JP3514470B2 - サーボモータの同期制御装置 - Google Patents

サーボモータの同期制御装置

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JP3514470B2
JP3514470B2 JP50686199A JP50686199A JP3514470B2 JP 3514470 B2 JP3514470 B2 JP 3514470B2 JP 50686199 A JP50686199 A JP 50686199A JP 50686199 A JP50686199 A JP 50686199A JP 3514470 B2 JP3514470 B2 JP 3514470B2
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春見 前沢
芳男 篠原
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は、主として工作機械の主軸同期運転に関す
るもので、ワークを介して結合および分離する主主軸お
よび副主軸をそれぞれの主サーボモータおよび副サーボ
モータで駆動するようにしたサーボモータの同期制御装
置に関するものである。
背景技術 工作機械の主軸同期制御には従来から多くの発明がなさ
れており、例えば特開平１−228750号や、特開平１−22
8751号、特開平１−228752号、特開平２−109605号公報
等に記載されている。
これらの公報に記載されたものは、いずれも２つの主
軸を速度制御のサーボモータで運転させて、２つの主軸
がワークを介さずに分離している時に正確に同期させる
ための発明である。
特に、特開平１−228750号公報に記載の発明は、両主
軸の速度偏差を検出して２つの主軸の速度同期を行うよ
うにした技術を開示し、特開平１−228751号公報に記載
の発明は、両主軸の位置偏差も使用して同期させるよう
にした技術を開示し、特開平１−228752号公報に記載の
発明は、速度、位置以外にトルクも利用するようにした
技術を開示し、特開平２−109605号公報に記載の発明
は、主軸の速度のみでなく位置も同期させた技術を開示
しており、これらはいずれも主軸を速度制御のサーボモ
ータで運転するようにしたものである。
また、特開平２−41693号公報記載の発明は、主軸用
の２つのサーボモータのうち副主軸駆動用のサーボモー
タで位置制御を行っているが、指令が主主軸の位置検出
器からの位置信号であり、明らかに遅れがあり、主およ
び副両主軸を同一の位置指令で駆動しているものではな
い。
このように従来技術の大半が速度制御のサーボモータ
で主軸を運転しているのは、工作機用の主軸駆動のサー
ボモータでは、最大トルクがそれ程大きくないが、定格
速度が高いものが多いので、スタートしてから定格速度
に達する間や、大きく速度を変化させた後、両主軸の機
械的結合が行われる場合は、加減速に要するトルクをモ
ータ発生最大トルクで加減速できる速度制御の方が時間
的に有利だからである。
しかし、サーボモータと主軸との間の変速比が正確に
合わせることが出来ないものは、基準となる主軸そのも
のの制御、すなわち最終機械端である主軸の位置制御を
行う必要がある。
しかしながら、上記従来のサーボモータの同期制御装
置では、以下に示すような問題点があった。
主主軸と副主軸とがワークの両端をチャックで把んで
ワークを介して結合された際、両者の間の総合位置ゲイ
ン、すなわち主軸の動作に関する位置ゲインと主軸とサ
ーボモータとの間の変速比（サーボモータの回転速度／
主軸の回転速度）に差があると、主および副主軸の位置
ドループの間に差が生じ、一方のサーボモータのトルク
がトルク制限まで達してしまったり、或いはチャックの
締め付け力が弱ければワークがずれて、ワークに傷が付
いたりするという問題があった。
つまり、この総合的ゲインの差は、特に主軸とサーボ
モータの間のトルク伝達に例えばベルトのような柔構造
のものが使われた場合に、正確な変速比が得られないこ
とから生じる。そして、実際の変速比とサーボモータの
アンプに設定されたパラメータとの間に僅かでも差があ
ると、位置制御では前記位置ドループに差が生じる。一
方、速度制御の場合には速度差が生じる。
このため、いずれにしろ結合された主および副のサー
ボモータ内で位相差が生じ、サーボモータの負荷トルク
を増加させ、トルク制限値まで上がるか、或いはチャッ
クの締め付け力が弱ければワークがずれることになり、
ワークに傷が付いたりしていた。
特に、主軸同期の代表的利用方法であるが、ワーク両
端を支持してワーク中央部を切断する作業は切断後の工
程の迅速化に大きな効果があり、切断作業はワークの周
速一定において行うので作業時間の短縮化上急激な加減
速が可能な主軸同期制御が望ましいが、従来技術では、
前記変速比の僅かなズレも許容できないでいた。
また、一般的に、主主軸がワークを回転させている状
態で、副主軸のチャックがワークをつかむ場合が多いの
で、その際に主および副主軸やサーボモータに大きな力
がかかり、主および副主軸の回転が下がり、主および副
主軸が計画した場合より位置のズレた状態で機械的結合
がなされることがある。このような場合には再度、副主
軸の結合作業のやり直さなければならず、作業に手間や
時間がかかるという問題もあった。
図16と図17に、主および副両主軸がワークを介して結
合された時の位置ドループの差の結合前後の変化とワー
クがない場合の位置ドループの差の変化を示す。
ワークがない場合の位置ドループの差の変化を示す図
17は、副主軸側のチャックを締める作業をすると、副主
軸側のサーボモータにかなり大きな力がかかり、速度が
下がり、位置ドループの差が一時的に大きくなるが、す
ぐに差が小さくなる様子を示す。
しかし、ワークが主主軸側のチャックにより保持さ
れ、副主軸側のチャックを締める作業をする場合、速度
が下がったところで結合が行われる場合がある。このよ
うに、副主軸側のチャックが締め付けられて両者の結合
が行われると、図16に示すように、主および副主軸の位
置ドループの差はステップ状にはね上がり、チャックオ
ンからチャックオフまでのチャックの解放まで継続す
る。
このため、位置制御では位相の遅れを取り戻す力が働
き、トルク制限値に達してしまうので、遅れた分を修正
する必要があり、再度結合のやり直しが必要であった。
そこで、この発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、主主軸と副主軸とが結合した際
に、その両主軸の位置ドループに差がある場合でも、主
主軸と副主軸との正確な同期運転を可能にし、急速な加
減速運転が可能であると共に、特に主軸とサーボモータ
の間のトルク伝達にベルト等の柔構造のものを使用した
場合でも、変速比の経年変化に自動的に対応できるサー
ボモータの同期制御装置を提供することを目的とする。
発明の開示 上記目的を達成するために、この発明に係るサーボモ
ータの同期制御装置は、ワークを両端で保持するチャッ
クがそれぞれ取り付けられて当該ワークを介して結合お
よび分離する主主軸および副主軸と、上記主主軸および
副主軸をそれぞれ回転駆動する主サーボモータおよび副
サーボモータと、上記主主軸および副主軸にそれぞれ取
り付けられて位置フィードバック信号を出力する主主軸
および副主軸の位置検出器と、上記主サーボモータおよ
び副サーボモータにそれぞれ取り付けられて速度フィー
ドバック信号を出力する主サーボモータおよび副サーボ
モータの速度検出器と、上記主サーボモータおよび副サ
ーボモータをそれぞれ駆動する主サーボアンプおよび副
サーボアンプと、上記主サーボアンプおよび副サーボア
ンプに速度指令と位置指令をそれぞれ出力する数値制御
装置とを備え、上記主サーボアンプおよび副サーボアン
プは、上記位置検出器からの位置フィードバック信号と
上記数値制御装置からの位置指令の入力に基づいて位置
ドループおよび位置ドループに応じた速度指令を出力す
る位置制御部と、上記位置制御部からの速度指令と上記
速度検出器からの速度フィードバック信号とに基づいて
電流指令を出力する速度制御部と、上記速度制御部から
の電流指令とモータに流れる電流フィードバック信号と
に基づいてモータへの供給電流を制御する電流制御部と
をそれぞれ備えると共に、上記副サーボアンプは、上記
主主軸と上記副主軸とが分離した状態で主サーボモータ
と副サーボモータとが回転している場合の主主軸の位置
ドループと副主軸の位置ドループとの位置ドループ差と
上記副サーボモータの速度検出器からの速度フィードバ
ック信号に基づいた位置修正データを求める位置修正部
をさらに備え、上記副サーボアンプの位置制御部は、上
記ワークを介して主主軸および副主軸が結合されて主サ
ーボモータと副サーボモータとが同期回転する際に、上
記位置修正部からの位置修正データを位置ドループに加
算し、加算して得た位置ドループに応じた速度指令を出
力するものである。
また、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主軸と
