JP3876010B2 - Servo motor acceleration / deceleration control device - Google Patents

Description

したがって、リニアの時定数を１回いれる場合には、その振幅は｛１−（ω・Ｔｃ） ² ／２４｝倍となり、Ｘ，Ｙ軸のサーボモータを使用して円弧状に工作機械のテーブル等を移動させる場合には、指令値よりも内側の軌跡をたどり、形状誤差が発生することになる。
【０００９】
また、前記リニアの時定数を２回入れるベル型のフィルタを用いる場合には、その振幅は｛１−（ω・Ｔｃ） ² ／１２｝倍となり、ベル型時定数Ｔ（＝２Ｔｃ）に対して、｛１−（ω・Ｔ） ² ／４８｝倍の振幅となり、同様に、円弧状の加工を行なう場合には、指令値よりも内側の軌跡をたどって形状誤差が発生することになる。
【００１０】
通常、この指令時定数による指令自体の誤差による形状誤差は、サーボ系（一次遅れ系）が発生する遅れによる形状誤差と比較して数分の一のオーダーである。しかしながら、高速高精度加工を実現するために、サーボループにフィードフォワードを１００％近くかけることによって、サーボ系の遅れによる形状誤差を低減させると、この指令時定数による指令自体の誤差による形状誤差分が相対的に増大し、高速加工時における指令時定数による形状誤差が問題となる。
【００１１】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決して、加減速フィルタの指令時定数により生じる指令遅れによる形状誤差を低減することができるサーボモータの加減速制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、補間後の移動指令を加減速フィルタに入力して得られる位置指令を用いてサーボモータの加減速を制御する加減速制御装置において、位置指令を微分し、微分した位置指令を加減速フィルタの指令時定数に応じて定められる時間遅れだけ遅らせ、時間遅れさせたフィードフォワードデータを位置のフィードフォワード制御量とし、このフィードフォワード制御量と位置ループ制御で得られた制御量とを加算したものを速度指令とするフィードフォワード制御を行なうことによって、サーボモータの加減速制御を行って、前記目的を達成する。
【００１３】
本発明における加減速フィルタは、加減速に伴うショックを減少させる等のために、補間によって軸毎に分配される移動指令を入力し、この移動指令に所定の時定数を掛けて出力するものである。
【００１４】
本発明のサーボモータの加減速制御装置は、サーボ系の遅れによる形状誤差と、加減速フィルタの指令時定数による指令自体の誤差による形状誤差とを減少させることができ、サーボ系の遅れによる形状誤差はフィードフォワード系によるフィードフォワード制御によって補償し、加減速フィルタの指令時定数による形状誤差はフィードフォワード中の時間遅れの項によって補償する。
【００１５】
フィードフォワードにおける時間遅れの量は、加減速フィルタの指令時定数による形状誤差分を補償するように、加減速フィルタの指令時定数に応じて定められるものであり、例えば、加減速フィルタのゲインとフィードフォワードのループのゲインの積が定数となるよう定めることができる。
【００１６】
また、位置ループゲインをＫｐ，補間後の加減速フィルタの指令時定数をＴｓとすると、フィードフォワードにおける時間遅れτは、ｋを定数としてτ＝ｋ・Ｋｐ・Ｔｓ ² により定めることができる。
【００１７】
また、加減速フィルタを１段のリニアフィルタで適用する場合には、フィードフォワードデータの時間遅れτを定める定数ｋは（１／２４）とすることができ、また、加減速フィルタを２段のリニアフィルタで適用する場合には、定数ｋは（１／４８）とすることができる。
【００１８】
図１は、本発明のサーボモータの加減速制御装置を説明するブロック図である。図１において、加減速フィルタ１は、補間後の指令Ｍに指令時定数をかけて位置指令を形成するための項であり、伝達関数２は位置指令を微分する位置のフィードフォワード項であり、αは位置のフィードフォワード係数である。また、伝達関数３は時間遅れの項であり、τは時定数である。また、伝達関数４のＫｐは位置ループにおけるポジションゲインであり、伝達関数５は実位置を求める積分項である。
【００１９】
そして、時間遅れの項３によって時間遅れさせてたフィードフォワードデータを位置のフィードフォワード制御量として、位置指令にポジションゲインＫｐを乗じて得れた位置ループ制御による制御量とを加算して速度指令とし、この速度指令に基づく実位置を位置フィードバックとして位置指令に帰還させている。
【００２０】
加減速フィルタの指令時定数による形状誤差分の補償は、例えば、加減速フィルタ１のゲインＧ2 とフィードフォワードのループのゲインＧ1 の積が定数となるよう調整して、加減速フィルタの指令時定数に応じて定めることによって行うことができる。
【００２１】
【作用】
