JP3236607B2 - Digital servo controller - Google Patents

Digital servo controller

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JP3236607B2
JP3236607B2 JP25923090A JP25923090A JP3236607B2 JP 3236607 B2 JP3236607 B2 JP 3236607B2 JP 25923090 A JP25923090 A JP 25923090A JP 25923090 A JP25923090 A JP 25923090A JP 3236607 B2 JP3236607 B2 JP 3236607B2
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JP
Japan
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speed
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孝夫 米田
友也 加藤
寿宏 米津
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Toyoda Koki KK
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Toyoda Koki KK
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • 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
    • G05B2219/43Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43003Acceleration deceleration in presence of backlash, dynamic backlash

Landscapes

  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明は、機械系駆動中の追従遅れによって生じる動
的バックラッシを補正することができるディジタルサー
ボ制御装置に関する。
The present invention relates to a digital servo control device capable of correcting a dynamic backlash caused by a tracking delay during driving of a mechanical system.

【従来技術】[Prior art]

従来、歯車を噛み合わせたときの歯面間の隙間や歯車
の回転方向が反転するときに生じる機械系のガタを補う
ためのバックラッシ補正として、指令の移動方向逆転
時、その機械系ガタに相当する量を指令値に加算して補
正している。
Conventionally, as backlash correction to compensate for mechanical gaps that occur when the direction of rotation of the gears or the gap between the tooth surfaces when the gears mesh with each other is reversed, when the command direction is reversed, this is equivalent to the mechanical gap of the mechanical system. The amount to be corrected is added to the command value.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

ところで、機械系の移動方向を高速で逆転させた場合
のバックラッシには、従来の機械系のガタによる静的バ
ックラッシの他にサーボ系の追従遅れによって生じる動
的バックラッシがある。この動的バックラッシは、指令
された位置の目標値が反転しても暫くの間、その目標値
と送り軸の現実の位置との間に、位置偏差が残り、その
位置偏差によりモータを同じ方向に回転させるための速
度制御が継続されるために生じる。この動的バックラッ
シは工作物の仕上げ形状を変形させる原因となってい
る。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、サーボ系の追従遅れ
によって生じる動的バックラッシを補正し、工作物の加
工形状の精度を向上させることである。
By the way, as the backlash when the moving direction of the mechanical system is reversed at high speed, there is a dynamic backlash caused by a following delay of the servo system in addition to the static backlash due to the play of the conventional mechanical system. This dynamic backlash causes a position deviation between the target value and the actual position of the feed axis for a while even if the target value of the commanded position is reversed, and the motor moves in the same direction due to the position deviation. This occurs because the speed control for rotating the motor is continued. This dynamic backlash causes the finished shape of the workpiece to be deformed. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to correct dynamic backlash caused by a delay in following a servo system and improve the accuracy of a machining shape of a workpiece. That is.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

上記課題を解決するための発明の構成は、位置フィー
ドバックループ、速度フィードバックループ、電流フィ
ードバックループを有し、指令値及び帰還値をディジタ
ル量で与えたディジタルサーボ制御装置において、指令
された目標位置の時間変動から指令速度を算出する速度
演算手段と、速度演算手段により算出された指令速度の
時間変動から指令加速度を算出する加速度演算手段と、
速度演算手段により算出された指令速度の符号が変転
し、かつ加速演算手段により算出された指令加速度の大
きさが所定値より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れ
である動的バックラッシ補正が必要であると判定する補
正判定手段と、補正判定手段により動的バックラッシ補
正が必要と判定されたときは指令加速度に応じた補正量
で速度フィードバックループの速度偏差を補正するバッ
クラッシ補正手段と、を備えたことを特徴とする。
A configuration of the invention for solving the above-mentioned problem has a position feedback loop, a speed feedback loop, and a current feedback loop, and in a digital servo control device that gives a command value and a feedback value in digital amounts, Speed calculation means for calculating a commanded speed from time variation, and acceleration calculation means for calculating a commanded acceleration from a time variation of the commanded speed calculated by the speed calculation means,
When the sign of the command speed calculated by the speed calculating means changes and the magnitude of the command acceleration calculated by the acceleration calculating means is larger than a predetermined value, dynamic backlash correction, which is a tracking delay during driving of the mechanical system, is required. And a backlash correction unit that corrects the speed deviation of the speed feedback loop with a correction amount according to the command acceleration when the correction determination unit determines that dynamic backlash correction is necessary. It is characterized by having.

