JP2870195B2 - デジタルサーボ制御装置 - Google Patents

デジタルサーボ制御装置

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JP2870195B2
JP2870195B2 JP40702690A JP40702690A JP2870195B2 JP 2870195 B2 JP2870195 B2 JP 2870195B2 JP 40702690 A JP40702690 A JP 40702690A JP 40702690 A JP40702690 A JP 40702690A JP 2870195 B2 JP2870195 B2 JP 2870195B2
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宏治 長谷川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は所定周期毎にサーボモー
タの可動軸の絶対位置と速度および負荷電流をサンプリ
ング検出してフィードバック制御を行うデジタルサーボ
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CNC装置付の研削盤の送りの駆
動に使用されるサーボモータの制御は、アナログ制御が
主流であったが、近年、高精度化、高速安定性の要求か
らソフトウェアデジタル制御が、使用されるようになっ
てきた。このソフトウェアデジタル制御は、通常サーボ
モータの制御に使用される位置制御部、速度制御部、負
荷電流制御部のフィードバック信号を所定周期毎にサン
プリングし、このサンプリング値と指令値との偏差分を
出力するようになっている。このため、位置制御、速度
制御、負荷電流制御をソフトウェアデジタル制御にて行
うには、フィードバック信号のサンプリングを行うタイ
ミングをとるためのサンプリング信号が個々に必要とな
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ここで、このサンプリ
ング信号は、個々のサンプリングの周期が異なるため、
個別にサンプリング信号を発生する発振器を有してお
り、個々の制御部間でのタイミングは3つの発信器の1
周期をそれぞれ整数倍の値とすることで取られている。
しかし、このように発信器の整数倍の値として個々の制
御部間のタイミングを取った場合においても、温度ドリ
フト等の影響によってタイミングがずれる問題があっ
た。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上述した課題を
解決するためになされたもので、同期信号に同期して指
令された目標位置と指令された速度とから、その時刻に
おける補間された制御目標位置を発生するとともにサー
ボモータの可動軸の絶対位置と補間された前記制御目標
位置との偏差に応じた速度指令を出力する位置制御手段
と、サンプリング信号を発生するサンプリング信号発生
手段と、このサンプリング信号発生手段で発生したサン
プリング信号を前記同期信号が所定周期毎に入力されて
いるときはこの同期信号に同期させた同期サンプリング
信号として出力するサンプリング信号同期手段と、前記
サンプリング信号同期手段より出力された同期サンプリ
ング信号に同期して前記位置制御手段より出力された速
度指令と前記サーボモータの可動軸の速度との偏差に応
じた指令電流を出力する速度制御手段と、このサンプリ
ング信号同期手段より出力された同期サンプリング信号
に同期して前記速度制御手段から出力された指令電流と
前記サーボモータの可動軸の負荷電流との偏差に応じた
駆動電流を前記サーボモータに出力する電流制御手段と
を備えたものである。
【0005】
【作用】同期信号は、位置制御手段とサンプリング信号
同期手段に入力される。サンプリング信号同期手段は同
期信号が入力されると、サンプリング信号発生手段にて
発生したサンプリング信号を同期させた同期サンプリン
グ信号として速度制御手段と電流制御手段に出力する。
また同期信号が所定周期毎に入力されない場合は、前記
サンプリング信号を同期サンプリング信号として出力す
る。
【0006】前記位置制御手段は、同期信号に同期して
指令された目標位置と速度より、その時刻における制御
目標位置を補間し、この補間された制御目標位置とサー
ボモータの可動軸の絶対位置の偏差に応じた速度指令を
速度制御手段に出力し、速度制御手段は同期サンプリン
グ信号に同期して入力された速度指令とサーボモータの
可動軸の速度との偏差に応じた電流指令を電流制御手段
に出力し、電流制御手段は同期サンプリング信号に同期
して入力された電流指令とサーボモータの可動軸の負荷
電流との偏差に応じた駆動電流をサーボモータに出力す
る。
【0007】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は、本発明に係わるデジタルサーボ装置の構成
を示したブロックダイヤグラムである。図1において1
0は位置制御手段を構成するサーボ制御ユニットであ
り、20はサンプリング信号発生手段とサンプリング信
号同期手段と速度制御手段および電流制御手段を構成す
るサーボアンプである。
【0008】サーボ制御ユニット10は、主として、制
御演算を行うマイクロプロセッサユニット(以下「MP
U」と略する)11とその制御プログラムを記憶したR
