JP3768092B2

JP3768092B2 - フルクローズド・ループの位置制御装置

Info

Publication number: JP3768092B2
Application number: JP2000353807A
Authority: JP
Inventors: 伸二柴田
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002157018A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等の送り軸の位置を制御する位置制御装置に係り、特に歯車の減速機構等を用いたバックラッシュ量の大きな軸に対するフルクローズド・ループの位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位置制御装置について、図３を参照して説明する。従来の位置制御装置は、図示しないＮＣプログラム読み込み部およびＮＣプログラム解釈部により読み込まれて解釈されたＮＣプログラム部１に基づいて、関数発生部２が当該軸の移動情報（目標位置、速度等）を算出し、当該軸制御部３に位置指令を転送する。軸制御部３は、図４に示すように、位置ループ演算部３１と速度ループ演算部３２と出力部３３と第１入力部３４と第２入力部３５と微分演算部３６と位置合成部３７とから構成され、ここで位置合成部３７は、第１入力部３４を介して入力されるサーボモータ５のロータ位置を検出するモータ位置検出器７の位置検出値Ｐ１と、第２入力部３５を介して入力される円テーブル１２の位置を検出するインダクトシン等の直接位置検出器１１の位置検出値Ｐ２とを合成して位置検出値Ｐ３として出力する。微分演算部３６は、第１入力部３４から得られたモータ検出器側の位置Ｐ１を微分することによりモータの回転速度を算出する。そして、合成した位置検出値Ｐ３とモータ回転速度に基づいて、位置ループ演算部３１及び速度ループ演算部３２にて、それぞれ位置ループ演算及び速度ループ演算を行って、その結果を電流指令値として出力部３３を介して出力する。パワーアンプ４では出力部３３を介して受け取った電流指令値（ＰＷＭ指令）より、公知の技術によりＰＷＭ処理を行い、サーボモータ５に印加すべき各相電圧を発生する。この電圧の印加によりサーボモータ５には駆動トルクが発生し、カップリング６を中継してウオーム８、円板状歯車９、ジク１０、円テーブル１２から成る駆動負荷系を所望の位置、速度にて駆動する。
【０００３】
従来、この直接位置検出器１１として、安価のためにアブソリュート範囲が限られたものが使用されている。このため、バックラッシュ量の許容値が存在し、これを越えると制御できなくなる。例えば、直接位置検出器１１に７２０ポールのインダクトシンを用いた場合、１度の範囲をアブソリュートで検出できることになる。つまり、第２入力部３５が出力する位置検出値Ｐ２は、円テーブル１２が１回転すると、０〜０．９９９９度の範囲で３６０サイクル変化する。一方、サーボモータ５側の位置検出器７は、１００回転のアブソリュート範囲を持つアブソリュートエンコーダであり、ウオーム８が１００回転すると円板状歯車９が１回転するような減速機構で構成されている。そして、第１入力部３４が出力する位置検出値Ｐ１は、円テーブル１２が１回転すると、円テーブル側の単位で０〜３５９．９９９９度の範囲で変化する。ここで、合成後の位置検出値Ｐ３は、次式により求められる。
【０００４】
【数１】
Ｘ＝ＩＮＴ（Ｐ１＋０．５）・・・（１）
ただし、ＩＮＴ（）は、かっこ内の数字の数値を超えない最大の整数を返す関数である。（例 INT(1.9)=1、INT(-1.9)=-2）
Ｙ＝Ｐ１＋０．５−Ｘ・・・（２）
Ｚ＝Ｙ−Ｐ２・・・（３）
Ｚ≧０ならばＰ３＝Ｘ＋Ｐ２・・・（４）
Ｚ＜０ならばＰ３＝Ｘ＋Ｐ２−１・・・（５）
【０００５】
すなわち、これによれば、サーボモータ５側の位置検出器７により得られた位置検出値Ｐ１の整数部分と、直接検出した位置検出値Ｐ２の小数点以下の部分とが合成される。このようにして合成後の位置検出値Ｐ３を求めることで、バックラッシュの影響をある程度許容でき、直接位置検出器１１の精度で位置決めできる。この方法で許容できるバックラッシュの量は±０．５度未満であり、それを越えると、１度間違った位置に位置決めしてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の位置制御装置では、歯車等の摩耗によりバックラッシュ量が大きくなると、バックラッシュの許容量を越えて、間違った位置に位置決めしてしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、バックラッシュ量が大きい場合にも、高い位置決め精度を維持でき、長年に渡り安定して位置制御を行うことのできるフルクローズド・ループの位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、モータの回転位置を検出する第１位置検出器と、前記モータの駆動対象の位置を直接検出する第２位置検出器と、前記第１位置検出器により検出された位置情報の整数部分と前記第２位置検出器により検出された位置情報の小数部分とを加算し合成する位置合成部と、を備える位置制御装置であって、前記第１位置検出器が出力する位置の情報を微分することにより、第１速度情報を演算する第１微分演算部と、前記位置合成部が出力する位置の情報を微分することにより、第２速度情報を演算する第２微分演算部と、前記第１速度情報と前記第２速度情報とを減算し速度差を求める差分器と、前記位置合成部により出力された合成位置情報と前期速度差の整数部分とを加算し、修正後の合成位置情報を出力する位置情報修正部と、を含み、修正後の合成位置情報をモータを制御するループにフィードバックすることを特徴としている。
【０００９】