【作用】[Action]

速度演算手段により指令された目標位置の時間変動か
ら指令速度が算出される。 又、加速度演算手段により上記速度演算手段により算
出された指令速度の時間変動から指令加速度が算出され
る。 そして、補正判定手段により上記速度演算手段により
算出された指令速度の符号が反転し、かつ、上記加速度
演算手段により算出された指令加速度の大きさが所定値
より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れである動的バ
ックラッシ補正が必要であると判定される。 バックラッシ補正手段により上記補正判定手段により
動的バックラッシ補正が必要と判定されたときには指令
加速度に応じた大きさの補正量で速度フィードバックル
ープの速度偏差が補正される。 即ち、位置の移動方向の反転時に、目標位置を一時的
に減少、零又は反対方向の目標位置とすることにより、
サーボモータに反対方向の加速度を一時的に与え、現実
の送り軸の位置の反転の応答性を向上させることができ
る。
The command speed is calculated from the time variation of the target position commanded by the speed calculating means. Also, the command acceleration is calculated from the time variation of the command speed calculated by the speed calculating means by the acceleration calculating means. When the sign of the command speed calculated by the speed calculating means is inverted by the correction determining means, and the magnitude of the command acceleration calculated by the acceleration calculating means is larger than a predetermined value, It is determined that dynamic backlash correction, which is a delay, is necessary. When the backlash correction means determines that dynamic backlash correction is required by the correction determination means, the speed deviation of the speed feedback loop is corrected by a correction amount having a magnitude corresponding to the commanded acceleration. That is, at the time of reversing the moving direction of the position, the target position is temporarily reduced, and the target position is set to zero or the target position in the opposite direction.
It is possible to temporarily apply an acceleration in the opposite direction to the servomotor to improve the responsiveness of reversing the actual position of the feed axis.

【実施例】【Example】

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第1図は本発明に係るディジタルサーボ制御装置の構
成を示したブロックダイヤグラムである。 ディジタルサーボ制御装置10は主として、CPU11、ROM
12、RAM13、ディジタルシグナルプロセッサ(以下「DS
P」という)14、共通RAM17,A/D変換器15a,15b及び現在
値カウンタ16から構成されている。CPU11にはインタフ
ェース19を介してキーボード21及びCRT表示装置22が接
続されている。 DSP14の出力はインバータ25に入力され、そのインバ
ータ25はDSP14の出力信号に応じてサーボモータ31を駆
動する。サーボモータ31には同期モータが用いられ、イ
ンバータ25のPWM電圧制御によりサーボモータ31の負荷
電流が制御され、その結果、出力トルクが制御される。 サーボモータ31のu相及びv相の負荷電流はCT32a,32
bにより検出され、増幅器18a,18bにより増幅される。そ
の増幅器18a,18bの出力は、A/D変換器15a,15bに入力さ
れ、所定の周期でサンプリングされ、ディジタル値に変
換される。そのサンプリングされた値は、瞬時負荷電流
のフィードバック値として、DSP14に入力する。 又、サーボモータ31にはパルスエンコーダ33が接続さ
れ、その現在位置が検出される。パルスエンコーダ33の
出力は波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウン
タ16に接続されている。 波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウンタ16
に入力されるパルスエンコーダ33からの出力信号は現在
値カウンタ16の値を加減させる。DSP14により、現在値
カウンタ16の値は現在位置フィードバック値として読み
込まれ、DSP14により、CPU11から出力された目標値と比
較され位置偏差が算出される。そして、DSP14により、
その位置偏差に基づいて速度目標値が算出される。 又、DSP14に入力された現在位置フィードバック値は
微分され、速度フィードバック値が算出される。DSP14
により、位置偏差に応じて決定される速度目標値と速度
フィードバック値とが比較され速度偏差が算出され、そ
の速度偏差に基づいて電流目標値が算出される。 DSP14により、この電流目標値は、増幅器18a,18b及び
A/D変換器15a,15bを介してCT32a,32bにて検出された負
荷電流の電流フィードバック値と比較され、電流偏差が
算出される。その時の瞬時電流偏差と瞬時電流偏差の累
積値と電流目標値とに基づいて、即ち、比例積分演算に
より、その時の瞬時電流指令値が演算される。その瞬時
電流指令値は高周波数の三角波と比較され、インバータ
25の各相のトランジスタのオンオフを制御する電圧制御
PWM信号が生成される。その電圧制御PWM信号は、インバ
ータ25に出力され、そのインバータ25の各相のトランジ
スタがそれぞれ駆動される。このインバータ25のスイッ
チングにより、各相の負荷電流は電流目標値に制御され
ることになる。 尚、サーボモータ31の位置決めは、CPU11により、現
在値カウンタ16の出力値が位置の目標値に等しくなった
と判定された時に完了される。 又、A/D変換器15a,15bによってサンプリングされたu
相、v相の負荷電流値は、DSP14によりdq変換される。 本実施例のディジタルサーボ制御装置は、上述したよ
うに、位置、速度及び電流の3つのフィードバックルー
