JP3912286B2 - サーボ制御方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＮＣ工作機械等を駆動するサーボモータを制御する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＮＣ工作機械は、通常、サーボモータが駆動用のボールねじを回転させることによってワークを固定するテーブルを移動させるようになっているため、例えば円弧切削を行う場合、よく知られているように、ボールねじのバックラッシュや機械各部の摩擦等によって、テーブルの移動方向が即座に切り替わらず、ワークの切削面には、象限境界付近に象限突起と呼ばれる突起が生じ、加工精度が低下するという問題がある。
【０００３】
図９は、このような象限突起の発生等を防止しようとする従来のサーボ制御装置のブロック図を示したものである。図９において、１は位置指令生成部、２は位置制御部、３は速度制御部、４は電流制御部、５は電力増幅回路、６は機械系１６を駆動するサーボモータ、７はサーボモータ６の回転位置を検出するエンコーダ、８はエンコーダ７の出力する位置検出信号１０を微分して速度を算出する微分手段である。なお、エンコーダ７及び微分手段８によりモータ速度の検出手段が構成される。９は位置指令生成部１から出力される位置指令、１０はエンコーダ７から出力される位置検出信号である位置フィードバック、１１は位置制御部２から出力される速度指令、１２は微分手段８から出力される速度検出信号である速度フィードバック、１３は速度指令１１と速度フィードバック１２との差分である速度偏差信号、１４は速度制御部３から出力される電流指令、１５はサーボモータ６に流れる電流を示す電流フィードバック信号、１６はサーボモータ６により駆動されるＣＮＣ工作機械等の機械系、１７は機械系１６からサーボモータ６に加わる反力や、摩擦による負荷トルク、１８は速度制御部３における速度比例制御部、１９は速度制御部３における速度積分制御部、２０は速度比例制御部１８の出力する比例項分指令、２１は速度積分制御部１９の出力する積分項分指令で、比例項分指令２０に加算されることにより電流指令１４となる。
【０００４】
また、２２は摩擦などの影響でサーボモータ６、あるいは機械の方向反転時に発生する指令位置に対する誤差を抑制し、円弧切削を行う場合の象限突起の発生等を防止する補正信号生成部であり、２３は補正信号生成部２２の出力する電流指令補正信号（補正値）である。
【０００５】
従来装置では、摩擦量に相当する補正値２３をサーボモータ６の方向反転時に加えており、その補正量は予めパラメータとして設定されているものを使用したり、メモリに記憶された送り速度や加速度の条件毎の最適値を使用している。また、場合によっては、補正量を時間の関数で加えたり、移動量や送り速度の関数で加えたりしていた。
【０００６】
ところがこのような従来のサーボ制御装置では、上記補正量として機械調整時に予め所定の条件における最適値を決定する必要があるが、この方向反転時の誤差要因である摩擦量などは経年変化や、機械位置などの条件の違いによる変化が大きく、最適な補正量を決定することが難しかった。また、仮に補正量を決定しても時間が経つにつれ最適な効果が得にくいなどの問題があった。
【０００７】
更にまた、ボールネジのねじりやシール材（油等がサーボモータ側に浸入しないよう、サーボモータ等の軸周囲に摺動自在に設けられるもので、外周部が基体部に固定される）などの弾性変化が大きい機械系においては、方向反転時に発生する追従遅れによる誤差（象限突起）については補正できても、その後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することはできなかった。図１０はボールネジにねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系における補正前の方向反転時の挙動をシミュレーションしたものであり、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示している。このような機械系において、図９に示す従来の補正を行なった結果が図１１である。なお、図１１において、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示している。
【０００８】
従来補正においては、方向反転から距離に応じて徐々に補正量を増やしていく等の方向反転時に摩擦量に対応した補正値を加えているが、機械系のねじりなどの弾性をもった系に適用した場合には、図１１に示すように、瞬間的にはその補正値が過補正になる場合があり、そのような場合であってもその補正値を変更する手段がないため食い込みが発生している。
【０００９】
また他の従来のサーボ制御装置として、図１２に示すものがあった。この図１２に示すものは、特開平１−２７６３１５号公報に開示されている発明で、図中、Ｘｃは位置指令、１０１は位置指令Ｘｃと位置検出器１０６の出力信号Ｘとを比較して減算を行い、その偏差Ｅを出力する減算器、１０２は偏差Ｅを増幅して速度指令Ｖを出力する増幅器、１０３は入力する速度指令Ｖに応じてサーボモータ１０４への駆動出力を制御する速度制御器、１０５はサーボモータ１０４の駆動によって、例えば加工用工具の移動あるいは被加工物を載置する加工テーブルの移動等が行われる加工機械、１０６は加工機械１０５における上記移動体の位置を検出する位置検出器、１０７は理想位置演算器である。なお、この理想位置演算器１０７は、位置指令Ｘｃと理想位置Ｘｉとの偏差Ｅｉを出力する減算器１０８、偏差Ｅｉを増幅して速度信号Ｖｉを出力する増幅器１０９、及び速度信号Ｖｉ（速度指令）を時間積分して、理想位置に対応する理想位置信号Ｘｉを出力する積分器１１０から構成されている。
【００１０】
また、１１１は偏差Ｅｉと偏差Ｅとの偏差を出力する減算器、１１２は減算器１１１が出力する偏差に補正ゲインを乗じる増幅器、１１３は速度指令Ｖに補正ゲインを乗じた偏差を加える加算器である。
【００１１】
そしてこのサーボ制御装置は、位置検出器１０６が検出した位置が理想位置より進んでいるときは、速度指令Ｖを減じるように、また逆に遅れているときは、速度指令Ｖを増加させるように、理想位置と実位置との誤差にゲインを掛け増幅したものを速度指令Ｖに加算している。
【００１２】
ところが、この図１２に示すものは、方向反転時に限らず、常に理想位置と実位置との誤差を増幅して補正を加えているため、機械共振や振動を誘発しやすく不安定であり、安定性を重視したゲイン設定とすると方向反転時に発生する追従遅れによる誤差の抑制が十分にできないなどの問題点があった。
【００１３】