補間後の移動指令を加減速フィルタに通すことによって、移動指令を加減速フィルタの指令時定数に応じて定められる時間遅れだけ遅らせて位置指令を形成し、これによって、加減速に伴うショックを減少させる。この加減速フィルタの指令時定数による時間遅れは、指令自体に遅れを生じさせ、形状誤差の原因となる。また、サーボモータによる駆動機構では、サーボ系自体の遅れによって生じる形状誤差も備えている。
【００２２】
加減速フィルタによって形成した位置指令は微分した後、この微分した位置指令を加減速フィルタの指令時定数に応じて定められる時間遅れだけ遅らせ、時間遅れさせたフィードフォワードデータを形成する。そして、この時間遅れさせたフィードフォワードデータを位置のフィードフォワード制御量とし、このフィードフォワード制御量と位置ループ制御で得られた制御量とを加算したものを速度指令として、フィードフォワード制御を行う。
【００２３】
このフィードフォワード系によるフィードフォワード制御によって、サーボ系の遅れによる形状誤差の補償を行い、また、フィードフォワード中の時間遅れの項において、時定数分を補償するように時間遅れの量を加減速フィルタの指令時定数に応じて定め、これによって、加減速フィルタの指令時定数による形状誤差を減少させる。
【００２４】
図１において、加減速フィルタ１は補間後の指令に対して時定数をかけるための項であり、これによって、時定数をかけた後の位置指令のゲイン特性Ｇ2 （ｊω）の絶対値は１以下となり、形状誤差の原因となる。
【００２５】
これに対して、図１中のフィードフォワード系による位置ループのゲイン特性
Ｇ1 （ｊω）は、図１のブロックにおいて、
Ｋｐ・（Ｍ−Ｐ）＋αｓ・ｅｘｐ（−τｓ）・Ｍ＝ｓＰ
とおくことができ、Ｇ1 はＰとＭと比をとることによって、
Ｇ1 ＝Ｐ／Ｍ＝｛αｓ・ｅｘｐ（−τｓ）＋Ｋｐ｝／（ｓ＋Ｋｐ）
を得る。このＧ1 において、ｓ＝ｊωとして解くと、
Ｇ1 （ｊω）
＝｛Ｋｐ＋α・ω・ｓｉｎ（ω・τ）＋ｊα・ω・ｃｏｓ（ω・τ）｝
／（Ｋｐ＋ｊω） …（２）
となる。このＧ1 （ｊω）の絶対値は、
｜Ｇ 1 （ｊω）｜ ²
＝｛Ｋｐ ² ＋２・Ｋｐ・α・ω・ｓｉｎ（ω・τ）＋α ² ・ω ² ｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）
…（３）
となる。
【００２６】
ここで、α＝１の場合には、
｜Ｇ 1 （ｊω）｜ ²
＝１＋｛２・Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ） …（４）
となり、
ｘ≪１とすると√（１＋ｘ）＝１＋ｘ／２−ｘ ² ／６＋…と近似展開ができ、ω≪１であることから、この近似展開の２項までで近似すると、
｜Ｇ1 （ｊω）｜
≒１＋｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ） …（５）
≒１＋（ω・ω／Ｋｐ）・τ …（６）
と近似することができる。
ここで、ωは指令角周波数（１／ｓｅｃ）、Ｋｐはポジションゲイン（１／ｓｅｃ）、τはフィードフォワードデータの遅れ（ｓｅｃ）であり、ωはＫｐより充分小さいものとする。
【００２７】
上記式（６）において、フィードフォワードデータの遅れτが０である場合には、理論上の位置ループのゲイン特性Ｇ1 （ｊω）の絶対値は１となるが、フィードフォワードデータの遅れτの項を加えることによって、位置ループのゲイン特性Ｇ1 （ｊω）の絶対値を１以上とすることができる。
【００２８】
そこで、本発明の装置では、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインをできるだけ１に近づけるために、ゲイン特性Ｇ1 （ｊω）とゲイン特性Ｇ2 （ｊω）とを用いて、
｜Ｇ1 （ｊω）｜・｜Ｇ2 （ｊω）｜＝１ …（７）
の関係が得られるように、フィードフォワードデータの遅れτを調節する。
【００２９】
したがって、式（７）を満足するようなフィードフォワードデータの遅れτを用いることによって、加減速フィルタ１の指令時定数による形状誤差を減少することができる。
【００３０】
図２は、本発明のサーボモータの加減速制御装置による形状誤差の補償を説明する図である。図２において、１０の実線は指令Ｍによる加工形状を示している。この加工形状に対して、矢印Ａで示す加減速フィルタ１の指令時定数による形状誤差分によって、破線１１で示した指令時定数をかけた後の位置指令による加工形状となる。さらに、矢印Ｂで示すサーボ系の遅れによる形状誤差分によって、一点鎖線１２で示した加工形状となる。
【００３１】
この形状誤差に対して、矢印ｂで示すようにフィードフォワード系によって形状誤分Ｂを補償し、矢印ａで示すようにフィードフォワード中のフィードフォワードデータの遅れτによって形状誤分Ａを補償する。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１に示した本発明の加減速制御装置を説明するブロック図において、加減速フィルタ１をリニアの時定数Ｔｃを持つ１段のリニアフィルタを用いる場合には、この加減速フィルタによる指令時定数を掛けた後の指令のゲインＧ2 は、前記式（１）によって求めることができる。