OM12と同期信号を発生する発振器(C1 HZ)13およ
びRAM14とからなる。RAM14には指令された目
標位置を設定する目標位置レジスタOPRと速度を設定
する速度レジスタVRと後述するサーボモータ30の可
動軸に接続された絶対位置検出装置31で検出される現
在の絶対位置(以下「現在位置」とする)を記憶する現
在位置レジスタAPRとが形成されている。また、発振
器13はMPU11の同期信号として使用されるととも
にサーボアンプ20との同期をとるためにも使用されて
いる。
【0009】また、この他にサーボ制御ユニット10に
はインターフェース16,17が設けられ、インターフ
ェース17には、RAM14に対するバッファ記憶領域
BFが設けられており、このバッファ記憶領域BFによ
ってサーボ制御ユニット10とサーボアンプ20とのデ
ータの転送・読出しが実行される。さらにインターフェ
ース16には、CRT表示装置41を有するデータ入力
装置を構成するキーボード42とが接続され、前記イン
タフェース17には、複数のサーボアンプ20が接続さ
れている。
【0010】前記サーボアンプ20は、MPU21と駆
動回路22とサンプリング信号同期回路23と位置受信
インタフェース25および発振器(C2 HZ 但し、C2
=8000C1)24とを備えている。MPU21はサンプリ
ング信号同期回路23と、位置受信インタフェース25
と駆動回路22およびサーボ制御ユニット10に接続さ
れ、インターフェース17を介してMPU11との間で
現在位置のデータの送信と、速度指令の受信を行うとと
もに、サンプリング信号同期回路23からの同期サンプ
リング信号に同期してサーボモータ30の速度制御と、
電流制御を行う。また駆動回路22は、サーボモータ3
0と電流検出器33が接続され、MPU21からの駆動
電流指令に基づいてPWM制御にてサーボモータ30を
駆動する。
【0011】前記位置受信インタフェース25はMPU
21からのサンプリング指令によって絶対位置検出装置
31より現在位置信号を取り込み、MPU21に出力す
る。また、サンプリング信号は、発振器24と後述する
サンプリング同期回路23のカウンタ部55によって発
生される。
【0012】上述のような構成で、動作について説明す
る。キーボード42から目標位置と速度が与えられる
と、MPU11はRAM14の目標位置レジスタOPR
と速度レジスタVRに記憶する。そしてこの目標位置と
速度に基づいて目標位置に到達するまで途中の位置とな
る制御目標位置を補間演算にて求め、この制御目標位置
と現在位置レジスタAPRに記憶された現在位置との偏
差に応じた速度指令をバッファ記憶領域BFに記憶させ
る。
【0013】このバッファ記憶領域BFに記憶された速
度指令によってMPU21は絶対位置検出装置31にて
検出された現在位置を微分して現在の速度が求められ、
この現在の速度と速度指令の偏差が算出され、その速度
偏差に基づいて電流指令値が算出される。この電流指令
値は電流検出器33にてサンプリングされた負荷電流と
比較され、偏差が算出される。この電流偏差に基づいて
駆動電流が駆動回路22に出力され、サーボモータ30
が駆動される。
【0014】本実施例のデジタルサーボ装置は上述した
ように位置、速度および電流の3つのフィードバックル
ープより構成されている。このフィードバックループは
下位になる程、短い周期で繰り返し実行され、下位にな
る程高い応答性が要求されるとともに上位のフィードバ
ックとの同期をとることが必要になる。次に本実施例で
使用されたサンプリング信号同期回路23について説明
する。このサンプリング同期回路23は、サーボ制御装
置10および発振器24に接続されており、図2に示す
ように10進カウンタ50,51,52にて構成される
カウンタ部55と、フリップフロップ56,57,5
8,59および論理回路60,61,62で構成され、
カウンタ部55のカウントアップのタイミングで同期信
号と発振器24との同期をとる信号補正部65より構成
されている。
【0015】前記カウンタ部55の10進カウンタ5
0,51,52のクロック端子には発振器24で発生す
るC2 HZのクロック信号CKが入力されており、許可端
子EP,ETにそれぞれ信号入力があったときのみ、ク
ロック信号CKによってカウントを行う。つまり、10
進カウンタ50は、許可端子EP,ETが電源電圧に接
続されているので、クロック信号CKが入力される毎に
カウントしてゆき、カウント値が10になると同時にカ
ウントアップ信号RCを10進カウンタ51の許可端子
EP,ETに送出する。これによって10進カウンタ5
1はカウント可能な状態になってクロック信号CKによ
ってカウントを行うことで、10進カウンタ50が10
カウントする毎に10進カウンタ51が1回カウント
し、同様に10進カウンタ52は10進カウンタ51が
10カウントする毎に1回カウントする。この結果、カ
ウント部55はクロック信号CKが1000回入力され
る毎に信号補正部65にカウントアップ信号CUを出力
する。なお、このカウントアップ信号CUが速度フィー
ドバックループのサンプリング信号とされている。次に
信号補正部65の動作を図3のタイムチャートにて説明
する。
【0016】フリップフロップ56,57,58,59
には図3(a) に示すクロック信号CKを論理回路60に
て反転させた反転クロック信号CKb(図3(b))がクロ
ック端子にそれぞれ入力され、フリップフロップ56は