が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
回転している場合の主主軸の位置ドループと副主軸の位
置ドループとの位置ドループ差を求める比較手段と、上
記比較手段からの位置ドループ差を上記副サーボモータ
の速度検出器からの速度フィードバック信号により除算
する除算手段と、上記除算手段からの除算値を記憶する
記憶手段と、上記記憶手段に記憶された除算値に上記副
サーボモータの速度検出器からの速度フィードバック信
号を乗算する乗算手段と、副サーボアンプの位置制御部
に出力する位置修正データとして、上記主主軸と上記副
主軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモー
タとが回転しているときは、上記比較手段からの位置ド
ループ差を出力すると共に、上記ワークを介して主主軸
および副主軸が結合されて主サーボモータと副サーボモ
ータとが回転する際は、上記乗算手段からの乗算値を出
力するように切り換える切換手段とを備えたことを特徴
とするものである。
また、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主軸と
が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
回転しているときの副主軸の位置ドループに対する主主
軸の位置ドループの比率を算出する位置ドループ比率算
出手段と、上記位置ドループ比率算出手段からの位置ド
ループ比率を記憶する記憶手段とを備えると共に、上記
位置制御部は、上記位置検出器からの位置フィードバッ
ク信号と上記数値制御装置からの位置指令の入力に基づ
いて副主軸の位置ドループを算出する位置ドループ算出
手段と、上記位置ドループ算出手段からの位置ドループ
に予め格納した副サーボモータの位置ゲインを乗算する
位置ゲイン乗算手段と、上記位置ゲイン乗算手段からの
乗算出力に予め格納した副サーボモータの変速比を乗算
する変速比乗算手段と、上記主主軸と上記副主軸とがワ
ークを介して結合されて主サーボモータと副サーボモー
タとが同期回転する際に、上記変速比乗算手段に予め格
納された変速比に上記記憶手段に記憶された位置ドルー
プ比率を乗算して変速比を修正する変速比修正手段とを
備えたことを特徴とするものである。
また、上記変速比修正手段は、上記記憶手段に記憶さ
れた位置ドループ比率を一次遅れ処理するフィルタを備
えたことを特徴とするものである。
また、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主軸と
が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
回転しているときの副主軸の位置ドループに対する主主
軸の位置ドループの比率を算出する位置ドループ比率算
出手段と、上記位置ドループ比率算出手段からの位置ド
ループ比率を記憶する記憶手段とを備えると共に、上記
位置制御部は、上記位置検出器からの位置フィードバッ
ク信号と上記数値制御装置からの位置指令の入力に基づ
いて副主軸の位置ドループを算出する位置ドループ算出
手段と、上記位置ドループ算出手段からの位置ドループ
に予め格納した副サーボモータの位置ゲインを乗算する
位置ゲイン乗算手段と、上記位置ゲイン乗算手段からの
乗算出力に予め格納した副サーボモータの変速比を乗算
する変速比乗算手段と、上記主主軸と上記副主軸とがワ
ークを介して結合されて主サーボモータと副サーボモー
タとが同期回転する際に、上記位置ゲイン乗算手段に予
め格納された位置ゲインに上記記憶手段に記憶された位
置ドループ比率を乗算して位置ゲインを修正する位置ゲ
イン修正手段とを備えたことを特徴とするものである。
また、上記位置ゲイン修正手段は、上記記憶手段に記
憶された位置ドループ比率を一次遅れ処理するフィルタ
を備えたことを特徴とするものである。
また、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主軸と
が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
予め設定した回転数以上で回転している場合に、上記比
較手段からの位置ドループ差を上記副サーボモータの速
度検出器からの速度フィードバック信号により除算した
除算値を上記記憶手段に記憶することを特徴とするもの
である。
また、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主軸と
が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
予め設定した回転数以上で回転している場合に、上記位
置ドループ比率算出手段からの位置ドループ比率を上記
記憶手段に記憶することを特徴とするものである。
また、上記位置修正部は、上記乗算手段と上記記憶手
段との間に設けられて、上記主主軸と上記副主軸とが分
離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが回転
しているときは接点閉成し、上記ワークを介して主主軸
と副主軸が結合されて主サーボモータと副サーボモータ
とが回転しているときは接点開放するスイッチと、上記
ワークを介して主主軸と副主軸が結合されて主サーボモ
ータと副サーボモータとが回転するときに、上記比較手
段からの位置ドループから上記スイッチを介して上記記
憶手段に記憶された除算値に上記副サーボモータの速度
検出器からの速度フィードバック信号を乗算する上記乗
算手段からの乗算値による位置ドループを減算する減算
器を有し、上記ワークを介して主主軸と副主軸とが結合
する前後で生ずる上記減算器から選られる両者の位置ド
ループの差分を位置修正データとして上記位置制御部に
出力する結合時ズレ修正部とをさらに備えたことを特徴
とするものである。
また、上記結合時ズレ修正部は、位置修正データとし
てゼロデータを発生するゼロデータ発生手段と、上記ワ
ークを介して主主軸と副主軸との結合毎に生じる上記減
算器からの位置修正データを累積する累積手段とをさら
に備え、上記ワークを介して結合されていた主主軸と副
主軸とが分離された時、結合直後に上記位置制御部に出
力する位置修正データとして、上記ゼロデータ発生手段
からのゼロデータまたは上記累積手段からの位置修正デ
ータを出力することを特徴とするものである。
さらに、上記位置制御部からの速度指令と上記数値制
御部からの速度指令とを比較する比較器を有し、その比
較差が所定の誤差内にあるときは上記位置制御部からの
速度指令を上記速度制御部に出力して位置制御を行うと
共に、当該比較差が所定の誤差内にないときは上記数値
制御部からの速度指令を上記速度制御部に出力して速度
制御を行う指令切換手段をさらに備えたことを特徴とす
るものである。
図面の簡単な説明 図１は、この発明に係るサーボモータの同期制御装置
の実施の形態１を示す構成図、 図２は、図１における主サーボアンプ16および副サー
ボアンプ26の構成を示す構成図、 図３は、図１における主サーボアンプ16および副サー
ボアンプ26の変形例を示す構成図、 図４は、図２に示す結合時ズレ修正部35を詳細に示し
た構成図、 図５は、図２に示す結合時ズレ修正部35の変形例を詳
細に示した構成図、 図６は、チャックオン直前に、最終ドループ差の値を
最終速度で除算しそれに現在速度を乗算することによる
補正処理を行う場合のチャックオフ時の各スイッチ（S
W）の状態と、チャックオン時の各スイッチの状態とを
示す状態説明図、 図７は、チャックオン時に最終ドループ値を最終速度
で除算しそれに現在速度を乗算する補正処理を示すフロ
ーチャート、 図８は、副サーボモータの位置ドループ／主サーボモー
タの位置ドループ比を副サーボモータの変速比に乗算す
る補正処理を行う場合の各SWの状態を示す状態説明図、 図９は、図８に示すスイッチの状態および図３に示す
副サーボモータの位置ドループ／主サーボモータの位置
ドループの比を副サーボモータの変速比または位置ルー
プゲインに乗算する補正処理を示すフローチャート、 図10は、チャックオン・オフ時の主サーボモータと副
サーボモータのドループ差の差分値を副サーボモータの
位置指令に加算する補正処理を行う場合の各SWの状態を
示す状態説明図、 図11は、図10に示すスイッチの状態および図４に示す
チャックオン・オフ時の主サーボモータと副サーボモー
タのドループ差の差分値を副サーボモータの位置指令に
加算する補正処理を示すフローチャート、 図12は、結合直後副主軸サーボモータの位置指令に加
えた修正を０にする機能と、結合毎に生じるズレを累積
して副主軸サーボモータの位置指令を修正する機能とを
選択する処理を行う場合の各SWの状態を示す状態説明
図、 図13は、図12に示すスイッチの状態および図５に示す
ワークを介して結合されていた主、副の２つのサーボモ
ータが分離された時、結合直後に副主軸サーボモータの