【００３４】
したがって、１段のリニアフィルタのゲインＧ2 による振幅は｛１−（ω・Ｔｃ） ² ／２４｝となる。
【００３５】
一方、図１中のフィードフォワードによるゲインＧ1 は、前記式（５）で示されるように、｜Ｇ 1 （ｊω）｜≒１＋｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）である。
【００３６】
そこで、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインをできるだけ１に近づけるために、ゲイン特性Ｇ1 （ｊω）とゲイン特性Ｇ2 （ｊω）とを用いて、前記式（７）に示されるように、｜Ｇ1 （ｊω）｜・｜Ｇ2 （ｊω）｜＝１の関係が得られるように、フィードフォワードデータの遅れτを調節する。
【００３７】
ここで、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインＧは、
Ｇ＝｜Ｇ1 （ｊω）｜・｜Ｇ2 （ｊω）｜
＝｛１−（ω・Ｔｃ） ² ／２４｝
・〔１＋｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）〕 …（８）
により表すことができる。この式（８）において、ゲインＧが１となるためには
（ω・Ｔｃ） ² ／２４＝｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）が成り立てばよい。ゲインＧ＝１と近似できる。ここで、ωがＫｐより充分小さく、Ｋｐ≫ωが成り立つとすると、
｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）
≒ω・ｓｉｎ（ω・τ）／Ｋｐ
≒ω ² ・τ／Ｋｐ …（９）
が成り立つ。
【００３８】
したがって、フィードフォワードデータの遅れτは、
τ＝（１／２４）・Ｋｐ・Ｔｃ ² …（１０）
となり、このフィードフォワードデータの遅れτを用いることによって、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインＧを１とし、加減速フィルタ１の指令時定数による形状誤差を減少させる。
【００３９】
次に、図１に示した本発明の加減速制御装置を説明するブロック図において、加減速フィルタ１をリニアの時定数Ｔｃを持つ１段のリニアフィルタを２つ用いて２段のリニアフィルタによってベル型のフィルタを用いる場合には、その振幅は｛１−（ω・Ｔｃ） ² ／１２｝倍となり、ベル型時定数Ｔ（＝２Ｔｃ）に対して、｛１−（ω・Ｔ） ² ／４８｝倍の振幅となる。
【００４０】
前記と同様にして、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインをできるだけ１に近づけるために、ゲイン特性Ｇ1 （ｊω）とゲイン特性Ｇ2 （ｊω）とを用いて、｜Ｇ1 （ｊω）｜・｜Ｇ2 （ｊω）｜＝１の関係が得られるように、フィードフォワードデータの遅れτを調節する。
【００４１】
ここで、加減速フィルタ１による指令時定数をかける前の指令から実位置までのゲインＧは、
Ｇ＝｜Ｇ1 （ｊω）｜・｜Ｇ2 （ｊω）｜
＝｛１−（ω・Ｔ） ² ／４８｝
・〔１＋｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）〕 …（１１）
により表すことができる。この式（１１）において、ゲインＧが１となるためには
（ω・Ｔ） ² ／４８＝｛Ｋｐ・ω・ｓｉｎ（ω・τ）｝／（Ｋｐ ² ＋ω ² ）
が成り立てばよく、また、前記式（９）の条件から、
フィードフォワードデータの遅れτは、
τ＝（１／４８）・Ｋｐ・Ｔ ² …（１２）
となる。
【００４２】
このベル型フィルタの場合において、例えば、ポジションゲインＫｐを３０とすると、時定数Ｔが４８ｍｓｅｃの場合のフィードフォワードデータの遅れτは、１．４４ｍｓｅｃとなり、時定数Ｔが２４ｍｓｅｃの場合のフィードフォワードデータの遅れτは、０．３６ｍｓｅｃとなる。
【００４３】
したがって、時定数Ｔが４８ｍｓｅｃの場合にフィードフォワードデータの遅れτを１．４４ｍｓｅｃに設定し、時定数Ｔが２４ｍｓｅｃの場合にフィードフォワードの遅れτを０．３６ｍｓｅｃに設定することによって、形状誤差を減少させることができる。
【００４４】
また、図３から図５は、ベル型フィルタの場合において、ポジションゲインＫｐを４０（１／ｓｅｃ）とした場合の比較例を示している。図３は、加減速フィルタの時定数Ｔに対応したフィードフォワードデータの遅れτを設定した場合の形状誤差を示しており、図４は、図３のフィードフォワードの遅れτのままで加減速フィルタの時定数を変化させた場合の形状誤差を示しており、図５は、変化した加減速フィルタの時定数に対応したフィルタデータの遅れτを設定した場合の形状誤差を示している。
