JP2703575B2 - サーボ制御装置 - Google Patents
サーボ制御装置Info
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 10
- OCUSNPIJIZCRSZ-ZTZWCFDHSA-N (2s)-2-amino-3-methylbutanoic acid;(2s)-2-amino-4-methylpentanoic acid;(2s,3s)-2-amino-3-methylpentanoic acid Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O.CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O.CC(C)C[C@H](N)C(O)=O OCUSNPIJIZCRSZ-ZTZWCFDHSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
-
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- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
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- G05B2219/41078—Backlash acceleration compensation when inversing, reversing direction
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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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
又、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、加速終了時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場合がある。このため加速の
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。
一定にすると、加速終了時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場合がある。このため加速の
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。
＜発明が解決しようとする課題＞ 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
（バックラッシュ加速量、加工時間等）を的確に設定す
る必要がある。
体はオープンループ制御であり、機械毎にパラメータ
（バックラッシュ加速量、加工時間等）を的確に設定す
る必要がある。
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。
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。
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。
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。
＜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
り、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はフィードバックパ
ルスを積算するカウンタ、20は加速停止指示部、21は加
速量出力部である。
り、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はフィードバックパ
ルスを積算するカウンタ、20は加速停止指示部、21は加
速量出力部である。
＜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。
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。
又、以上の処理と並行して、カウンタ19は加速制御開
始時点からの速度フィードバックを積算する。すなわ
ち、カウンタ19はデジタルサーボ処理の１演算サイクル
（１サンプリング時間）の間にパルスコーダから発生す
るパルスの数を速度フィードバックVAとして積算する。
始時点からの速度フィードバックを積算する。すなわ
ち、カウンタ19はデジタルサーボ処理の１演算サイクル
（１サンプリング時間）の間にパルスコーダから発生す
るパルスの数を速度フィードバックVAとして積算する。
そして、加速停止指示部20はカウンタ19の積算値を監
視し、積算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速
量出力部21をしてバックラッシュ加速量BACCの出力を停
止させ、バックラッシュ加速制御を完了する。
視し、積算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速
量出力部21をしてバックラッシュ加速量BACCの出力を停
止させ、バックラッシュ加速制御を完了する。
＜実施例＞ 第１図は本発明のサーボ制御装置のブロック図図であ
る。
る。
11はNC部であり、所定のサンプリング時間TS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。
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はサンプリング時間毎の移動指令PCと検出移動量PA
の差分を演算する位置誤差演算部、13は次式 Er−（PC−PA）→Er により、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は速度指令
VCMD′と速度フィードバック（実速度）VAとの差分に基
づいてトルク指令を出力する速度制御部、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、パ
ルスコーダ等を含む機械系であり、伝達関数（Jmはモー
タイナーシャ）により表現されている。
の差分を演算する位置誤差演算部、13は次式 Er−（PC−PA）→Er により、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は速度指令
VCMD′と速度フィードバック（実速度）VAとの差分に基
づいてトルク指令を出力する速度制御部、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、パ
ルスコーダ等を含む機械系であり、伝達関数（Jmはモー
タイナーシャ）により表現されている。
18はバックラッシュ補正タイミング判別部、19は各サ
ンプリング時間TSの間にパルスコーダ（図示せず）から
発生するパルスの数を速度フィードバックVAとして入力
されて積算するカウンタ、20はカウンタの積算値を監視
し、積算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速停
止信号ASPを出力する加速停止指示部、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。
ンプリング時間TSの間にパルスコーダ（図示せず）から
発生するパルスの数を速度フィードバックVAとして入力
されて積算するカウンタ、20はカウンタの積算値を監視
し、積算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速停
止信号ASPを出力する加速停止指示部、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。
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BDIを出
力し、かつカウンタリセット信号RSTを出力する。
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BDIを出
力し、かつカウンタリセット信号RSTを出力する。
加速量出力部21は位置偏差Erが零になった時に（RDI
＝“1"）バックラッシュ加速量BACCを出力し、速度フィ
ードバックVAの積算値が所定値に等しくなった時に（AS
P＝“1"）バックラッシュ加速量の出力を停止する。
＝“1"）バックラッシュ加速量BACCを出力し、速度フィ
ードバックVAの積算値が所定値に等しくなった時に（AS
P＝“1"）バックラッシュ加速量の出力を停止する。
次に第１図の全体的動作を説明する。
演算部12において演算された、サンプリング時間TS毎
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。