位置指令に加えた修正を０にする機能と、位置を結合直
前の位置に戻さず、結合毎に生ずるズレを累積して、副
主軸サーボモータの位置指令を修正する機能とを選択す
る補正処理を示すフローチャート、 図14は、速度指令が予め定められた誤差内にある時、
速度制御から位置制御へ、またその逆も可能にする処理
を行う場合の各SWの状態を示す状態説明図、 図15は、図11に示す処理による主および副サーボモー
タの速度と速度制御と位置制御との切替状態を示す説明
図、 図16は、従来技術による主および副両主軸がワークを
介して結合された時の位置ドループの差の結合前後の変
化を示す説明図、 図17は、図16と比較して示すワークがない場合の位置
ドループの差の変化を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態 実施の形態1. 図１にこの発明に係るサーボモータの同期制御装置の
実施の形態１を示す。
図１において、10は主主軸、14は主主軸10を回転させ
る主サーボモータであり、ベルト12を介して主主軸10と
主サーボモータ14が結合されている。また、20は副主
軸、24は副サーボモータであり、ベルト22を介して結合
されている。
また、１はワークであり、主主軸10に取り付けてある
チャック11および副主軸20に取り付けてあるチャック21
によって保持される。なお、主主軸10と主サーボモータ
14との間、および副主軸20と副サーボモータ24との間の
連結は、ベルト12,22でなく、通常のギヤでも勿論良
い。
主主軸10には、位置フィードバック用に位置検出器15
が取り付けられている。同様にして、副主軸20にも位置
フィードバック用に位置検出器25が取り付けられてい
る。
また、主サーボモータ14には、速度フィードバック用
に速度検出器17が取り付けられている。同様にして、副
サーボモータ27にも速度フィードバック用に速度検出器
27が取り付けられている。
また、16は主サーボモータ14を駆動する主サーボアン
プ、26は副サーボモータ26を駆動する副サーボアンプで
ある。ここで、主サーボアンプ16および副サーボアンプ
26は、マイクロプロセッサ、メモリ等を有する速度制御
回路、位置制御回路、パワートランジスタ等を有するパ
ワー駆動回路から構成されている。
また、２は数値制御装置（CNC）であり、３は数値制
御装置（CNC）２の内部で主サーボアンプ16に指令する
速度指令Wr1＊を作成する主主軸速度指令作成器であ
る。５は主主軸速度指令作成器３から出力される速度指
令信号Wr1＊を主サーボアンプ16に指令する位置指令θ
１＊に変換する主位置指令作成回路である。
また、この主位置指令作成回路５は、速度制御から位
置制御に切換える時には主主軸10に取付けられている位
置検出器15より出力される位置フィードバックθ１も使
用して出力信号を作成するとともにスイッチSWA1をONし
て主サーボアンプ16へ出力有効とするように構成されて
いる。
同様にして、４は副サーボアンプ26に指令する速度指
令Wr2＊を作成する副主軸速度指令作成器であり、６は
速度指令Wr2＊を位置指令θ２＊に変換する副位置指令
作成回路である。また、この副位置指令作成回路６は、
速度指令から位置指令に切換える時にはスイッチSWA2を
ONして副サーボアンプ26へ出力有効とする。また、主サ
ーボアンプ16および副サーボアンプ26は、相手のサーボ
アンプの位置ドループ（θ１＊−θ１、θ２＊−θ２）
を受ける機能を有している。
図２に図１における主サーボアンプ16および副サーボ
アンプ26の具体的な構成を示す。
主サーボアンプ16および副サーボアンプ26には、構成
上の差はないが、この図２では副サーボアンプ26の構成
を中心に示しており、主サーボアンプ16の構成は最小限
の表現にとどめている。
図２において、副サーボアンプ26内構成を中心にして
説明すると、副サーボアンプ26は、位置制御部39、速度
制御部31、電流制御部34、比較器36、および位置修正部
40を有している。なお、主サーボアンプ16には位置修正
部40はない。
位置制御部39内の構成から説明すると、38は、図１に
示す数値制御装置（CNC）２より出力される位置指令θ
２＊と、位置修正部40内のスイッチSW1およびフィルタ2
9を介した信号αと、位置修正部40内の結合時ズレ修正
器35から出力される信号βとを加算すると共に、位置検
出器25より出力される位置フィードバック信号θ２を減
算する加算器である。
また、28は加算器38からの出力信号に位置ゲインKpを
乗算する位置ゲイン乗算器、29は位置ゲイン乗算器28の
出力に予め記憶した変速比KGを乗算する変速比乗算器で
あり、この変速比乗算器29からの出力が速度指令として
出力される。
また、比較器36は、数値制御装置（CNC）２より出力
される速度指令Wr2＊と変速比乗算器29からの出力信号
とを比較し、その比較差が所定の誤差内にあるときは位
置制御部39からの速度指令を速度制御部31に出力して位
置制御を行うと共に、当該比較差が所定の誤差内にない
ときは数値制御部２からの速度指令を速度制御部31に出
力して速度制御を行うようスイッチSW4をコントロール
するものである。スイッチSW4は、速度制御部31に入力
される速度指令を、位置制御部39の変速比乗算器29から
の出力信号と数値制御装置（CNC）２からの速度指令Wr2
＊とに基づく比較器36の指令により切換えるものであ
る。
速度制御部31は、その入力信号の速度指令と副サーボ
モータ24に取付けてある速度検出器27からの速度フィー
ドバック信号Wr2とを減算し電流指令に変換して出力す
るように構成されている。
電流制御部34は、副サーボモータ24が電流指令通りに
駆動するように、上記電流指令と副サーボモータ24に流
れる電流のフィードバック信号とを減算し信号処理し
て、副サーボモータ24へ出力するもので、図に示すよう
に、加算器50、電流ゲイン部32、スイッチSWB、リミッ
タ51、電流増幅部33を有している。
また、位置修正部40は、変速比の不正確さを修正する
ための第１、第２種の方法に対するデータαと、機械的
結合時に生じる遅れ修正である第２種のデータβの３種
類のデータを作成する機能を有するものである。なお、
機械的結合時に生ずる第２種の修正データβは、結合時
ズレ修正器35で作られるものである。
具体的には、位置修正部40内構成において、７は主サ
ーボアンプ16の位置ドループDr1（＝θ１＊−θ１）の
データと副サーボアンプ26の位置ドループデータDr2
（加算器38の出力）との差分を演算する比較器である。
また、９は比較器７からの出力信号である上記位置ドル
ープの差を副サーボモータ24の速度検出器（PG）27が検
出した副サーボモータ24の現在のモータ速度で除算する
除算器である。
また、18は除算器９の出力結果をスイッチSW3を介し
て格納するメモリであり、19はメモリ18の値と現在のモ
ータ速度とを乗算する乗算器である。乗算器19の出力デ
ータは、スイッチSW1−ｂおよびフィルタ29を通り、加
算器38と結合時ズレ修正器35にデータαとして出力され
る。なお、比較器７が結合される主サーボモータ14の位
置ドループと自分（副サーボモータ24）の位置ドループ
の差を演算して、この差をスイッチSW1およびフィルタ2
9を介して加算器38に送り、副サーボモータ24の位置指
令を修正する。
しかし、この修正方法は、主、副両サーボモータ14,2
4が分離している時は有効であるが、ワーク１を介して
結合され且つ加減速制御を行う時には、遅れのため効果
はなく、トルク制限値にまで上がってしまう程、位置ズ
レが生じる場合がある。従って、結合後は、結合前に得
た両位置ドループの差を使ってフィードフォワード的
に、すなわち予め定まった常数として使用することで目
的にあった制御が可能になる。
また、35は比較器７の出力データとスイッチSW1−ｂ
を介した乗算器19からのデータとを減算比較する結合時
ズレ修正器である。この出力信号は内部フィルタを介し
て加算器38にデータβとして出力される。
また、図３は図２に示す副サーボアンプ26の変形例を
示し、位置修正部40および位置制御部39内構成が異な
る。
図３において、図２に示す構成と同一部分は同一符号
を付してその説明は省略し、新たな符号のみ説明する。
位置修正部40の構成として、9aは加算器38aの出力で
ある副サーボアンプの位置ドループDr2（＝θ２＊−θ
２）のデータを、加算器48からの主サーボアンプ16の位
置ドループDr1（＝θ１＊−θ１）のデータで除算する
除算器であり、18aはその結果をスイッチSW3を介して入
力し格納するメモリである。
また、位置制御部39の構成として、30および30aは位
置修正部40内のメモリ18aからの信号をもとに変速比乗
算器29の変速比KGおよび位置ゲイン乗算器28の位置ゲイ
ンKPの位置を修正する変速比修正部および位置ゲイン修
正部であり、内部にそれぞれ一次遅れ処理するフィルタ
を有しているものである。また、38aは副サーボアンプ