データ入力端子D1 には発振器(C1 HZ)13からの同
期信号が入力されている。(図3(a))。これによって
フリップフロップ56は、反転クロック信号CKb の立
ち上がりのタイミングで、同期信号の状態に応じた信号
を出力端子Q1 , Qb1(Q1 の反転信号)から出力す
る。(図3(d) ,(e))
【0017】さらに出力端子Qb1から出力された信号は
フリップフロップ57のデータ入力端子D2 に入力さ
れ、出力端子Q2 より図3(f) に示すような信号が出力
される。さらにこの出力端子Q2 より出力された信号
と、出力端子Q1 から出力された信号との負論理和を論
理回路61にて求める。(図3(g) )
【0018】そしてカウント部55より出力されたカウ
ントアップ信号( 図3(h))をフリップフロップ58に入
力して図3(i) に示す信号を出力端子Q3 から得、この
出力端子Q3 からの信号と論理回路61で得た信号とを
さらに論理回路62に入力して図3(j) に示すリセット
信号CLRを得る。このリセット信号CLでカウント部
55の10カウンタ50,51,52のリセットをする
とともに、フリップフロップ59に入力端子D4 に入力
して出力端子Q4 から図3(l) に示す同期サンプリング
信号が出力される。これによってカウンタ部55からカ
ウントアップ信号CUと同期信号SYNCの1周期が同
期してない場合には、同期信号SYNCによってカウン
タ部55がリセットされると同時に、同期サンプリング
信号が出力される。また同期信号SYNCが異常等によ
って出力されない場合においても、カウンタ部55から
のカウントアップ信号CUに基づいて同期サンプリング
信号が出力される。
【0019】上述したようにサンプリング同期回路23
から出力された同期サンプリング信号によって電流フィ
ードバックの実行タイミングをとるとともに、この同期
サンプリング信号の4回のタイミングで速度フィードバ
ックの実行タイミングをとる。この結果、位置、速度お
よび電流の3つのフィードバックループの同期をとるこ
とができ、さらにサーボ制御ユニット10から同期信号
SYNCが出力されない場合においても、サーボアンプ
20にて実行される速度および電流のフィードバックル
ープの同期サンプリング信号は入力されるので、サーボ
モータ30が暴走することがない。
【0020】さらにサーボ制御ユニット10を追加して
多軸制御を構成する場合も発進器13より同期信号を追
加したサーボ制御ユニットに入力すれば同軸で同期サン
プリングが可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように本発明においては、同
期信号によって位置制御手段の動作タイミングをとり、
速度制御手段と電流制御手段は、サンプリング信号発生
手段にて発生したサンプリング信号を同期信号が入力さ
れているときには、信号同期手段にて同期信号との同期
をとった同期サンプリング信号を動作タイミングをとる
ようにしたので、位置制御手段、速度制御手段および電
流制御手段のの同期をとることができ、さらに同期信号
が入力されない場合においてもサーボモータが暴走させ
ることがない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】デジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図2】サンプリング同期回路の構成を示す論理回路図
である。
【図3】サンプリング同期回路の動作を説明するタイム
チャートである。
【符号の説明】
10 サーボ制御ユニット 11 MPU 13 発振器 20 サーボアンプ 21 MPU 23 サンプリング同期回路 24 発振器 30 サーボモータ 31 絶対位置検出装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 3/00 - 3/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同期信号に同期して指令された目標位置と
    指令された速度とから、その時刻における補間された制
    御目標位置を発生するとともにサーボモータの可動軸の
    絶対位置と補間された前記制御目標位置との偏差に応じ
    た速度指令を出力する位置制御手段と、サンプリング信
    号を発生するサンプリング信号発生手段と、このサンプ
    リング信号発生手段で発生したサンプリング信号を前記
    同期信号が所定周期毎に入力されているときはこの同期
    信号に同期させた同期サンプリング信号として出力する
    サンプリング信号同期手段と、このサンプリング信号同
    期手段より出力された同期サンプリング信号に同期して
    前記位置制御手段より出力された速度指令と前記サーボ
    モータの可動軸の速度との偏差に応じた指令電流を出力
    する速度制御手段と、前記サンプリング信号同期手段よ
    り出力された同期サンプリング信号に同期して前記速度
    制御手段から出力された指令電流と前記サーボモータの
    可動軸の負荷電流との偏差に応じた駆動電流を前記サー
    ボモータに出力する電流制御手段とを備えたことを特徴
    とするデジタルサーボ制御装置。
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