これにより、合成後の位置情報の変化と、モータの回転位置情報の変化とが比較され、それに基づいて合成後の位置情報を修正しており、この修正した位置情報を用いればバックラッシュ量が大きい場合にも、高い位置決め精度を維持できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態に係る位置検出装置は、図３に示した従来のものと同様の構成からなるが、軸制御部３内部の構成、及び動作が従来のものと異なる。すなわち、本実施の形態の軸制御部３は、図１に示すように、位置ループ演算部３１と、速度ループ演算部３２と、出力部３３と、第１入力部３４と、第２入力部３５と、微分演算部３６と、位置合成部３７と、位置修正部３８と、第１〜第４の差分器４１〜４４とから構成されている。図１は、本発明のフルローズド・ループの位置制御装置の軸制御部の一例を示す構成ブロック図である。ここで、従来と同様の構成をとるものには同一の符号を付し、その説明を省略する。図２は、図１のブロック図の動作を表す説明図である。
【００１１】
位置修正部３８は、位置合成部３７が出力する合成後の位置情報に対し、サーボモータ５側の位置検出器７（本発明の第１位置検出器）が出力する位置情報の微分結果と、合成後の位置情報の差分との比較に基づいた修正を行い、修正後の位置情報Ｐ４を出力する。第３の差分器４３は、位置合成部３７が出力する位置情報Ｐ３から、位置修正部３８が前回出力した修正後の位置情報Ｐ４（ｎ−１）を差引きして、次の（６）式のように直接位置検出器１１（本発明の第２位置検出器）側の速度情報Ｖ２（本発明の第２速度情報）を演算する。この第３の差分器４３が、本発明の第２微分演算部に相当する。
【００１２】
【数２】
Ｖ２＝Ｐ３−Ｐ４(n-1) ・・・（６）
【００１３】
また、本発明の第１微分演算部にあたる微分演算部３６がサーボモータ５側の位置検出器７からの位置情報を微分して求めた速度情報Ｖ１（本発明の第１速度情報）から速度情報Ｖ２が第４の差分器４４により差引演算され、次の（７）式のように、速度情報の差の値Ｖ３として出力される。この第４の差分器４４が本発明の差分器に相当する。
【００１４】
【数３】
Ｖ３＝Ｖ１−Ｖ２・・・（７）
【００１５】
位置修正部３８は、次の（８）式の演算により、位置合成部３７で求められた位置情報Ｐ３を修正して、修正後の位置情報Ｐ４（ｎ）を求める。
【００１６】
【数４】
Ｐ４(n)＝Ｐ３＋ＩＮＴ（Ｖ３＋０．５）・・・（８）
【００１７】
このように、本実施の形態によれば、サーボモータ５の位置検出器７側の位置情報から求められる速度Ｖ１と、直接位置検出器１１側から求められる速度Ｖ２との差に基づき、位置合成部３７が演算する位置情報Ｐ３の誤りを位置修正部３８が修正するようにしているので、大きいバックラッシュに対しても位置検出精度を維持し、これにより長年に渡り高精度な位置決めが可能となる。
【００１８】
次に、本実施形態の位置検出装置の動作について具体的な数値例を示して説明する。図２は、位置検出器７から見た直接位置検出器１１のバックラッシュが±０．６゜あり、ｎ＝１の時点以降に、軸制御部３のサンプル時間当りに０．３゜だけ、サーボモータ５が回転する場合の（１）から（８）式の計算結果である。
【００１９】
ｎ＝３の時点では、バックラッシュが従来のシステムの許容値±０．５゜を超えているので、位置合成部３７の検出位置Ｐ３は誤った計算結果となっている。ここで、サーボモータ５の回転速度を大きく超えて円テーブル１２が動くことはないと考えると、両者の速度の差が基準値（−０．５から＋０．５）の範囲外であるのは、位置の合成を誤ったからであると判断できる。そこで、両者の速度の差Ｖ３を、（８）式のように評価することで、位置の修正が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、モータ側の検出器から求められる速度と直接位置検出器側から求められる速度の差に基づき、位置合成部により合成された位置情報の誤りを位置修正部が修正する位置検出装置としているので、経時劣化等によってバックラッシュが大きくなっても、高い位置検出精度を維持でき、これにより、長年に渡り高精度な位置決めを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフルローズド・ループの位置制御装置の軸制御部の一例を示す構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る位置制御装置の動作を表す説明図である。
【図３】従来のフルローズド・ループの位置制御装置の一例を示す構成ブロック図である。
【図４】従来のフルローズド・ループの位置制御装置の軸制御部の一例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
１ＮＣプログラム部、２関数発生部、３軸制御部、４パワーアンプ、５サーボモータ、６カップリング、７位置検出器、８ウオーム、９円板状歯車、１０ジク、１１直接位置検出器、１２円テーブル、３１位置ループ演算、３２速度ループ演算、３３出力部、３４入力部、３５入力部、３６微分演算部、３７位置合成部、３８位置修正部、４１，４２，４３，４４差分器。

Claims

モータの回転位置を検出する第１位置検出器と、
前記モータの駆動対象の位置を直接検出する第２位置検出器と、
前記第１位置検出器により検出された位置情報Ｐ１の整数部分と前記第２位置検出器により検出された位置情報Ｐ２の小数部分とを加算し合成位置情報Ｐ３を出力する位置合成部と、
前記第１位置検出器が出力する位置情報Ｐ１を微分することにより、第１速度情報を演算する第１微分演算部と、
前記位置合成部が出力する合成位置情報Ｐ３を微分することにより、第２速度情報を演算する第２微分演算部と、
前記第１速度情報と前記第２速度情報とを減算し速度差を求める差分器と、
前記位置合成部により出力された合成位置情報Ｐ３と前記速度差の整数部分とを加算し修正後合成位置情報Ｐ４を出力する位置情報修正部と、
を含み、
前記修正後合成位置情報Ｐ４を前記モータを制御する制御ループにフィードバックすることを特徴とするフルクローズド・ループの位置制御装置。