【００４５】
図３において、ポジションゲインＫｐが４０（１／ｓｅｃ）で、加減速フィルタの時定数Ｔが２４ｍｓｅｃの場合に対応するフィードフォワードデータの遅れτは０．４８ｍｓｅｃである。このτを設定したフィードフォワードによってサーボモータを加減速制御し、半径Ｒが１０ｃｍの円弧を加工した場合には、半径の減少を減少させることができる。
【００４６】
また、加減速フィルタの時定数Ｔを３４ｍｓｅｃとした場合に、適応するフィードフォワードデータの遅れτは０．９６３ｍｓｅｃである。図４は、この遅れτの代わりに、図３における遅れτ（＝０．４８ｍｓｅｃ）に設定したフィードフォワードによってサーボモータを加減速制御し、半径Ｒが１０ｃｍの円弧を加工した場合の形状を示している。この場合には、約７μｍの半径減少が生じる。
【００４７】
これに対して、図５は、加減速フィルタの時定数Ｔを３４ｍｓｅｃとし、フィードフォワードデータの遅れτを（０．４８ｍｓｅｃ＋０．５ｍｓｅｃ）として、適応する値（０．９６３ｍｓｅｃ）にほぼ近い値に設定したフィードフォワードによってサーボモータを加減速制御し、半径Ｒが１０ｃｍの円弧を加工した場合の形状を示している。この場合には、半径の減少を減少させることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、指令時定数により生じる指令遅れによる形状誤差を低減することができるサーボモータの加減速制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のサーボモータの加減速制御装置を説明するブロック図である。
【図２】 本発明のサーボモータの加減速制御装置による形状誤差の補償を説明する図である。
【図３】 ベル型フィルタの場合において、フィルタの時定数が２４ｍｓｅｃ，フィードフォワードデータの遅れτが０．４８ｍｓｅｃの場合の形状誤差を示す図である。
【図４】 ベル型フィルタの場合において、フィルタの時定数が３４ｍｓｅｃ，フィードフォワードデータの遅れτが０．４８ｍｓｅｃの場合の形状誤差を示す図である。
【図５】 ベル型フィルタの場合において、フィルタの時定数が３４ｍｓｅｃ，フィードフォワードデータの遅れτが０．４８ｍｓｅｃ＋０．５ｍｓｅｃの場合の形状誤差を示す図である。
【符号の説明】
１ 加減速フィルタ
２ 位置のフィードフォワード項
３ 時間遅れの項
４ ポジションゲイン
５ 積分項
１０ 指令による加工形状
１１ 時定数をかけた後の位置指令
１２ 補償しない場合の加工形状
Ａ 指令時定数による形状誤差
Ｂ サーボ系の遅れによる形状誤差[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an acceleration / deceleration control device for a servomotor used for controlling a feed axis of a machine tool, a robot arm, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, exponential acceleration / deceleration control and linear acceleration / deceleration control are known by controlling the acceleration / deceleration of the servo motor. This exponential acceleration / deceleration control is an acceleration / deceleration control that provides an exponential response to the step input. Since the acceleration at startup is large due to the influence of high-frequency components, shock is applied to the servo control and its load system. However, there are drawbacks such as being prone to vibration and taking time to decelerate and stop. This point becomes a cause of tracing a trajectory inside the command value when the table of the machine tool or the like is moved in an arc shape using the X and Y axis servo motors.