の位置ドループDr2（＝θ２＊−θ２）のデータを求め
る加算器である。
次に、図４は図２に示す結合時ズレ修正部35を詳細に
示したものである。
図４において、42は比較器７からの出力データである
主サーボアンプ16と副サーボアンプ26の位置ドループの
差分出力と、スイッチSW1を介して乗算器19から出力さ
れたデータとを減算する加算器、37は加算器42の出力デ
ータをスイッチSW5b、SW6aを介して格納するメモリであ
る。41はメモリ37に格納されたデータの変化を一次遅れ
的に変化させるフィルタであり、図２の加算器38に出力
するものである。
また、図５は図２に示す結合時ズレ修正部35を変形し
た図４とは異なる変形例であるが、図５において、スイ
ッチSW5a、SW6b、SW6cが常時オフの場合の回路が図４と
なる。
図５において、メモリ37の記憶内容を０クリアする時
は、ゼロ設定部45により、スイッチSW5a、SW6aを介して
メモリ37に０が格納される。また、43は加算器42からの
出力値をスイッチSW5b、SW6bをを介してメモリ44の出力
データと加算する加算器であり、メモリ44はその結果を
格納する。ここで、加算器43とメモリ44とは積算器とし
て機能し、この積算器の出力データは、スイッチSW6cが
ON（この時、スイッチSW6aはOFF）のとき、メモリ37に
格納される。
次に、この実施の形態１の動作を説明する。
この実施の形態１の動作としては、 （１）チャックオン直前に、最終ドループの差の値を最
終速度で除算し、それに現在速度を乗算することによる
補正処理、 （２）副サーボモータの位置ドループ／主サーボモータ
の位置ドループの比を副サーボモータの変速比または位
置ループゲインに乗算する補正処理、 （３）（１）項における最終ドループ差の値を最終速度
で除算した値を予め設定した回転数以上で記憶する処
理、 （４）チャックオン・オフ時の主サーボモータと副サー
ボモータのドループ差の差分値を副サーボモータの位置
指令に加算する補正処理、 （５）ワークを介して結合されていた主、副の２つのサ
ーボモータが分離された時、結合直後に副主軸サーボモ
ータの位置指令に加えた修正を０にする機能と、位置を
結合の直前の位置に戻さず、結合毎に生じるズレを累積
して、副主軸サーボモータの位置指令を修正する機能と
を選択する処理、 （６）速度指令が予め定められた誤差内にある時、速度
制御から位置制御へ、またその逆も可能にする処理 の６種類の処理があるので、以下、各処理毎に説明する
ものとする。
（１）チャックオン直前に、最終ドループの差の値を最
終速度で除算し、それに現在速度を乗算することによる
補正処理 図６に、この処理を行う場合のチャックオフ時の各ス
イッチ（SW）の状態（（ａ）参照）、チャックオン時の
各スイッチの状態（（ｂ）参照）とを示す。なお、図に
おいて、“○”はスイッチオンの状態を示し、“×”は
スイッチオフの状態を示している。
また、図７に、チャックオン時に、最終ドループの差
の値を最終速度で除算し、それに現在速度を乗算するこ
とによる（１）の補正処理の内容を示す。
この処理では、主、副サーボモータ14,24の双方と
も、位置制御をオンとして、まずは、主サーボアンプ16
が主主軸10のドループDr1（＝θ１＊−θ１）を演算す
ると共に（ステップ100）、副サーボアンプ26が副主軸2
0のドループDr2（＝θ２＊＋α＋β−θ２）を演算する
（ステップ110）。ただし、α＝β＝０を初期値とす
る。
なお、この時、スイッチSWA1、SWA2、SW1−ａ、SW3、
SW4、SW5−ｂがオンであり、SW1−ｂ、SW2a、SW5a、SW6
a、SW6b、SW6cは全てオフである。
次に、比較器７が主主軸10のドループDr1と副主軸20
のドループDr2との差分β１（＝Dr1−Dr2）を演算する
（ステップ120）。なお、θ２＊＝θ１＊とした場合、
β１（＝Dr1−Dr2）は、（θ２＊−θ２）−（θ１＊−
θ１）＝θ１−θ２となる。
そして、除算器９が前のステップ120で求めた両主軸
の位置ドループの差β１、すなわち両主軸の位置誤差
（θ１−θ２）を、速度検出器（PG）27が検出した副主
軸サーボモータ24の現在の回転速度Wr2で除算し、単位
速度当たりの差分Δβ１（＝β1/Wr2）を求める（ステ
ップ130）。
すると、この単位速度当たりの差分Δβ１は、スイッ
チSW3を介してメモリ18に記憶され（ステップ140）、乗
算器19がその記憶された差分Δβ１と速度検出器（PG）
27が検出した副主軸サーボモータ24の現在の回転速度Wr
2nで乗算して、補正値β２（＝Δβ１×Wr2n）を求める
（ステップ150）。なお、副サーボモータ24が一定速度
で回転しているときに、スイッチSW3がONの状態では、W
r2＝Wr2nであるので、β１＝β２となる一方、スイッチ
SW3がOFFの状態では、Wr2≠Wr2nとなり、Δβ１は一定
値のため、β１≠β２となる。
続いて、両主軸10、20のチャック11,21がONされて、
両主軸11,21がワーク１を介して接続されたか否かを判
断して（ステップ160）、チャック11,21がOFFの場合に
は（ステップ160“NO"）、スイッチSW1−ａがON、SW1−
ｂがOFFのままであるので、加算器38へ入力される補正
値βは、上記ステップ120で比較器７が求めたβ１とな
る（ステップ170）。
その一方、チャック11,21がONの場合には（ステップ1
60“YES"）、スイッチSW3をOFF、SW1aがOFF、SW1bがON
と切り替わり、SW2bはONのままであるので、加算器38へ
入力される補正値βは、上記ステップ150で乗算器19が
メモリ18に格納された差分Δβ１と速度検出器（PG）27
が検出した副主軸サーボモータ24の現在の回転速度Wr2n
とを乗算したβ２となる（ステップ170）。
より具体的に説明すると、図２において、位置制御部
39の加算器38では、副主軸20への位置指令θ２＊、検出
器25からの副主軸20の位置情報および主主軸10と副主軸
20の位置の差を修正する２種類のデータが加減算され位
置ループを構成している。ここで、２種類のデータと
は、上述の通り、変速比の不正確さを修正する第１種の
データαと、機械的結合の際の負荷による位置の遅れを
修正する第２種のデータβである。
そして、データの測定条件が満たされている時、ONす
るスイッチで条件が満たされない時はメモリ18の書換は
行われない。主、副主軸10,20が結合されると比較器７
からのデータは使わずメモリ18に格納されたデータと副
サーボモータ24の速度の積を乗算器19で演算する。その
結果は、フィルタ29を介して出力され、位置指令に加算
して修正される。この（１）の第１種の第１の方法は変
速中は常に修正データの演算を必要とする。
従って、この実施の形態１に係る同期制御装置の
（１）の処理によれば、主主軸10および副主軸20がワー
ク１を介して結合される時の両サーボモータ14,24間で
生じる両者の位置ドループの差をその結合前に把握して
おき、両主軸10,20の結合後はその結合前に把握してお
いた主サーボモータ14および副サーボモータ24それぞれ
の位置ドループを基にフィードフォワード的、すなわち
予め演算の中に組み込んで遅れなく結合前の副サーボモ
ータ24の単位速度当たりの位置ドループの差に副サーボ
モータ24の現在速度を乗算した補正値α２を副サーボモ
ータ24の位置指令に加算して補正するので、加減速状態
でも完全な同期制御を行うことができる。
（２）副サーボモータの位置ドループ／主サーボモータ
の位置ドループ比を副サーボモータの位置ゲインに乗算
する補正処理 図８に、この副サーボモータの位置ドループ／主サー
ボモータの位置ドループ比を副サーボモータの位置ゲイ
ンに乗算する（２）の補正処理を行う場合の各スイッチ
SWの状態を示す。
この図８では、チャックオフ時の状態とチャックオン
時の状態とを示しており、チャックオン時になると、ス
イッチSW3のみがONからOFFに切り替わることを示してい
る。
このため、このように各スイッチSWの状態を設定する
と、図３および図９に示すように各構成が機能して、主
サーボモータ14と副サーボモータ24とがワーク１を介し
て分離されて運転している間に得た両者の位置ドループ
の比（副サーボモータの値を分母とする）が求められ、
主主軸10と副主軸20とがワーク１を介して結合され主サ
ーボモータ14と副サーボモータ24が回転している時、副
サーボモータ24の総合位置ゲイン（位置ゲイン×変速
比）を副サーボモータの位置ドループ／主サーボモータ
の位置ドループの比率倍することができる。
図９に副サーボモータの位置ドループ／主サーボモー
タの位置ドループ比を副サーボモータの変速比に乗算す
る（２）の詳細な補正処理を示す。
この処理では、主・副サーボモータ14,24の双方と
も、位置制御をオンとして、まずは、主サーボモータ14
が主主軸10の位置ドループDr1（＝θ１＊−θ１）を演
算すると共に（ステップ200）、副サーボアンプ26が副
主軸20の位置ドループDr2（＝θ２＊−θ２）を演算す