図１３は、図１１に示したボールネジにねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系に、特開平１−２７６３１５号公報に開示されている発明における補正を行った場合の挙動をシミュレーションしたものである。図１３中、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示したものであるが、機械振動を誘発しやすく、位置や速度・電流波形が振動的になっており、また、真円精度における象現突起も比較的大きく残ってしまっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、摩擦量の経年変化の影響や加工条件の違いによる補正効果のバラツキを抑え、また、ボールネジのねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系においても、補正後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することが可能で、しかも補正によりサーボ系が不安定になるのを防止できるサーボ制御方法及びその装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明に係るサーボ制御方法は、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加えるものである。
【００１６】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、上記ゲインを、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものとしたものである。
【００１７】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶するとともに、このオフセット値にて上記差分を減算し、この減算したものに上記ゲインを乗じるものである。
【００１８】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算された方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるものである。
【００１９】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるものである。
【００２０】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いるものである。
【００２１】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルが演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分信号を出力する減算手段と、この減算手段より出力された誤差信号に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加える手段とを備える構成としたものである。
【００２２】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記ゲインを、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものとしたものである。
【００２３】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたオフセット値にて上記差分を減算する減算手段と、この減算手段にて減算されたものに、上記ゲインを乗じる構成としたものである。
【００２４】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算される方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段とを備える構成としたものである。
【００２５】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記モデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段を備える構成としたものである。
【００２６】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いる構成としたものである。
【００２７】
またこの発明に係るサーボ制御方法及びその装置は、上記理想的なサーボ系モデルとして、位置指令から位置フィードバックまでの位置ループ系の遅れ、及び被制御対象の機械的遅れを考慮したモデルとしたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、２４は位置指令生成部１から出力される位置指令９を入力する、位置ループ系の理想モデル、３３は位置ループ系の理想モデル２４の出力速度信号、２５は弾性変化が大きい機械系の遅れを考慮した理想モデル、４１は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分２７を出力する減算部、２８はゲインである。なおこのゲイン２８は、大きく設定すればするほど補正効果は望めるが、実際に補正効果を上げるためには機械系を含めた速度ループ制御系の応答性が必要であり、この応答性が悪いとサーボ系として不安定となるため、実際の機械に適用した場合にはその速度ループ制御系次第で決定される。また、４２は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７にゲイン２８を乗じ、速度指令補正信号（速度指令補正値）２９を出力する乗算部、４３は乗算部３６より出力される速度指令補正信号（速度指令補正値）２９を速度指令１１に加算する加算部である。なおその他図８に示す符号と同一符号のものは、図８に示すものと同様のものである。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、理想モデルの方向変化時を補正のタイミングとし、この方向変化時より電流指令が静摩擦を超える値となるまでの所定の時間（この所定時間は予めパラメータ設定しておく）のみ、あるいは方向反転後の理想モデルの移動量に機械系のばね定数などを掛けた値が静摩擦を超える値（この値も予めパラメータ設定しておく）以上となるまでの間のみ、乗算部４２にて、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７にゲイン２８を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部４３にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。
【００３０】
図２は弾性変化が大きい機械系に、本実施の形態の補正を実施した時の効果を示したシミュレーション結果であるが、その瞬間毎に発生する誤差に応じて補正量が決定されるため、図１１に示した従来補正時に発生していたような食い込みなども抑制され、また、特開平１−２７６３１５号公報に開示の数値制御装置の発明における補正を行った結果と比べても、機械振動を誘発せず安定で高精度な補正効果が得られていることが分かる。
【００３１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるサーボ制御装置のブロック図である。この実施の形態２は、実施の形態１において、方向反転後に理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７に乗算部４２にて乗じるゲインを、方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数（実際の演算を簡潔に行う場合傾き一定でもよいが、方向反転での局所的な補正を重視する場合、指数減衰などでの減衰も効果的である）で減衰するゲイン２８Ａに変更したものである。なお、その他の構成は実施の形態１のものと同様である。