プにより構成されている。より下位のフィードバックル
ープ程、より高い応答性が要求され、例えば、最下位の
電流フィードバックループは100μs、速度フィードバ
ックループはその数倍、位置フィードバックループは更
にその数倍の時間間隔で同期をとってデータのサンプリ
ングが実行され、それぞれのフィードバックループの処
理が実行される。 次に、本実施例装置の作動について説明する。 第2図のプログラムは、DSP14によって、所定の最小
周期毎に繰り返し実行される。 ステップ100では、現実行サイクルが位置偏差演算タ
イミングか否かが判定され、位置偏差演算タンミングで
あればステップ102に移行し、共通RAMからCPU11により
指令された目標位置POが入力される。 次に、速度演算手段を達成するステップ104におい
て、今回入力の目標位置と前回入力の目標位置とその間
の経過時間とから今回の指令速度VOが演算される。 次に、加速度演算手段を達成するステップ106におい
て、今回の指令速度と前回の指令速度とから今回の指令
加速度AOが演算される。 次に、補正判定手段を達成するステップ108に移行
し、バックラッシ補正条件が成立するか否かが判定され
る。即ち、ステップ104で算出された指令速度VOの符号
が反転し、ステップ106で算出された指令加速度AOの絶
対値の大きさが所定の閾値At以上か否かが判定される。
指令速度VOの符号の反転は指令された移動方向が反転、
又、指令加速度AOの絶対値が大きいときは追従遅れの量
が大きいことを意味する。補正条件が成立する場合に
は、ステップ108の判定はYESとなり、ステップ110に移
行する。 ステップ110ではバックラッシ補正量Bが指令加速度A
Oに比例した値、即ち、次式により演算される。 B=k・AO (k:比例定数) 尚、上述のステップ108で、バックラッシ補正条件が
成立しなければ、ステップ112に移行し、バックラッシ
補正量Bが零とされる。 そして、ステップ114に移行し、DSP14での管理上の目
標位置が次式にて補正される。 PO=PO+B 即ち、管理上の目標位置は指令された目標位置に対し
てバックラッシ補正量だけ方向が推移される。 次に、バックラッシ補正手段を達成するステップ116
に移行し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在
値、即ち、現在位置が読み込まれ、補正後の管理上の目
標位置に対する位置偏差が演算される。 次に、ステップ118において、位置偏差に応じて速度
目標値が演算される。ここで、ステップ114において、
目標位置のバックラッシ補正があれば、速度目標値に対
してもバックラッシ補正が行われたことになる。この位
置のフィードバック制御は、第4図の信号S1で示したタ
イミングで実行される。 次に、ステップ120において、現実行サイクルが速度
偏差演算タイミングか否かが判定される。 速度偏差演算タンミングであればステップ122に移行
し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在値(電気
角)θ(n)が読み込まれる。 次に、ステップ124において、前回の速度偏差演算タ
イミング時に読み込まれた位置の現在値(電気角)θ
(n−1)と、速度制御周期Dとから現速度制御期間に
おける速度の現在値V(n)が次式によって演算され
る。 v(n)=(θ(n)−θ(n−1))/D …(1) 又、ステップ118で設定された速度目標値に対する偏
差、即ち、速度偏差が演算される。 ここで、ステップ118における速度目標値にバックラ
ッシ補正があれば速度偏差にもバックラッシ補正が行わ
れたことになる。即ち、サーボモータ31には反転力が作
用し逆転しようとしてブレーキがかかることになる。 そして、次のステップ126において、その速度偏差に
応じて、d軸成分とq軸成分の電流目標値が演算され
る。この速度フィードバック制御は、第4図の信号S2で
示したタイミングで実行される。 次に、ステップ128において、現実行サイクルが電流
偏差演算タイミングか否かが判定される。 電流偏差演算タイミングであれば、ステップ130に移
行する。 ステップ130以下は電流フィードバック制御であり、
この制御は、第4図の信号S3に示したタイミングで実行
される。 ステップ130では、電流制御期間の先頭から測定した
次のステップ132での電流検出時刻Δt1と、電流制御期
間の先頭から測定した負荷電流の制御時刻Δt2を用い
て、その時刻に対応した電気角である電流検出時電気角
θと制御時電気角θが補間演算される。 θ=θ(n)+ΔV(n)・Δt1 …(2) θ=θ(n)+ΔV(n)・Δt2 …(3) この時刻Δt1,Δt2と電気角θ1とは第4図に示
したように対応している。 次にステップ132に移行して、u相、v相の瞬時負荷
電流の現在値Iu,IvがA/D変換器15a,15bから読み込まれ
る。 次に、ステップ134において、その電流の現在値Iu,Iv
はdq変換されて、d軸成分Idとq軸成分Iqとが次式によ
って演算される。 尚、dq座標系は、良く知られたように、d軸は励磁磁
場と同相にとられ、q軸は励磁磁場と電気角で90゜の位
相差にとられた座標系である。d軸成分は無効成分をq
軸成分は有効成分を表す。 次に、ステップ136において、ステップ126で設定され
たd軸成分とq軸成分の電流目標値を基準として、比例
積分演算により、現時点でのd軸成分とq軸成分の電流
指令値Id,Iqが演算される。 次に、ステップ138において、次式により、電流指令
値Id,Iqを逆dq変換して、各相電流指令値Iu,I
v,Iwが演算される。 尚、Iwは、Iw=−(Iu+Iv)によって演算さ
れる。 次に、ステップ140,142において、各相電流指令値Iu
,Iv,Iwの高周波数の三角波とのレベル関係を利用
して、即ち、平均電圧法を用いて、1つの制御周期内に
おける一連のPWM信号が生成される。 一連のPWM信号は、第5図に示したように、各相の電
圧印加状態を示した電圧ベクトルで表すことができる。
回転磁界ベクトルは、この電圧ベクトルの積分として表
される。 従って、第6図に示したように、各電圧ベクトル×継
続時間の和によって回転磁界ベクトルの先端の軌跡が描
かれる。回転磁界を角度2π/n毎に円周上の点に最短経
路で位置決めするためには、1制御周期毎に、第5図に
示した隣接する2つの電圧ベクトルと零ベクトルV0との
3つのベクトルでインバータ25が制御される必要があ
る。この3つの電圧ベクトルの組合せと回転磁界の位相
とは一意的に対応する。回転磁界の位相と電圧ベクトル
の組合せの対応表(零ベクトルV0は必ず組合せの1要素
となるので、2つの電圧ベクトルの組だけで良い)が、
第7図に示したように、予めROM12に記憶されている。 ステップ140では、制御時電気角θ(回転磁界の位
相)から、ROM12における上記のテーブルを検索してそ
の時の電圧ベクトルの組合せを求める。 ステップ142では、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。 例えば、その電圧ベクトルの組合せが、第8図に示し
たように、V6=(1,1,0),V1=(1,0,0),V0=(0,0.
0)となったとして、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。その演算方法は、本実施例では、良く
知られた平均電圧法が用いられている。 即ち、各相電流指令値Iu,Iv,Iwのうち、絶対値
の大きい2つを大きい順にI1 ,I2 とするとき、継続