る（ステップ210）。
なお、この時、スイッチSW3およびSW4aはオンであ
り、それ以外全てオフである。
そして、除算器9aが前のステップ200及び210で求めた
両主軸の位置ドループの比率γを求める（γ＝Dr2/Dr
1）（ステップ220）。さらに、この比率γはスイッチSW
3を介してメモリ18aに記憶される（ステップ230）。
続いて、両主軸10、20のチャック11,21がONされて、
両主軸11,21がワーク１を介し接続されたか否かを判断
して（ステップ240）、チャック11,21がOFFの場合には
（ステップ240“NO"）、スイッチSW3はONのままとし、
さらに記憶された比率γは、一次遅れ処理するフィルタ
を内蔵する変速比修正部30を介して変速比乗算器29に与
えられ変速比を修正する（ステップ250）。その後、ス
テップ200に戻りチャックがONするまで繰り返される。
その一方、チャック11、21がONの場合には（ステップ
240“YES"）、スイッチSW3をOFFに切り替わり、次回か
らスイッチSW3を介しメモリ18aへの記憶が遮断されるの
で、比率γは固定値となる（ステップ260）。その後、
ステップ200に戻りチャックがOFFするまで繰り返され
る。
つまり、この（２）の補正処理に示す第３種の修正方
法は、１度修正が完了すれば加減中も変更する必要がな
いが、変速比が不正確といっても１％弱の僅かであるか
ら関係するメモリの有効ケタ数を大きくする必要がある
ため、それだけコストは高くなるなど上記（１）に示す
補正処理と比べて一長一短がある。
しかし、この（２）の補正処理における第３種の修正
方法の場合、除算器9aで主サーボモータ14の位置ドルー
プと副サーボモータ24の位置ドループの比（副サーボの
データは分母）を演算し、その位置ドループの比がメモ
リ18aを介して変速比修正部30に送られる。変速比修正
部30では、内蔵するフィルタにより入力される位置ドル
ープの比を一次遅れ処理して過渡的な変動を避け、変速
比乗算器29に格納された変速比と、送られてきた位置ド
ループ比の積とを作り、修正された変速比を得て変速比
乗算器29に与える。変速比乗算器29は、この新しい修正
された変速比と位置ゲイン乗算器28からの出力を乗算し
て速度指令として出力する。
なお、上記変速比修正部30の替わりに、位置ゲイン修
正部30aを設けることも可能である。つまり、位置ゲイ
ン修正部30aにより、内蔵するフィルタにより入力され
る位置ドループの比を一次遅れ処理して過渡的な変動を
避け、位置ゲイン乗算器28内にある位置ゲインと、送ら
れてきた位置ドループ比との積を作り、修正された位置
ゲインを得て位置ゲイン乗算器28に与える。位置ゲイン
乗算器28は、この新しい修正された位置ゲインと加算器
38aからの出力を乗算して変速比乗算器29に出力する。
従って、この実施の形態１に係る同期制御装置の
（２）の補正処理によれば、位置の修正がフィードフォ
ワード的となるので、主サーボモータ14と副サーボモー
タ24がワークを介して結合された後、急加速、急減速さ
れても正確な同期運転が可能になる。
（３）（１）項における最終ドループ差の値を最終速度
で除算した値を予め設定した回転数以上で記憶する処理 前記説明の中の図２または図３におけるメモリ18また
はメモリ18aに記憶する条件、及び図７のステップ140ま
たは図９のステップ230におけるメモリへ記憶する処理
の条件を、所定の回転数以上にて記憶実行するようにす
る。
これは、回転数が小さすぎると僅かな位置ドループ差
の変動により、除算器9aの除算結果にも大きなバラツキ
が生じたり、回転数が０付近になると、場合によっては
除算結果の値が過大になったり、ディジタル処理ではオ
ーバーフローになるなど問題が生ずる。
従って、除算結果が安定するような回転数を定め、そ
の回転数以上により記憶する条件とする。
（４）チャックオン・オフ時の主サーボモータと副サー
ボモータのドループ差の差分値を副サーボモータの位置
指令に加算する補正処理 図10にこのチャックオン・オフ時の主サーボモータと
副サーボモータのドループ差の差分値を副サーボモータ
の位置指令に加算する補正処理を行う場合の各スイッチ
SWの状態を示す。
（ａ）は、チャックオフ時の位置ドループ比較値を求
める時の各SWの状態を示しており、（ｂ）は、チャック
オン時のドループ比較値とチャックオフ時の位置ドルー
プ比較値との差をさらに補正する場合の各SWの状態を示
している。なお、この（４）の補正処理の場合には、上
記（１）の補正処理の場合と同様に、図11および図４に
示すような構成のみが必要となる。
図11にチャックオン時とチャックオフ時の主サーボモ
ータと副サーボモータの位置ドループ差の差分値を副サ
ーボモータの位置指令に加算する（４）の補正処理を示
す。
この処理では、図７のフローチャート処理後、主サー
ボアンプと副サーボアンプとの位置ドループ差を求める
比較器７の出力信号β１を入力する（ステップ300）と
共に、メモリ18に現在の回転速度の積を求める乗算器19
の出力信号β２をSW1−ｂを介して入力する（ステップ3
10）。なお、この時、スイッチSW5bはONのままである。
次に、減算器42においてβ１とβ２との差分β３（＝
β１−β２）を演算する（ステップ320）。
続いて、両主軸10、20のチャック11,21がONされて、
両主軸11,21がワーク１を介して接続されたか否かを判
断して（ステップ330）、チャック11,21がOFFの場合に
は（ステップ330“NO"）、スイッチSW6aをOFFとし、減
算器42の出力信号β３を次のブロックへの接続を遮断す
る（ステップ360）。その後、最初に戻りチャックがON
するまで繰り返される。
その一方、チャック11、21がONの場合には（ステップ
330“YES"）、スイッチSW6aをONに切り替え、スイッチS
W5b及びSW6aを介してメモリ37に記憶される（ステップ3
40）。次に、スイッチSW6aをOFFにする（ステップい35
0）。従って、１度ONするため、メモリ37の値は次のチ
ャックがONするまで固定値になる。
次に、メモリ37に記憶されたβ３はフィルタ41を介し
て加算器38へ入力（副サーボモータの位置指令に加算）
される（ステップ370）。その後、最初に戻りチャック
が再度ONするまで繰り返される。
このため、このような各スイッチSWの状態により、ワ
ークを介して結合された直後の両者の位置ドループの差
（主サーボモータの位置ドループ副サーボモータの位置
ドループ）の結合時前後での変化分（結合後の値−結合
前の値）を副サーボモータの位置指令に加算することが
できる。
従って、この実施の形態１の同期制御装置の（４）の
処理によれば、サーボモータが運転している状態でワー
クを介して結合させて同期制御する場合、結合前に完全
に同期していても、結合作業中にズレが生じ結合してみ
たらズレた状態で結合されていることがしばしば経験す
るところであったが、このような主軸10,20同士のズレ
た状態での結合を防止できる。
（５）ワークを介して結合されていた主、副の２つのサ
ーボモータが分離された時、結合直後副主軸サーボモー
タの位置指令に加えた修正を０にする機能と、位置を結
合直前の位置に戻さず、結合毎に生じるズレを累積し
て、副主軸サーボモータの位置指令を修正する機能とを
選択する処理 なお、この（５）の補正処理の場合にも、上記（１）
の補正処理の場合と同様に、図５に示すような構成のみ
が必要となる。
図12に、このワークを介して結合されていた主、副の
２つのサーボモータが分離された時、結合直後副主軸サ
ーボモータの位置指令に加えた修正を０にする機能と、
位置を結合直前の位置に戻さず、結合毎に生じるズレを
累積して、副主軸サーボモータの位置指令を修正する機
能とを選択する処理を行う場合の各スイッチSWの状態を
示す。
図12において、（ａ）はこの処理を行う場合のチャッ
クオン時の各スイッチSWの状態を示し、（ｂ）はこの処
理を行う場合のチャックオフ時に補正を０とする場合の
各スイッチSWの状態を示し、（ｃ）はこの処理を行う場
合のチャックオフ時に修正を戻さずに累積する場合の各
スイッチSWの状態を示しており、（ａ）から（ｂ）、あ
るいは（ａ）から（ｃ）と選択可能である。
このような状態に各スイッチSWを切替えることによ
り、本同期制御装置ではワークを介して結合されていた
サーボモータが分離された時、結合直後副サーボモータ
の位置指令に加えた修正を０に戻す機能と、分離時に位
置指令の修正は行わず、結合する毎に生じたズレの累積
値を修正値として結合時に副サーボモータの位置指令を
修正する機能が選択することができる。
より具体的に説明すると、図５および図12に示すよう
に、図５に示す結合時ズレ修正部35は、両サーボモータ
の位置ドループの差から変速比の不正確さに基づく値を
差し引いたデータを演算するが、スイッチSW6a及びSW6c
は結合完了直後一回のみON（データを読み取り）し、ス
イッチSW5a及びSW6a/cによって結合が解かれた時ゼロを
読み取るスイッチである。また、読み込まれたデータは