[0003]
Further, the linear acceleration / deceleration control has a drawback that since the acceleration changes rapidly, the servo control system and its load system are shocked to easily vibrate. Furthermore, there is a problem that when the vibration is caused by a command having a frequency component close to the natural frequency of the servo control system or the load system, the servo control system or the load system itself is vibrated.
Therefore, in order to make NC machine tools, robots, etc. start and stop smoothly and prevent vibrations in the machine, a movement command (speed) to the servo motor is sent to each axis after interpolation. The control of acceleration / deceleration control is performed by inputting the output of the acceleration / deceleration filter to the servo control unit, or the command speed before interpolation is passed through the acceleration / deceleration filter, and the output of the acceleration / deceleration filter is interpolated. Acceleration / deceleration control input to a servo control unit is also known.
[0004]
In such acceleration / deceleration control, for example, the discontinuity generated in the acceleration is reduced by using two acceleration / deceleration filters as known in the bell-type acceleration / deceleration control. .
[0005]
Further, when high speed cutting is performed with a machine tool, feed forward may be applied to the position loop in order to reduce the shape error due to the normal delay of the servo system. This feed forward in the position loop increases the gain of the position loop to compensate for servo delay and reduce shape error.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional acceleration / deceleration control of the servo motor, there is a problem that a shape error occurs due to a command delay caused by a command time constant included in the filter.
[0007]
For example, if the linear time constant of a filter used for linear acceleration / deceleration control is Tc, the input to this filter is Asinωt, and the output is Y, the output Y can be expressed by the following equation.
[0008]
[Expression 1]

Therefore, when have once the time constant of the linear, the amplitude ^{{1- (ω · Tc) 2} /24} becomes doubled, X, of the machine tool in a circular arc shape using a servo motor of the Y-axis table When moving etc., the locus | trajectory inside a command value is followed and a shape error will generate | occur | produce.
[0009]
In the case of using the constants a bell Add two filter when the linear, the amplitude becomes ^{{1- (ω · Tc) 2} /12} times, relative to the bell-shaped time constant T (= 2Tc) Te, becomes ^{{1- (ω · T) 2} /48} times the amplitude, as well, when performing arcuate machining, the shape error will occur following the inner track than the command value .
[0010]
Normally, the shape error due to the error of the command itself due to this command time constant is a fraction of the order of the shape error due to the delay generated by the servo system (first-order lag system). However, if the shape error due to the delay of the servo system is reduced by applying nearly 100% feedforward to the servo loop in order to realize high-speed and high-precision machining, the shape error due to the error of the command itself due to this command time constant is reduced. Relatively increases, and a shape error due to a command time constant during high-speed machining becomes a problem.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an acceleration / deceleration control device for a servo motor that solves the above-described conventional problems and can reduce a shape error due to a command delay caused by a command time constant of an acceleration / deceleration filter. To do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an acceleration / deceleration control device that controls acceleration / deceleration of a servo motor using a position command obtained by inputting an interpolated movement command to an acceleration / deceleration filter , and differentiates the position command and adds the differentiated position command. The feedforward data is delayed by the time delay determined according to the command time constant of the deceleration filter, the feedforward data delayed in time is used as the position feedforward control amount, and this feedforward control amount and the control amount obtained by the position loop control are added. By performing the feedforward control using the speed command as a speed command, the acceleration / deceleration control of the servo motor is performed to achieve the object.
[0013]
The acceleration / deceleration filter according to the present invention inputs a movement command distributed for each axis by interpolation in order to reduce shock caused by acceleration / deceleration, and outputs the movement command multiplied by a predetermined time constant. is there.
[0014]
The servo motor acceleration / deceleration control device of the present invention can reduce the shape error due to the delay of the servo system and the shape error due to the error of the command itself due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter. The error is compensated by feedforward control by the feedforward system, and the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter is compensated by the term of time delay during feedforward.
