度偏差を演算すると共に、該速度偏
差に応じたトルク指令TCMDを出力し、サーボモータ17を
回転し、速やかにバックラッシュを補正する。
The speed control unit 15 calculates a speed deviation, outputs a torque command T CMD corresponding to the speed deviation, rotates the servomotor 17, and immediately corrects backlash.

そして、バックラッシュ補正の完了直前において、ト
ルク指令TCMDが予め設定されている静止最大摩擦トルク
FMAXと等しくなり、トルク監視部19からトルク一致信号
TCIが発生する。
Immediately before the completion of the backlash correction, the torque command T CMD is set to a preset maximum static friction torque.
It becomes equal to F MAX , the torque match signal from the torque monitor 19
TCI occurs.

これにより、加速量出力部21はバックラッシュ加速量
BACCの出力を停止し、バックラッシュ補正制御を完了す
る。
As a result, the acceleration output unit 21 outputs the backlash acceleration
Stops B ACC output and completes backlash compensation control.

<発明の効果> 以上本発明によれば、サーボモータの回転方向が反転
した時にバックラッシュ加速量を出力し、トルク指令が
静止最大摩擦トルクに等しくなった時にバックラッシュ
加速量の出力を停止するように構成したから、機械の条
件や切削条件が変化しても同一のパラメータでバックラ
ッシュ分及び摩擦分を同じようにキャンセルし、象限突
起を無くすことができる。
According to the present invention, the backlash acceleration amount is output when the rotation direction of the servo motor is reversed, and the output of the backlash acceleration amount is stopped when the torque command becomes equal to the static maximum friction torque. With this configuration, even if the machine conditions or cutting conditions change, the backlash and friction can be canceled in the same manner with the same parameters, and the quadrant projection can be eliminated.

又、バックラッシュ加速量を少し大き目な値にしてお
くことにより、バックラッシュ分を速く移動することが
でき、バックラッシュによる突起を益々改善することが
できる。
Further, by setting the backlash acceleration amount to a slightly larger value, the backlash can be moved faster, and the protrusion due to the backlash can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のサーボ制御装置のブロック図, 第2図は速度制御部のブロック図である。 13……エラーカウンタ、 15……速度制御部、 18……バックラッシュ補正タイミング判別部、 19……トルク監視部、 21……加速量出力部、 FIG. 1 is a block diagram of a servo control device of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a speed control unit. 13… Error counter, 15… Speed control section, 18… Backlash correction timing discrimination section, 19… Torque monitoring section, 21… Acceleration amount output section,

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】サーボモータの回転方向反転時に、バック
ラッシュ補正データを位置偏差データに加えて速度指令
を発生すると共に、該速度指令に所定時間バックラッシ
ュ加速量を加算してバックラッシュ補正を行うサーボ制
御装置において、 サーボモータの回転方向反転を検出する手段と、 速度偏差に基づいて出力されるトルク指令が予め設定さ
れている静止最大摩擦トルクに絶対値において等くなっ
たことを検出する検出手段と、 サーボモータの回転方向が反転した時に前記バックラッ
シュ加速量を出力し、トルク指令が静止最大摩擦トルク
に等しくなった時にバックラッシュ加速量の出力を停止
する加速量出力手段を有することを特徴とするサーボ制
御装置。
When a rotational direction of a servomotor is reversed, a backlash correction data is added to position deviation data to generate a speed command, and a backlash acceleration amount is added to the speed command for a predetermined time to perform backlash correction. In the servo control device, means for detecting the reversal of the rotation direction of the servomotor, and detection for detecting that the torque command output based on the speed deviation is equal to a preset static maximum friction torque in absolute value. Means for outputting the backlash acceleration amount when the rotation direction of the servomotor is reversed, and stopping the output of the backlash acceleration amount when the torque command becomes equal to the static maximum friction torque. Features servo control device.
【請求項2】前記静止最大摩擦トルクは、回転方向反転
直前のトルク指令とする特許請求の範囲第1項記載のサ
ーボ制御装置。
2. The servo controller according to claim 1, wherein the static maximum friction torque is a torque command immediately before reversal of the rotation direction.
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