時間t1,t2,t3は次式で求められる。 t1=|2I2 +I1 |・T/Vdc …(8) t2=|I1 −I2 |・T/Vdc …(9) t3=T−(t1+t2) …(10) 但し、Tは周期、Vdcは印加直流電圧である。 次に、ステップ144において、1組の電圧ベクトルに
よるPWM信号が、継続時間t1,t2,t3だけ出力される。例
えば、第8図に示したように、V6=(1,1,0),V1=(1,
0,0),V0=(0,0,0)の順に、継続時間t1,t2,t3だけ出
力される。又、換言すれば、U相はt1+t2だけ電圧が印
加され、V相はt1だけ電圧が印加され、W相にはその制
御期間、電圧は印加されない。 このようにして、1つの実行サイクルの処理が完了す
る。この実行サイクルは、最小の制御周期で実行されて
おり、その整数倍n1で電流フィードバックループが制御
され、その整数倍n2で速度フィードバックループが制御
され、その整数倍n3で位置フィードバックループが制御
されるように、ステップ100,120,128で判定の基準とな
る回数が設定されている。但し、n1<n2≦n3である。 上記のサイクルが繰り返し実行されることで、第4図
に示したタイミングで、位置、速度、電流のフィードバ
ック制御が行われる。 但し、第4図に示したタイミングはCPU11によるプロ
グラム実行時からの計時によって検出される。 このように、位置の方向転換時に、結果的に速度偏差
が反対方向に補正されるので、サーボモータ31には反対
方向の回転力が発生し、これがブレーキ又は反対方向の
加速度として作用する。この結果、位置の追従遅れに起
因するバックラッシが補正されることになる。 次に、本発明によるバックラッシ補正の意味について
説明する。 第3図(a)のように指令された目標位置の時間変動
から指令速度度VOが算出され、第3図(b)のように指
令速度VOの時間変動から指令加速AOが算出される。そし
て、指令速度VOの符号が反転、即ち、移動方向が逆転、
且つ、指令加速度AOが大きく変動した場合に、バックラ
ッシ補正がないとサーボモータ31の現実の回転角に追従
遅れを生じる。 つまり、指令速度VOの符号が反転しているにも拘わら
ずサーボモータ31は追従偏差に比例した回転速度で同一
方向に回転を継続することになる。 ここで、指令速度VOの符号が反転時、第3図(b)に
示したように、指令加速度AOに対して所定の閾値Atを設
定する。 そして、指令加速度AOが閾値At以上であるとその閾値
Atを越えた大きさに応じた補正量B(第3図(c)参
照)が求められる。 バックラッシ補正として、第3図(d)に示されたよ
うに、指令された目標位置POが指令速度VOの符号の反転
時にその時の指令加速度に比例したバックラッシ補正量
Bだけ補正される。 この結果、指令された目標位置が現在の回転方向と反
対方向に補正されたのと等価になる。 更に、速度偏差、即ち、速度目標値と速度現在値との
差も現在の回転方向と反対方向にバックラッシ補正量B
だけ補正されたのと等価になる。 以上のことからも明らかなように、上記実施例では、
管理上の目標位置POを補正しているが、結果的に速度偏
差が補正されれば良い。従って、上記補正の他、管理上
の位置の現在値、速度の目標値、速度の現在値を補正し
ても同様に速度偏差を補正したことになる。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital servo control device according to the present invention. Digital servo controller 10 is mainly composed of CPU 11, ROM
12, RAM13, digital signal processor (hereinafter "DS
P) 14, a common RAM 17, A / D converters 15a and 15b, and a current value counter 16. A keyboard 21 and a CRT display device 22 are connected to the CPU 11 via an interface 19. The output of the DSP 14 is input to the inverter 25, and the inverter 25 drives the servo motor 31 according to the output signal of the DSP 14. A synchronous motor is used as the servo motor 31, and the load current of the servo motor 31 is controlled by the PWM voltage control of the inverter 25, and as a result, the output torque is controlled. The u-phase and v-phase load currents of the servo motor 31 are CT32a, 32
b, and amplified by the amplifiers 18a and 18b. Outputs of the amplifiers 18a and 18b are input to A / D converters 15a and 15b, sampled at a predetermined cycle, and converted into digital values. The sampled value is input to the DSP 14 as a feedback value of the instantaneous load current. Further, a pulse encoder 33 is connected to the servo motor 31, and its current position is detected. The output of the pulse encoder 33 is connected to the current value counter 16 via the waveform shaping / direction discriminating circuit 34. Current value counter 16 via waveform shaping / direction determination circuit 34
The output signal from the pulse encoder 33, which is input to the controller, increases or decreases the value of the current value counter 16. The value of the current value counter 16 is read by the DSP 14 as a current position feedback value, and is compared with the target value output from the CPU 11 by the DSP 14 to calculate a position deviation. And with DSP14,