[0015]
The amount of time delay in the feedforward is determined according to the command time constant of the acceleration / deceleration filter so as to compensate for the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter. It can be determined that the product of the gain of the feedforward loop is a constant.
[0016]
Further, if the position loop gain is Kp and the command time constant of the acceleration / deceleration filter after interpolation is Ts, the time delay τ in the feedforward can be determined by τ = k · Kp · Ts ² where k is a constant.
[0017]
In addition, when the acceleration / deceleration filter is applied with a single-stage linear filter , the constant k that determines the time delay τ of the feedforward data can be set to (1/24), and the acceleration / deceleration filter has two stages. when applying a linear filter constant k can be a (1/48).
[0018]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an acceleration / deceleration control apparatus for a servo motor according to the present invention. In FIG. 1, the acceleration / deceleration filter 1 is a term for forming a position command by multiplying the command M after interpolation by a command time constant, and the transfer function 2 is a feedforward term of a position that differentiates the position command. α is a position feedforward coefficient. Transfer function 3 is a term of time delay, and τ is a time constant. Further, Kp of the transfer function 4 is a position gain in the position loop, and the transfer function 5 is an integral term for obtaining an actual position.
[0019]
Then, the feedforward data delayed by the time delay term 3 is used as the feedforward control amount of the position, and the control command by the position loop control obtained by multiplying the position command by the position gain Kp is added to the speed command. The actual position based on this speed command is fed back to the position command as a position feedback.
[0020]
Compensation for the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter is performed, for example, by adjusting the product of the gain G2 of the acceleration / deceleration filter 1 and the gain G1 of the feedforward loop to be a constant. It can be done by setting according to.
[0021]
[Action]
By passing the interpolated movement command through the acceleration / deceleration filter, the movement command is delayed by a time delay determined according to the command time constant of the acceleration / deceleration filter to form a position command, thereby reducing the shock associated with acceleration / deceleration Let The time delay due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter causes a delay in the command itself and causes a shape error. In addition, the drive mechanism by the servo motor also has a shape error caused by the delay of the servo system itself.
[0022]
After the position command formed by the acceleration / deceleration filter is differentiated, the differentiated position command is delayed by a time delay determined according to the command time constant of the acceleration / deceleration filter, thereby forming time-delayed feed forward data. Then, feedforward control is performed using the feedforward data delayed for this time as the feedforward control amount for the position, and using the sum of the feedforward control amount and the control amount obtained by the position loop control as the speed command.
[0023]
The feedforward control by this feedforward system compensates for the shape error due to the delay of the servo system, and the acceleration / deceleration filter reduces the amount of time delay so that the time constant is compensated for in the time delay term during feedforward. The shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter is thereby reduced.
[0024]
In FIG. 1, an acceleration / deceleration filter 1 is a term for applying a time constant to the command after interpolation. With this, the absolute value of the gain characteristic G2 (jω) of the position command after applying the time constant is 1. This causes a shape error.
[0025]
On the other hand, the gain characteristic G1 (jω) of the position loop by the feedforward system in FIG.
Kp · (M−P) + αs · exp (−τs) · M = sP
G1 takes the ratio of P and M,
G1 = P / M = {αs · exp (−τs) + Kp} / (s + Kp)
Get. In G1, when s = jω,
G1 (jω)
= {Kp + α · ω · sin (ω · τ) + jα · ω · cos (ω · τ)}
/ (Kp + jω) (2)
It becomes. The absolute value of G1 (jω) is
| G 1 (jω) | ²
= {Kp ² + 2 · Kp · α · ω · sin (ω · τ) + α ² · ω ² } / (Kp ² + ω ² )
... (3)
It becomes.
[0026]
Here, when α = 1,
| G 1 (jω) | ²
= 1 + {2 · Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² ) (4)
And
√ and the x«1 (1 + x) = 1 + x / 2-x 2/6 + ... and can approximate deployed, because it is Omega«1, when approximated by up to two terms of this approximation deployment,
| G1 (jω) |
≈ 1+ {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² ) (5)
≒ 1 + (ω ・ ω / Kp) ・ τ (6)
And can be approximated.
Here, omega is commanded angular frequency (1 / sec), Kp is a position gain (1 / sec), τ is delayed (sec) feedforward data, omega is assumed sufficiently smaller than Kp.