メモリ37に格納され、フィルタ41を介して加算器38に送
られ位置指令を修正する。
図13に、ワークを介して結合されていた主、副の２つ
のサーボモータが分離された時、結合直後に副主軸サー
ボモータの位置指令に加えた修正を０にする機能と、位
置を結合直前の位置に戻さず、結合毎に生じるズレを累
積して、副主軸サーボモータの位置指令を修正する機能
とを選択する（５）の詳細な処理を示す。
この処理では、主主軸10のチャック11がONされワーク
を掴んでいる状態にて、図７及び図11のフローチャート
処理後、副主軸20のチャック21がONされて、両主軸10,2
0がワーク１を介して接続されたか否かを判断して（ス
テップ400）、チャック21がOFFの場合には（ステップ40
0“NO"）、ステップ440にジャンプする。チャック21がO
Nの場合には（ステップ400“YES"）、ワーク結合時の位
置ズレ補正方法を判断する（ステップ410）。
累積タイプでない（副主軸のチャック21をOFF（ワー
ク結合が分離）し再度ON時には補正値も再度演算し記憶
する）ときは（ステップ410“NO"）、ステップ440にジ
ャンプする。また、累積タイプ（副主軸のチャック21を
OFF（ワーク結合が分離）し再度ON時には前回の補正値
に今回の補正値を累積し記憶する。）のときは（ステッ
プ410“YES"）、スイッチSW6b・SW6cをONし、累積メモ
リ44に「前回値＋今回補正値」が記憶され、さらにスイ
ッチSW6cを介してメモリ37にも記憶される。なお、この
時のスイッチの状態はSW5aがOFF、SW5bがON、SW6aがOFF
である（ステップ420）。次にスイッチSW6b・SW6cをOFF
にする（ステップ430）。
次に、副主軸20のチャック21がOFFされて、両主軸10,
20がワーク１を介して接続されたか否かを判断して（ス
テップ440）、チャック21がONの場合には（ステップ440
“NO"）、最初に戻り処理を繰り返す。チャック21がOFF
の場合には（ステップ440“YES"）、分離時の位置ズレ
補正値をキャンセルか否かを判断し（ステップ450）、
キャンセルしない場合は（ステップ450“NO"）、最初に
戻り処理を繰り返す。キャンセルするならば（ステップ
450“YES"）、スイッチSW5aをON、SW5bをOFF、SW6aをON
し、メモリ37を０にクリアする（ステップ460）。そし
て、スイッチSW5aをOFF、SW5bをON、SW6aをOFFし元の状
態に戻す（ステップ470）。その後、最初に戻り繰り返
される。
つまり、今回の修正は、結合に生じたズレの分だけ基
準点をずらせて電気的釣合をとるので、機械的結合が解
放された時、両主軸の間で位相差を生ずる。一般的には
初めの位置関係に戻す方がよいが、戻す場合はメモリの
値を０とする。結合時に生じたズレを戻さず、その点を
新しい基準とするような場合は結合毎に生じたズレを累
積し、それを修正値として使用することになる。なお、
スイッチSW6は結合時に生じたズレの扱いについての機
能の選択を可能にするスイッチである。また、この説明
での位置指令は絶対位置系のため、修正データを加算し
ているだけであるが、もし増分値系であれば、加算した
位置指令の累計が修正データに一致した時点で加算は打
ち切られる。
従って、この実施の形態１に係る同期制御装置の
（４）の補正処理によれば、結合時に位置指令を補正す
ると、結合が解かれた時、主軸の位置は補正分だけズレ
るが、このズレを用途に応じて０にして戻したり、ある
いはズレた位置を基準にして累積することができる。
（６）速度指令が予め定められた誤差内にある時、速度
制御から位置制御へ、またその逆も可能にする処理 図14に、この速度指令が予め定められた誤差内にある
時、速度制御から位置制御へ、またその逆も可能にする
処理を行う場合の各スイッチSWの状態を示す。
図14において、（ａ）は速度制御ループの場合の各SW
の状態を示しており、（ｂ）は位置制御ループの場合の
各SWの状態を示している。なお、スイッチSW4は、
（ｂ）の位置制御ループの状態にあっても比較器36のコ
ントロールにより、OFF状態（×）からON状態（○）に
切り替えられる。
つまり、今、速度指令で運転されているとすると、図
14に示すようなスイッチの状態では、主および副サーボ
アンプ16,26は、主および副主軸10,20の位置検出部15,2
5からの位置情報に主軸の速度に見合った速度指令にな
るような位置ドループ信号を発生する。
図２を参照して説明すると、比較器36は、位置制御ル
ープを構成する変速比、すなわちサーボモータ24側を分
子とする変速比の位置ゲイン乗算器28,変速比乗算器29
の出力信号と、速度指令とを比較して、両者の差が許容
値内であればスイッチSW4により位置制御に切り換えら
れる。その一方、両者の差が許容値内になければ、位置
制御から速度制御にスイッチSW4により切り換えられ
る。
このため、このような状態に各スイッチSWを切替える
ことにより、サーボモータが駆動する機械の位置検出信
号に位置ドループを加算して位置指令を作り、該位置指
令から作られるサーボモータへの速度指令が速度制御で
運転中の速度指令との差が予め定めた誤差以内の時、速
度制御から位置制御へサーボモータの制御方式を切り換
えることができる。
図15は、この（６）の補正処理による主および副サー
ボモータの速度と速度制御と位置制御との切替状態を示
しており、チャックオン中を少なくとも含むチャックオ
ン前後では位置制御であり、同期ON前後および同期OFF
前後は速度制御であることがわかる。
従って、この実施の形態１に係る同期制御装置の
（６）の補正処理によれば、位置制御のサーボモータと
速度制御のサーボモータの加速、減速特性を比べると、
速度制御ではサーボモータが発生する全てのトルクで加
減速ができるのに対し、位置制御では加減速特性が位置
に影響するため、加減速特性の形に制約があり、発生す
るトルクを全て加減速トルクとして使用できないが、最
初の停止から定格運転数まで上げるような時は速度制御
で立上げ、定格回転に達してから位置制御に切り換える
ことにより、加速時間を短くすることができる。
なお、上記実施の形態１の説明では、主主軸10および
副主軸20それぞれ１台ずつの２個の主軸を有する加工装
置を対象として説明を行ったが、２個以上の複数であれ
ば主サーボモータを１つに固定し、複数の副サーボモー
タの１つと主サーボモータを、両者の位置ドループを観
測しながら結合し、然る後、改めて別の副サーボモータ
と主サーボモータの結合というように副サーボモータの
方を順次結合していけば主サーボモータと１ケの副サー
ボモータの同期制御と限る必要は全くない。
また、この実施の形態１では、上述したように、主サ
ーボアンプ16内の構成は変えずに、副サーボアンプ26内
の構成を改良して説明したが、これとは逆に、主サーボ
アンプ16内の構成を上述のように改良し、副サーボアン
プ26内の構成を変えないように構成しても勿論よい。
以上説明したように、この発明によれば、ワークを介
してた機械的な結合および分離が可能な複数のサーボモ
ータを使用した同期制御装置において、１つの主サーボ
モータと他の副サーボモータの間の夫々の位置ドループ
を比較し主サーボモータと副サーボモータとが機械的結
合のない時に、主サーボモータとの間の位置ドループの
差を副サーボモータの位置指令に加算して位置を修正
し、主サーボモータと副サーボモータとがワークを介し
て機械的に結合された時、ワークを介して結合される以
前の運転から得た両サーボモータ間の位置ドループの差
（主サーボモータの値−副サーボモータの値）を測定し
た時の副サーボモータの速度で除算した値を記憶してお
き、主サーボモータと副サーボモータとがワークを介し
て結合された時、前記単位速度当たりの位置ドループの
差とサーボモータの速度の積値を副サーボモータの位置
指令に加算するようにしている。
このため、サーボモータの速度が変化する毎に修正値
を変えることなしに、ベルト掛け等の柔構造の伝達機構
が使われている複数のサーボモータをワークを介して結
合して、その状態で急速な加減速を同期運転する場合で
も、サーボモータのトルクを同期運転のためにロスする
ことなしに実現できる。
つまり、この発明では、ワークを介して結合されるサ
ーボモータ間で生ずる両者の位置の差を、機械的結合前
に把握しておき、結合後は結合前に把握したデータを基
にフィードフォワード、すなわち予め演算の中に組み込
んで遅れなく制御するようにしたため、サーボモータで
駆動される機械部の伝達機構にベルトを使用し変速比が
正確には決められない場合でも、正確な同期運転を可能
にし、機械的結合状態で急速な加速、減速も可能とな
り、加減速状態でも完全な同期制御を行うことができ
る。
その結果、ベルト掛けの場合は、歯車等と異なり経年
的に変わることが考えられるので、ワークを介して分離
された状態で回転数が余り低くない場合は、データを更
新し結合後に使用するデータの用意を行い経年変化にも
対処している。