A speed target value is calculated based on the position deviation. Further, the current position feedback value input to the DSP 14 is differentiated, and a speed feedback value is calculated. DSP14
Thus, the speed target value determined according to the position deviation is compared with the speed feedback value to calculate the speed deviation, and the current target value is calculated based on the speed deviation. With the DSP 14, this current target value is adjusted by the amplifiers 18a, 18b and
The current deviation is calculated by comparing with the current feedback value of the load current detected by the CTs 32a and 32b via the A / D converters 15a and 15b. The instantaneous current command value at that time is calculated based on the instantaneous current deviation at that time, the accumulated value of the instantaneous current deviation, and the current target value, that is, by a proportional integral calculation. The instantaneous current command value is compared with the high-frequency triangular wave,
Voltage control to control on / off of 25 phase transistors
A PWM signal is generated. The voltage control PWM signal is output to the inverter 25, and the transistors of each phase of the inverter 25 are driven. By the switching of the inverter 25, the load current of each phase is controlled to the target current value. The positioning of the servo motor 31 is completed when the CPU 11 determines that the output value of the current value counter 16 has become equal to the target value of the position. Also, u sampled by the A / D converters 15a and 15b
The DSP 14 converts the phase and v-phase load current values into dq. As described above, the digital servo control device of the present embodiment is configured by three feedback loops of position, speed, and current. The lower feedback loop requires higher responsiveness. For example, the lowest current feedback loop is 100 μs, the speed feedback loop is several times as long, and the position feedback loop is synchronized at several times more time. Data sampling is performed, and the processing of each feedback loop is performed. Next, the operation of the device of this embodiment will be described. The program shown in FIG. 2 is repeatedly executed by the DSP 14 every predetermined minimum cycle. In step 100, it is determined whether or not the current execution cycle is the position deviation calculation timing, and if the position deviation calculation timing, the process proceeds to step 102, where the target position PO commanded by the CPU 11 is input from the common RAM. Next, in step 104 for achieving the speed calculating means, the current command speed VO is calculated from the target position of the present input, the target position of the previous input, and the elapsed time therebetween. Next, in step 106 for achieving the acceleration calculation means, the current command acceleration AO is calculated from the current command speed and the previous command speed. Next, the process proceeds to step 108 for achieving the correction determining means, and it is determined whether the backlash correction condition is satisfied. That is, the sign of the command speed VO calculated in step 104 is inverted, and it is determined whether the magnitude of the absolute value of the command acceleration AO calculated in step 106 is equal to or greater than a predetermined threshold At.