[0027]
In the above equation (6), when the delay τ of the feedforward data is 0, the absolute value of the theoretical position loop gain characteristic G1 (jω) is 1, but the term of the feedforward data delay τ Is added, the absolute value of the gain characteristic G1 (jω) of the position loop can be made 1 or more.
[0028]
Therefore, in the apparatus of the present invention, the gain characteristic G1 (jω) and the gain characteristic G2 (jω) are set so as to make the gain from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position as close to 1 as possible. make use of,
| G1 (jω) | · | G2 (jω) | = 1 (7)
The delay τ of the feedforward data is adjusted so that the following relationship can be obtained.
[0029]
Therefore, the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter 1 can be reduced by using the delay τ of the feedforward data that satisfies the expression (7).
[0030]
FIG. 2 is a diagram for explaining the compensation of the shape error by the servo motor acceleration / deceleration control apparatus of the present invention. In FIG. 2, a solid line 10 indicates a machining shape according to the command M. With respect to this machining shape, the machining shape by the position command after being multiplied by the command time constant indicated by the broken line 11 is obtained by the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter 1 indicated by the arrow A. Further, the machining shape indicated by the alternate long and short dash line 12 is obtained by the shape error due to the delay of the servo system indicated by the arrow B.
[0031]
The shape error B is compensated for this shape error by a feedforward system as indicated by an arrow b, and the shape error A is compensated for by a delay τ of feedforward data during feedforward as indicated by an arrow a.
[0032]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
In the block diagram for explaining the acceleration / deceleration control device of the present invention shown in FIG. 1, when a one-stage linear filter having a linear time constant Tc is used as the acceleration / deceleration filter 1, a command time constant by the acceleration / deceleration filter is used. The gain G2 of the command after multiplying by can be obtained by the equation (1).
[0034]
Therefore, the amplitude by the gain G2 of the 1-stage linear filter becomes ^{{1- (ω · Tc) 2} /24}.
[0035]
On the other hand, the gain G1 due to feedforward in FIG. 1 is represented by the following equation (5): | G 1 (jω) | ≈1 + {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² ) .
[0036]
Therefore, in order to make the gain from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position as close to 1 as possible, the above-described equation (1) is used by using the gain characteristic G1 (jω) and the gain characteristic G2 (jω). 7), the delay τ of the feedforward data is adjusted so that the relationship of | G1 (jω) | · | G2 (jω) | = 1 is obtained.
[0037]
Here, the gain G from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position is
G = | G1 (jω) | ・ | G2 (jω) |
= {1- (ω · Tc) 2/24}
・ [1+ {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² ) ] (8)
Can be represented by In the formula (8), in order to gain G becomes 1 may be Naritate is ^{(ω · Tc) 2/24} = {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp 2 + ω 2). It can be approximated with a gain G = 1. Here, if ω is sufficiently smaller than Kp and Kp >> ω holds,
{Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² )
≒ ω ・ sin (ω ・ τ) / Kp
≒ ω ² ・ τ / Kp (9)
Holds.
[0038]
Therefore, the delay τ of the feedforward data is
τ = (1/24) · Kp · Tc ² (10)
By using the delay τ of this feedforward data, the gain G from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position is set to 1, and the shape error due to the command time constant of the acceleration / deceleration filter 1 is reduced. Decrease.
[0039]
Next, in the block diagram for explaining the acceleration / deceleration control device of the present invention shown in FIG. 1, the acceleration / deceleration filter 1 is composed of two one-stage linear filters having a linear time constant Tc and two-stage linear filters. in the case of using a bell-shaped filter, its amplitude becomes ^{{1- (ω · Tc) 2} /12} times, relative to the bell-shaped time constant T (= 2Tc), {1- (ω · T) 2 / 48} times the amplitude.
[0040]
Similarly to the above, in order to make the gain from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position as close to 1 as possible, the gain characteristic G1 (jω) and the gain characteristic G2 (jω) are used. , | G1 (jω) | · | G2 (jω) | = 1, the delay τ of the feedforward data is adjusted.
[0041]
Here, the gain G from the command before applying the command time constant by the acceleration / deceleration filter 1 to the actual position is
G = | G1 (jω) | ・ | G2 (jω) |
= {1- (ω · T) 2/48}
[1+ {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp ² + ω ² ) ] (11)
Can be represented by In this equation (11), in order for the gain G to be 1,
^{(Ω · T) 2/48} = {Kp · ω · sin (ω · τ)} / (Kp 2 + ω 2)
And from the condition of the equation (9),
The feedforward data delay τ is
τ = (1/48) · Kp · T ² (12)
It becomes.