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。
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が
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。
部11から予め設定されているバックラッシュ補正量BCが
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。
バックラッシュ補正タイミング判別部18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。
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。
バックラッシュ補正タイミング判定部18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を出力し、かつカウンタリセット信号RST
を出力してカウンタ19の内容を零にリセットする。
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を出力し、かつカウンタリセット信号RST
を出力してカウンタ19の内容を零にリセットする。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
又、以上の処理と並行して、カウンタ19は加速制御開
始時点（Er＝０になった時点）からの速度フィードバッ
クVAを積算する。すなわち、カウンタ19はデジタルサー
ボ処理の各サンプリング時間TSの間に図示しないパルス
コーダから発生するパルスの数を速度フィードバックVA
として入力されて積算する。
始時点（Er＝０になった時点）からの速度フィードバッ
クVAを積算する。すなわち、カウンタ19はデジタルサー
ボ処理の各サンプリング時間TSの間に図示しないパルス
コーダから発生するパルスの数を速度フィードバックVA
として入力されて積算する。
加速停止指示部20はカンウタ19の積算値を監視し、積
算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速停止信号
ASPを出力し、加速量出力部21をしてバックラッシュ加
速量BACCの出力を停止させ、バックラッシュ加速制御を
完了させる。
算値が所定値たとえば２〜３になった時、加速停止信号
ASPを出力し、加速量出力部21をしてバックラッシュ加
速量BACCの出力を停止させ、バックラッシュ加速制御を
完了させる。
尚、積算値が２〜３になった時にバックラッシュ加速
を停止する理由は以下の通りである。
を停止する理由は以下の通りである。
すなわち、デジタルサーボ制御においてサンプリング
時間TSは1msec程度であり、また、サーボモータの空間
的な分解能はパルスコーダの分解能に依存し、10,000/r
ev程度である。そして、サーボモータの回転方向反転時
（加速制御開始時）には速度が極めて遅い。このため、
各サンプリング時間毎のフィードバックパルス数（速度
フィードバック）VAは通常零で、時々１となる程度であ
る。それ故、速度フィードバックVAが１になったことを
検出してバックラッシュ加速を終了すると、終了するタ
イミングが早過ぎて十分なバックラッシュ加速ができず
象限突起を除去できない。又、VA＝１になったことを検
出してバックラッシュ加速を終了させるものとすると、
何等かの原因（外乱、電流の乱れ）によりサーボモータ
が微小に振動し、該振動によりVA＝１になるとバックラ
ッシュ加速が終了し、加速量が大幅に不足してバックラ
ッシュ加速制御の意味がなくなる。
時間TSは1msec程度であり、また、サーボモータの空間
的な分解能はパルスコーダの分解能に依存し、10,000/r
ev程度である。そして、サーボモータの回転方向反転時
（加速制御開始時）には速度が極めて遅い。このため、
各サンプリング時間毎のフィードバックパルス数（速度
フィードバック）VAは通常零で、時々１となる程度であ
る。それ故、速度フィードバックVAが１になったことを
検出してバックラッシュ加速を終了すると、終了するタ
イミングが早過ぎて十分なバックラッシュ加速ができず
象限突起を除去できない。又、VA＝１になったことを検
出してバックラッシュ加速を終了させるものとすると、
何等かの原因（外乱、電流の乱れ）によりサーボモータ
が微小に振動し、該振動によりVA＝１になるとバックラ
ッシュ加速が終了し、加速量が大幅に不足してバックラ
ッシュ加速制御の意味がなくなる。
一方、サンプリング時間TSにおけるフィードバックパ
ルス数（速度フィードバック）VAが２になったことを検
出してからバックラッシュ加速を終了すると、その時の
回転速度は12rpmとなっているため、加速終了のタイミ
ングが遅過ぎてしまい、バックラッシュ加速が過剰にな
り逆に内側に切り込みが発生してしまう。
ルス数（速度フィードバック）VAが２になったことを検
出してからバックラッシュ加速を終了すると、その時の
回転速度は12rpmとなっているため、加速終了のタイミ
ングが遅過ぎてしまい、バックラッシュ加速が過剰にな
り逆に内側に切り込みが発生してしまう。
そこで、本発明においては、速度フィードバックVAの
積算値を監視し、積算値が２〜３になった時にバックラ
ッシュ加速を終了するようにしているのである。このよ
うにすれば、負荷条件の多少の変化や切削速度の変化等
に関係なく、バックラッシュ加速の終了タイミングを早
過もなく、遅過もなく、バックラッシュ加速量が適度な
値になった時とすることができる。
積算値を監視し、積算値が２〜３になった時にバックラ
ッシュ加速を終了するようにしているのである。このよ
うにすれば、負荷条件の多少の変化や切削速度の変化等
に関係なく、バックラッシュ加速の終了タイミングを早
過もなく、遅過もなく、バックラッシュ加速量が適度な
値になった時とすることができる。
第２図は本発明によるサーボ制御装置を用いて工作機
械に真円切削を行わせた場合における測定結果であり、
点線は真円、1,2は時計方向及び反時計方向に切削した
場合の測定結果であり、象限切り替わり目3a〜3dにおい
て象限突起や内側への切り込みが除去されている。
械に真円切削を行わせた場合における測定結果であり、
点線は真円、1,2は時計方向及び反時計方向に切削した
場合の測定結果であり、象限切り替わり目3a〜3dにおい
て象限突起や内側への切り込みが除去されている。
＜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を開始し、速度フィードバ
ックの積算値が２〜３の所定値に等しくなった時にバッ
クラッシュ加速を終了するように構成したから、機械や
負荷条件の多少の変化、切削速度の変化等に関係なく、
バックラッシュ加速の終了タイミングを早過もなく、遅
過もなく、バックラッシュ加速量が適度な値になった時
とすることができ、象限突起や内側への切り込みを除去
することができる。
した時にバックラッシュ加速を開始し、速度フィードバ
ックの積算値が２〜３の所定値に等しくなった時にバッ
クラッシュ加速を終了するように構成したから、機械や
負荷条件の多少の変化、切削速度の変化等に関係なく、
バックラッシュ加速の終了タイミングを早過もなく、遅
過もなく、バックラッシュ加速量が適度な値になった時
とすることができ、象限突起や内側への切り込みを除去
することができる。
第１図は本発明のサーボ制御装置のブロック図、 第２図は本発明によるサーボ制御装置を用いて工作機械
に真円切削を行わせた場合における測定結果である。 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……カウンタ、 20……加速停止指示部、 21……加速量出力部
に真円切削を行わせた場合における測定結果である。 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……カウンタ、 20……加速停止指示部、 21……加速量出力部
Claims (2)
- 【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、 バックラッシュ加速を開始してからの速度フィードバッ
クの積算値が所定値に等し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、速度フィードバックの積算値が所
定値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。 - 【請求項２】前記所定値は２〜３であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のサーボ制御装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63243990A JP2703575B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | サーボ制御装置 |
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