The inversion of the sign of the command speed VO reverses the commanded movement direction,
When the absolute value of the command acceleration AO is large, it means that the amount of the tracking delay is large. If the correction condition is satisfied, the determination at Step 108 is YES, and the routine goes to Step 110. In step 110, the backlash correction amount B is equal to the command acceleration A.
It is calculated by a value proportional to O, that is, by the following equation. B = k · AO (k: proportionality constant) If the backlash correction condition is not satisfied in step 108, the process proceeds to step 112, where the backlash correction amount B is set to zero. Then, the process proceeds to step 114, and the target position for management in the DSP 14 is corrected by the following equation. PO = PO + B That is, the direction of the management target position is shifted by the backlash correction amount with respect to the commanded target position. Next, step 116 for achieving the backlash correction means
Then, the current value of the position held in the current value counter 16, that is, the current position is read, and the position deviation from the corrected target position for management is calculated. Next, in step 118, a speed target value is calculated according to the position deviation. Here, in step 114,
If the backlash correction of the target position is performed, it means that the backlash correction has been performed also on the speed target value. This position feedback control is executed at the timing indicated by the signal S1 in FIG. Next, in step 120, it is determined whether or not the current execution cycle is a timing deviation calculation timing. If the speed deviation is calculated, the process proceeds to step 122, where the current value (electrical angle) θ (n) of the position held in the current value counter 16 is read. Next, in step 124, the current value (electrical angle) θ of the position read at the time of the previous speed deviation calculation timing
From (n-1) and the speed control cycle D, the current value V (n) of the speed in the current speed control period is calculated by the following equation. v (n) = (θ (n) −θ (n−1)) / D (1) Further, a deviation from the speed target value set in step 118, that is, a speed deviation is calculated. Here, if the speed target value in step 118 has the backlash correction, it means that the speed deviation has also been backlash corrected. That is, a reversing force acts on the servo motor 31 to apply a brake to reverse rotation. Then, in the next step 126, current target values of the d-axis component and the q-axis component are calculated according to the speed deviation. This speed feedback control is executed at the timing indicated by the signal S2 in FIG. Next, in step 128, it is determined whether or not the current execution cycle is the current deviation calculation timing. If it is the current deviation calculation timing, the process proceeds to step 130. Step 130 and subsequent steps are current feedback control,
This control is executed at the timing indicated by the signal S3 in FIG. In step 130, using the current detection time Delta] t 1 at the next step 132, measured from the beginning of the current control period, the control time Delta] t 2 of the load current measured from the beginning of the current control period, corresponding to the time the electric current detecting when the electrical angle theta 1 to the control when the electrical angle theta 2 is the angular is interpolation. θ 1 = θ (n) + ΔV (n) · Δt 1 (2) θ 2 = θ (n) + ΔV (n) · Δt 2 (3) The times Δt 1 and Δt 2 and the electrical angles θ 1 and θ 2 corresponds as shown in FIG. Next, the routine proceeds to step 132, where the current values Iu and Iv of the u-phase and v-phase instantaneous load currents are read from the A / D converters 15a and 15b. Next, in step 134, the current values Iu, Iv
Is subjected to dq conversion, and a d-axis component Id and a q-axis component Iq are calculated by the following equation. As is well known, the dq coordinate system is a coordinate system in which the d-axis has the same phase as the exciting magnetic field and the q-axis has a phase difference of 90 ° in electrical angle from the exciting magnetic field. The d-axis component is q
The axis component represents the active ingredient. Next, in step 136, the current command values Id * , d and d of the d-axis component and the q-axis component at the present time are calculated by proportional integration based on the d-axis component and the q-axis component current target values set in the step 126. Iq * is calculated. Next, in step 138, the current command values Id * , Iq * are subjected to inverse dq conversion according to the following equation, and the current command values Iu * , I
v * and Iw * are calculated. Note that Iw * is calculated by Iw * = − (Iu * + Iv * ). Next, in steps 140 and 142, each phase current command value Iu
A series of PWM signals in one control cycle are generated using the level relationship between the high-frequency triangular waves of * , Iv * , and Iw * , that is, using the average voltage method. As shown in FIG. 5, a series of PWM signals can be represented by a voltage vector indicating a voltage application state of each phase.