[0042]
In the case of this bell type filter, for example, if the position gain Kp is 30, the feedforward data delay τ when the time constant T is 48 msec is 1.44 msec, and the feedforward data when the time constant T is 24 msec. The delay τ is 0.36 msec.
[0043]
Therefore, by setting the feedforward data delay τ to 1.44 msec when the time constant T is 48 msec, and setting the feedforward delay τ to 0.36 msec when the time constant T is 24 msec, the shape error is reduced. Can be reduced.
[0044]
3 to 5 show comparative examples when the position gain Kp is 40 (1 / sec) in the case of a bell-type filter. FIG. 3 shows the shape error when the feedforward data delay τ corresponding to the time constant T of the acceleration / deceleration filter is set. FIG. 4 shows the acceleration / deceleration filter with the feedforward delay τ shown in FIG. FIG. 5 shows the shape error when the delay τ of the filter data corresponding to the changed time constant of the acceleration / deceleration filter is set.
[0045]
In FIG. 3, the delay τ of the feedforward data corresponding to the case where the position gain Kp is 40 (1 / sec) and the time constant T of the acceleration / deceleration filter is 24 msec is 0.48 msec. When the servomotor is controlled to accelerate and decelerate by feedforward in which τ is set and a circular arc having a radius R of 10 cm is machined, the decrease in radius can be reduced.
[0046]
Further, when the time constant T of the acceleration / deceleration filter is set to 34 msec, the delay τ of the feedforward data to be applied is 0.963 msec. FIG. 4 shows the shape when the servomotor is subjected to acceleration / deceleration control by feedforward set to the delay τ (= 0.48 msec) in FIG. 3 and a circular arc having a radius R of 10 cm is processed instead of the delay τ. ing. In this case, a radius reduction of about 7 μm occurs.
[0047]
On the other hand, in FIG. 5, the time constant T of the acceleration / deceleration filter is set to 34 msec, and the delay τ of the feedforward data is set to (0.48 msec + 0.5 msec), which is set to a value almost close to the applicable value (0.963 msec). The shape is shown when the servomotor is subjected to acceleration / deceleration control by the feedforward, and an arc having a radius R of 10 cm is machined. In this case, the decrease in radius can be reduced.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a servo motor acceleration / deceleration control device capable of reducing a shape error due to a command delay caused by a command time constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an acceleration / deceleration control apparatus for a servo motor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining compensation of a shape error by the acceleration / deceleration control apparatus for a servo motor according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a shape error when the time constant of the filter is 24 msec and the delay τ of the feedforward data is 0.48 msec in the case of the bell type filter.
FIG. 4 is a diagram showing a shape error in the case of a bell-type filter when the filter time constant is 34 msec and the feed-forward data delay τ is 0.48 msec.
FIG. 5 is a diagram showing a shape error in the case of a bell-type filter when the filter time constant is 34 msec and the feedforward data delay τ is 0.48 msec + 0.5 msec.
[Explanation of symbols]
1 Acceleration / deceleration filter 2 Position feedforward term 3 Time delay term 4 Position gain 5 Integral term 10 Machining shape by command 11 Position command after applying time constant 12 Machining shape without compensation A Shape error by command time constant B Shape error due to servo system delay

Claims (3)

Position loop control is performed using the position command obtained by inputting the movement command after interpolation to the acceleration / deceleration filter , and the position command is differentiated, and the value obtained by delaying the differentiated value by a predetermined time is set as the position command. In an acceleration / deceleration control device for a servomotor that performs feedforward control using a feedforward control amount and a speed command obtained by adding the feedforward control amount to a control amount obtained by position loop control,
The time delay τ of the predetermined time in the feedforward is set to τ = k · Kp · Ts ² (k is a constant) with respect to the position loop gain Kp and the command time constant Ts of the acceleration / deceleration filter after interpolation. A servo motor acceleration / deceleration control device. The instruction time constant of acceleration and deceleration filter is a linear command time constant of one stage, the constant k is deceleration control apparatus for a servomotor according to claim 1, characterized in that the (1/24). The instruction time constant of acceleration and deceleration filter is a time constant of the two-stage linear, the constant k is deceleration control apparatus for a servomotor according to claim 1, characterized in that the (1/48).

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