また、主サーボモータ、副サーボモータの夫々の位置
ドループから変速比を求め、これを使って両者のドルー
プ差を修正するため、この場合、通常１％以内の差のた
め、小数点以下のケタ数の多くなり、メモリの大きなも
のが必要になるが、一度正しく設定できれば、速度が変
化しても修正しなくてもよい。
つまり、フィードフォワードで行う補正方法には、位
置の差を位置指令に加えて修正するが、この方法は修正
値を速度に比例して変える必要があるのに対し、位置ゲ
インと変速比の積である総合位置ゲインを修正する場合
は、その変更後は修正値自身が正しい間は変更せずに済
むことになる。但し、僅かな誤差を表すために小数点以
下の有効桁数を非常に大きくとらねばならず状況に合わ
せて選択する必要がある。なお、この発明では、伝達機
構の変速比が正確には表せれない場合の制御であるか
ら、位置制御ループは主軸などの駆動したい物に対する
指令で、且つフィードバック信号も直接機械の動きから
得るようにし、位置ゲインは、機械端の応答に対する位
置ゲインと伝達機構の変速比を掛けた形で位置制御ルー
プを構成している。
また、この発明では、主サーボモータと副サーボモー
タがワークを介して分離されて運転している間に得た両
者の位置ドループの比（副サーボモータの値を分母とす
る）を求め、主サーボモータと副サーボモータがワーク
を介して機械的に結合された時、副サーボモータの総合
位置ゲイン（位置ゲイン×変速比）を前記位置ドループ
の比率倍するようにしている。
このため、この種のベルト等の柔構造により動力を伝
達するものでは定数の経年変化も考えられるが、この発
明では修正に使用するデータは絶えず新しいデータに更
新されるので、経年変化に対応可能となると共に、位置
の修正がフィードフォワード的であるので、主サーボモ
ータと副サーボモータがワークを介して結合された後、
急加速、急減速においても正確な同期運転が可能にな
る。
また、この発明では、ワークを介して機械的に結合さ
れた直後の両者の位置ドループの差（主サーボモータの
位置ドループ副サーボモータの位置ドループ）の結合時
前後での変化分（結合後の値−結合前の値）を副サーボ
モータの位置指令に加算するようにしている。
このため、ワークを介して結合を行う際に生じ易い機
械的ズレも電気的に支障のない処置を施すことができ
る。つまり、主および副のサーボモータを運転している
状態で、ワークを介して主主軸および副主軸を結合させ
て同期制御する場合、結合前に完全に同期していても、
結合作業中にズレが生じ、結合した際にズレた状態で結
合されていることはしばしば経験するところであるが、
このような機械的ズレが生じても何ら支障なくそのズレ
を補償することができる。
また、この発明では、ワークを介して結合されていた
サーボモータが分離された時、結合直後副サーボモータ
の位置指令に加えた修正を０に戻す機能と、分離時に位
置指令の修正は行わず、結合する毎に生じたズレの累積
値を修正値として結合時に副サーボモータの位置指令を
修正する機能が選択できるようにしている。
このため、ワークを介してた機械的結合が解放された
時、主軸の位置が補正分ズレていても、用途に応じて、
このズレを無くして機械位置を元の状態に戻したり、ズ
レの状態を基準にしながら先へ進む機能を選択すること
ができる。
つまり、この発明では、主主軸および副主軸が分離し
た時、結合作業によって生じたズレを修正して元通りに
戻すか、それともズレた位置を新しい基準としてそれ以
降のズレを累積していく方が都合がよいかは利用方法に
よるが、この発明の同期制御はどちらも選択することが
できるようにしたので、ベルト等の伝達機械の変速比の
不正確さの解決のみでなく、結合時の作業により一時的
位置ズレを含んで結合されてしまったことによるトルク
の飽和をなくす修正も行うことができ、速応性に対する
もう一つの別の問題の解決も行ったものである。
また、この発明では、サーボモータが駆動する機械の
位置検出信号に位置ドループを加算して位置指令を作
り、該位置指令から作られるサーボモータへの速度指令
が速度制御で運転中の速度指令との差が予め定めた誤差
以内の時、速度制御から位置制御へサーボモータの制御
方式を切り換えるようにしている。
このため、最初の停止から定格運転数まで上げるよう
な時は速度制御で立上げ、定格運転に達してから位置制
御に切り換えることにより、加速時間を短くできる。
つまり、位置制御のサーボモータと速度制御のサーボ
モータとで加速、減速特性を比べると、速度制御ではサ
ーボモータが発生する全てのトルクで加減速ができるの
に対し、位置制御では加減速特性が位置に影響するた
め、加減速特性の形に制約があり、発生するトルクを全
て加減速トルクとして使用できなかったが、この発明で
は、位置制御を主としているが、速度制御も適宜使用す
ることにより、サーボモータの発生可能なトルクを最大
限に生かすことができる。
産業上の利用の可能性 この発明は、以上説明したように、主，副主軸がワーク
を介して結合される時の主および副サーボモータ間で生
じる両者の位置ドループを夫々加算器が求め、その位置
ドループ差を結合前に比較器が求め、除算器がその位置
ドループ差をその検出時の副サーボモータの速度で除算
して、単位速度当たりの位置ドループ差を求める。そし
て、両主軸結合後は、乗算器がその位置ドループ差に副
サーボモータの現在速度を乗算して、加算器がその値を
副サーボモータへの位置指令に加算する。このため、ワ
ークを介して結合して同期運転をしても、最大トルクを
発生することを防止でき、主主軸と副主軸とが結合した
際に、その両主軸の位置ドループに差がある場合でも、
主主軸と副主軸との正確な同期運転を可能にし、急速な
加減速運転が可能であると共に、特に主軸とサーボモー
タの間のトルク伝達にベルト等の柔構造のものを使用し
た場合でも、変速比の経年変化に自動的に対応できるサ
ーボモータの同期制御装置を提供することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−284774（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−126594（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−268011（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−134721（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−302122（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B23B 1/00 - 25/06 B23Q 5/10 G05B 19/18 - 19/46

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ワークを両端で保持するチャックがそれぞ
    れ取り付けられて当該ワークを介して結合および分離す
    る主主軸および副主軸と、 上記主主軸および副主軸をそれぞれ回転駆動する主サー
    ボモータおよび副サーボモータと、 上記主主軸および副主軸にそれぞれ取り付けられて位置
    フィードバック信号を出力する主主軸および副主軸の位
    置検出器と、 上記主サーボモータおよび副サーボモータにそれぞれ取
    り付けられて速度フィードバック信号を出力する主サー
    ボモータおよび副サーボモータの速度検出器と、 上記主サーボモータおよび副サーボモータをそれぞれ駆
    動する主サーボアンプおよび副サーボアンプと、 上記主サーボアンプおよび副サーボアンプに速度指令と
    位置指令をそれぞれ出力する数値制御装置と を備え、 上記主サーボアンプおよび副サーボアンプは、 上記位置検出器からの位置フィードバック信号と上記数
    値制御装置からの位置指令の入力に基づいて位置ドルー
    プおよび位置ドループに応じた速度指令を出力する位置
    制御部と、 上記位置制御部からの速度指令と上記速度検出器からの
    速度フィードバック信号とに基づいて電流指令を出力す
    る速度制御部と、 上記速度制御部からの電流指令とモータに流れる電流フ
    ィードバック信号とに基づいてモータへの供給電流を制
    御する電流制御部と をそれぞれ備えると共に、 上記副サーボアンプは、 上記主主軸と上記副主軸とが分離した状態で主サーボモ
    ータと副サーボモータとが回転している場合の主主軸の
    位置ドループと副主軸の位置ドループとの位置ドループ
    差と上記副サーボモータの速度検出器からの速度フィー
    ドバック信号に基づいた位置修正データを求める位置修
    正部 をさらに備え、 上記副サーボアンプの位置制御部は、上記ワークを介し
    て主主軸および副主軸が結合されて主サーボモータと副
    サーボモータとが同期回転する際に、上記位置修正部か
    らの位置修正データを位置ドループに加算し、加算して