The rotating magnetic field vector is represented as the integral of this voltage vector. Therefore, as shown in FIG. 6, the locus of the tip of the rotating magnetic field vector is drawn by the sum of each voltage vector × duration. In order to position the rotating magnetic field at a point on the circumference at an angle of 2π / n by the shortest path, the three adjacent voltage vectors and the zero vector V 0 shown in FIG. The inverter 25 needs to be controlled by two vectors. The combination of these three voltage vectors uniquely corresponds to the phase of the rotating magnetic field. The correspondence table of the combination of the phase of the rotating magnetic field and the voltage vector (since the zero vector V 0 is always one element of the combination, only the combination of the two voltage vectors is sufficient)
As shown in FIG. 7, it is stored in the ROM 12 in advance. In step 140, the above table in the ROM 12 is searched from the control electrical angle θ 2 (phase of the rotating magnetic field) to determine the combination of the voltage vectors at that time. In step 142, the duration of each voltage vector t 1, t 2, t
3 is calculated. For example, as shown in FIG. 8, the combination of the voltage vectors is V 6 = (1,1,0), V 1 = (1,0,0), V 0 = (0,0.
0), the duration t 1 , t 2 , t of each voltage vector
3 is calculated. In this embodiment, a well-known average voltage method is used as the calculation method. That is, the phase current command values Iu *, Iv *, among Iw *, I 1 * two large absolute value in descending order, when the I 2 *, duration t 1, t 2, t 3 the following It is obtained by the formula. t 1 = | 2I 2 * + I 1 * | · T / Vdc ... (8) t 2 = | I 1 * -I 2 * | · T / Vdc ... (9) t 3 = T- (t 1 + t 2) (10) where T is the cycle and Vdc is the applied DC voltage. Next, at step 144, PWM signal according to a set of voltage vectors are output by the duration t 1, t 2, t 3 . For example, as shown in FIG. 8, V 6 = (1,1,0), V 1 = (1,
(0,0), V 0 = (0,0,0) in the order of durations t 1 , t 2 , t 3 . In other words, in the U phase, a voltage is applied by t 1 + t 2 , in the V phase, a voltage is applied by t 1 , and in the W phase, no voltage is applied during the control period. Thus, the processing of one execution cycle is completed. The run cycle, the minimum being executed in the control period of the current feedback loop is controlled by an integral multiple n 1, the velocity feedback loop an integral multiple n 2 is controlled, the position feedback loop in its integer multiples n 3 Are controlled in steps 100, 120, and 128, the number of times is set as a reference for determination. Here, n 1 <n 2 ≦ n 3 . By repeating the above cycle, the position, speed, and current feedback control is performed at the timing shown in FIG. However, the timing shown in FIG. 4 is detected by measuring the time from when the CPU 11 executes the program. As described above, when the position changes direction, the speed deviation is corrected in the opposite direction, so that the servomotor 31 generates a rotational force in the opposite direction, which acts as a brake or acceleration in the opposite direction. As a result, the backlash caused by the position tracking delay is corrected. Next, the meaning of the backlash correction according to the present invention will be described. The command speed degree VO is calculated from the time change of the commanded target position as shown in FIG. 3 (a), and the command acceleration AO is calculated from the time change of the command speed VO as shown in FIG. 3 (b). Then, the sign of the command speed VO is reversed, that is, the moving direction is reversed,
In addition, when the command acceleration AO fluctuates greatly, there is a delay in following the actual rotation angle of the servo motor 31 without backlash correction. That is, although the sign of the command speed VO is inverted, the servo motor 31 continues to rotate in the same direction at a rotation speed proportional to the following deviation. Here, when the sign of the command speed VO is reversed, a predetermined threshold value At is set for the command acceleration AO as shown in FIG. 3 (b). If the command acceleration AO is equal to or greater than the threshold At, the threshold
A correction amount B (see FIG. 3 (c)) corresponding to the magnitude exceeding At is obtained. As shown in FIG. 3 (d), when the sign of the commanded target position PO is inverted, the backlash correction is made by the backlash correction amount B proportional to the command acceleration at that time. As a result, this is equivalent to the commanded target position being corrected in the direction opposite to the current rotation direction. Further, the speed deviation, that is, the difference between the speed target value and the current speed value is also determined by the backlash correction amount B in the direction opposite to the current rotation direction.
Is corrected. As is clear from the above, in the above embodiment,
Although the management target position PO is corrected, the speed deviation may be corrected as a result. Therefore, in addition to the above-described correction, even if the current value of the management position, the target value of the speed, and the current value of the speed are corrected, the speed deviation is similarly corrected.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明は、指令速度の符号が反転し、かつ、指令加速
度の大きさが所定値より大きいとき、動的バックラッシ
補正が必要であると判定し、バックラッシ補正が必要な
場合には速度フィードバックループの速度偏差を指令加
速度に応じた補正量で補正するようにしたものである。 従って、送りの方向転換時に、速度偏差が減少方向に
補正されるので、追従遅れによる動的バックラッシが補
正され、工作物の仕上げ形状が良くなる。
The present invention determines that the dynamic backlash correction is necessary when the sign of the commanded speed is inverted and the magnitude of the commanded acceleration is larger than a predetermined value. The speed deviation is corrected by a correction amount corresponding to the command acceleration. Therefore, when the feed direction is changed, the speed deviation is corrected in the decreasing direction, so that the dynamic backlash due to the following delay is corrected, and the finished shape of the workpiece is improved.

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

第1図は本発明の具体的な一実施例に係るディジタルサ
ーボ制御装置の構成を示したブロックダイヤグラム。第
2図は同実施例装置で使用されているDSPによる処理手
順を示したフローチャート。第3図は同じくDSPによる
指令速度、指令加速度、バックラッシ補正量及び補正後
の目標位置のタイミングを示したタイミングチャート。
第4図は同じくDSPによる位置、速度、電流フィードバ
ック制御のタイミングを示したタイミングチャート。第
5図はPWM信号に対応した電圧ベクトルを示したベクト
ル図。第6図は電圧ベクトルと回転磁界との関係を示し
たベクトル図。第7図は回転磁界の位相と電圧ベクトル
との組の対応関係を示した説明図。第8図はPWM信号を
示したタイミングチャートである。 10……ディジタルサーボ制御装置 11……CPU、12……ROM、13……RAM 14……DSP(ディジタルシグナルプロセッサ) 15a,15b……A/D変換器 16……現在値カウンタ 25……インバータ、31……サーボモータ 32a,32b……カレントトランスフォーマ(CT) 33……パルスエンコーダ
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital servo control device according to a specific embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure by a DSP used in the apparatus of the embodiment. FIG. 3 is a timing chart showing a command speed, a command acceleration, a backlash correction amount, and a timing of a target position after the correction by the DSP.
FIG. 4 is a timing chart showing the timing of the position, speed, and current feedback control by the DSP. FIG. 5 is a vector diagram showing a voltage vector corresponding to a PWM signal. FIG. 6 is a vector diagram showing a relationship between a voltage vector and a rotating magnetic field. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a correspondence relationship between a set of a phase of a rotating magnetic field and a voltage vector. FIG. 8 is a timing chart showing the PWM signal. 10 Digital servo controller 11 CPU, 12 ROM, 13 RAM 14 DSP (digital signal processor) 15a, 15b A / D converter 16 Current counter 25 Inverter , 31 ... servo motor 32a, 32b ... current transformer (CT) 33 ... pulse encoder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−93711(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-93711 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】位置フィードバックループ、速度フィード
バックループ、電流フィードバックループを有し、指令
値及び帰還値をディジタル量で与えたディジタルサーボ
制御装置において、 指令された目標位置の時間変動から指令速度を算出する
速度演算手段と、 前記速度演算手段により算出された指令速度の時間変動
から指令加速度を算出する加速度演算手段と、 前記速度演算手段により算出された指令速度の符合が変
転し、かつ前記加速演算手段により算出された指令加速
度の大きさが所定値より大きいとき、機械系駆動中の追
従遅れである動的バックラッシ補正が必要であると判定
する補正判定手段と、 前記補正判定手段により動的バックラッシ補正が必要と
判定されたときは前記指令加速度に応じた補正量で前記
速度フィードバックループの速度偏差を補正するバック
ラッシ補正手段と、 を備えたことを特徴とするディジタルサーボ制御装置。
1. A digital servo control device having a position feedback loop, a speed feedback loop, and a current feedback loop, in which a command value and a feedback value are given in digital amounts, calculates a command speed from a time variation of a commanded target position. Speed calculation means for calculating, a command acceleration calculated from a time variation of the command speed calculated by the speed calculation means, a sign of the command speed calculated by the speed calculation means changes, and the acceleration calculation When the magnitude of the command acceleration calculated by the means is larger than a predetermined value, a correction determining means for determining that dynamic backlash correction which is a tracking delay during driving of the mechanical system is necessary; and a dynamic backlash by the correction determining means. When it is determined that correction is necessary, the speed feedback is performed with a correction amount corresponding to the command acceleration. A digital servo control device comprising: a backlash correction unit configured to correct a speed deviation of a loop.
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