    得た位置ドループに応じた速度指令を出力するサーボモ
    ータの同期制御装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主
    軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモータ
    とが回転している場合の主主軸の位置ドループと副主軸
    の位置ドループとの位置ドループ差を求める比較手段
    と、上記比較手段からの位置ドループ差を上記副サーボ
    モータの速度検出器からの速度フィードバック信号によ
    り除算する除算手段と、上記除算手段からの除算値を記
    憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶された除算値に
    上記副サーボモータの速度検出器からの速度フィードバ
    ック信号を乗算する乗算手段と、副サーボアンプの位置
    制御部に出力する位置修正データとして、上記主主軸と
    上記副主軸とが分離した状態で主サーボモータと副サー
    ボモータとが回転しているときは、上記比較手段からの
    位置ドループ差を出力すると共に、上記ワークを介して
    主主軸および副主軸が結合されて主サーボモータと副サ
    ーボモータとが回転する際は、上記乗算手段からの乗算
    値を出力するように切り換える切換手段とを備えたこと
    を特徴とするサーボモータの同期制御装置。
  3. 【請求項３】請求項１記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主
    軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモータ
    とが回転しているときの副主軸の位置ドループに対する
    主主軸の位置ドループの比率を算出する位置ドループ比
    率算出手段と、上記位置ドループ比率算出手段からの位
    置ドループ比率を記憶する記憶手段とを備えると共に、
    上記位置制御部は、上記位置検出器からの位置フィード
    バック信号と上記数値制御装置からの位置指令の入力に
    基づいて副主軸の位置ドループを算出する位置ドループ
    算出手段と、上記位置ドループ算出手段からの位置ドル
    ープに予め格納した副サーボモータの位置ゲインを乗算
    する位置ゲイン乗算手段と、上記位置ゲイン乗算手段か
    らの乗算出力に予め格納した副サーボモータの変速比を
    乗算する変速比乗算手段と、上記主主軸と上記副主軸と
    がワークを介して結合されて主サーボモータと副サーボ
    モータとが同期回転する際に、上記変速比乗算手段に予
    め格納された変速比に上記記憶手段に記憶された位置ド
    ループ比率を乗算して変速比を修正する変速比修正手段
    とを備えたことを特徴とするサーボモータの同期制御装
    置。
  4. 【請求項４】請求項３記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記変速比修正手段は、上記記憶手段に記
    憶された位置ドループ比率を一次遅れ処理するフィルタ
    を備えたことを特徴とするサーボモータの同期制御装
    置。
  5. 【請求項５】請求項１記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主
    軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモータ
    とが回転しているときの副主軸の位置ドループに対する
    主主軸の位置ドループの比率を算出する位置ドループ比
    率算出手段と、上記位置ドループ比率算出手段からの位
    置ドループ比率を記憶する記憶手段とを備えると共に、
    上記位置制御部は、上記位置検出器からの位置フィード
    バック信号と上記数値制御装置からの位置指令の入力に
    基づいて副主軸の位置ドループを算出する位置ドループ
    算出手段と、上記位置ドループ算出手段からの位置ドル
    ープに予め格納した副サーボモータの位置ゲインを乗算
    する位置ゲイン乗算手段と、上記位置ゲイン乗算手段か
    らの乗算出力に予め格納した副サーボモータの変速比を
    乗算する変速比乗算手段と、上記主主軸と上記副主軸と
    がワークを介して結合されて主サーボモータと副サーボ
    モータとが同期回転する際に、上記位置ゲイン乗算手段
    に予め格納された位置ゲインに上記記憶手段に記憶され
    た位置ドループ比率を乗算して位置ゲインを修正する位
    置ゲイン修正手段とを備えたことを特徴とするサーボモ
    ータの同期制御装置。
  6. 【請求項６】請求項５記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置ゲイン修正手段は、上記記憶手段
    に記憶された位置ドループ比率を一次遅れ処理するフィ
    ルタを備えたことを特徴とするサーボモータの同期制御
    装置。
  7. 【請求項７】請求項２記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主
    軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモータ
    とが予め設定した回転数以上で回転している場合に、上
    記比較手段からの位置ドループ差を上記副サーボモータ
    の速度検出器からの速度フィードバック信号により除算
    した除算値を上記記憶手段に記憶することを特徴とする
    サーボモータの同期制御装置。
  8. 【請求項８】請求項３記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記主主軸と上記副主
    軸とが分離した状態で主サーボモータと副サーボモータ
    とが予め設定した回転数以上で回転している場合に、上
    記位置ドループ比率算出手段からの位置ドループ比率を
    上記記憶手段に記憶することを特徴とするサーボモータ
    の同期制御装置。
  9. 【請求項９】請求項２記載のサーボモータの同期制御装
    置において、上記位置修正部は、上記乗算手段と上記記
    憶手段との間に設けられて、上記主主軸と上記副主軸と
    が分離した状態で主サーボモータと副サーボモータとが
    回転しているときは接点閉成し、上記ワークを介して主
    主軸と副主軸が結合されて主サーボモータと副サーボモ
    ータとが回転しているときは接点開放するスイッチと、
    上記ワークを介して主主軸と副主軸が結合されて主サー
    ボモータと副サーボモータとが回転するときに、上記比
    較手段からの位置ドループから上記スイッチを介して上
    記記憶手段に記憶された除算値に上記副サーボモータの
    速度検出器からの速度フィードバック信号を乗算する上
    記乗算手段からの乗算値による位置ドループを減算する
    減算器を有し、上記ワークを介して主主軸と副主軸とが
    結合する前後で生ずる上記減算器から選られる両者の位
    置ドループの差分を位置修正データとして上記位置制御
    部に出力する結合時ズレ修正部とをさらに備えたことを
    特徴とするサーボモータの同期制御装置。
  10. 【請求項１０】請求項９記載のサーボモータの同期制御
    装置において、上記結合時ズレ修正部は、位置修正デー
    タとしてゼロデータを発生するゼロデータ発生手段と、
    上記ワークを介して主主軸と副主軸との結合毎に生じる
    上記減算器からの位置修正データを累積する累積手段と
    をさらに備え、上記ワークを介して結合されていた主主
    軸と副主軸とが分離された時、結合直後に上記位置制御
    部に出力する位置修正データとして、上記ゼロデータ発
    生手段からのゼロデータまたは上記累積手段からの位置
    修正データを出力することを特徴とするサーボモータの
    同期制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項１記載のサーボモータの同期制御
    装置において、上記位置制御部からの速度指令と上記数
    値制御部からの速度指令とを比較する比較器を有し、そ
    の比較差が所定の誤差内にあるときは上記位置制御部か
    らの速度指令を上記速度制御部に出力して位置制御を行
    うと共に、当該比較差が所定の誤差内にないときは上記
    数値制御部からの速度指令を上記速度制御部に出力して
    速度制御を行う指令切換手段をさらに備えたことを特徴
    とするサーボモータの制御装置。
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