【００３２】
この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、理想モデルの方向変化時を補正開始のタイミングとし、乗算部４２にて、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７に、ゲイン２８Ａ（方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数で減衰させるゲイン）を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部４３にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。
【００３３】
図４は、本実施の形態の補正を実施した時の効果を示したシミュレーション結果であるが、補正量のゲインによる重みを方向反転時に集中的に高くできるため、更に機械振動を誘発しにくく、補正効果を上げることが可能となる。
【００３４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、３０は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転直後の差分２７を、オフセット値３１として記憶する記憶部である。なお、オフセット値３１は上記方向反転毎に上書き書き換えする。また、４４は方向反転後の理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７と、オフセット値３１との差分３２を出力する減算部である。なおその他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３５】
この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、先ず理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転直後の差分２７を、オフセット値３１として記憶部３０に記憶する。そして理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転後の差分２７に対し、オフセット値３１を減算部３８にて減算し、得られた差分３２に、乗算部４２にてゲイン２８Ａ（方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数で減衰させるゲイン）を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部３７にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。これにより、高速・高加速度運転時にモデル化誤差により発生する理想モデルと実際のモータ、あるいは、機械系の位置フィードバックとの誤差は除去し、目的である象限切替え時の誤差についてのみ補正を実施し、安定で、かつ、象限突起の抑制効果をより高くする調整が可能となる。
【００３６】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、２４は位置指令生成部１から出力される位置指令９を入力する、位置ループ系の理想モデル、３３は位置ループ系の理想モデル２４の出力速度信号、２５は弾性変化が大きい機械系の遅れを考慮した理想モデル、３５は位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として位置フィードバック値（これは本来実際の位置フィードバック１０を用いるのが望ましいが、位置フィードバック分解能が粗い場合などには補正量が振動的になり機械の共振などを誘発する可能性があるため、そのような場合は、理想モデルの出力位置２６の累積位置を使用してもよい）より方向反転からの位置３６を計算する演算器、３４は演算器３５によって計算された値に掛けることにより電流指令補正値２３とする、機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数である。
なおその他図９に示す符号と同一符号のものは、図９に示すものと同様のものである。
【００３７】
この発明の実施の形態４に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として演算器３５により位置フィードバック１０（または理想モデルの出力位置２６の累積位置）より方向反転からの位置３６を計算し、この値に機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数３４を掛けたものを電流指令補正値２３として、その補正値が静摩擦量を超えるまで、あるいは補正量を加えたトータルの電流指令が静摩擦量を超えるまで、速度比例項分指令２０や速度積分項分指令２１に加算する。
【００３８】
これにより、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となる。
【００３９】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、３７はモデル位置ループより作られるモデル速度信号３３により方向反転が検出された場合、速度フィードバック値（これは本来実際の速度フィードバック１２を用いるのが望ましいが、速度フィードバック分解能が粗い場合などには補正量が振動的になり機械の共振などを誘発する可能性があるため、そのような場合は、理想モデルの出力速度信号３３を使用してもよい）に、掛けることにより電流指令補正値３８とする、機械系のボールネジやオイルシールなどの回転部に生じる粘性摩擦項を補償する粘性定数、３９は実施の形態４で説明した電流指令補正値２３と上記電流指令補正値３８とを加算して電流指令補正値４０を出力する加算部である。なおその他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００４０】
この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として演算器３５により位置フィードバック１０（または理想モデルの出力位置２６の累積位置）より方向反転からの位置３６を計算し、この値に機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数３４を掛けて電流指令補正値２３を生成する。
【００４１】
また、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として速度フィードバック１２（または理想モデルの出力速度３３）に、機械系のボールネジやオイルシールなどの回転部に生じる粘性摩擦項を補償する粘性定数３７を掛けることにより電流指令補正値３８を生成する。そして、加算器３９にて上記電流指令補正値２３と電流指令補正値３８とを加算することにより電流指令補正値４０として、その補正値が静摩擦量を超えるまで、あるいは補正量を加えたトータルの電流指令が静摩擦量を超えるまで、速度比例項分指令２０や速度積分項分指令２１に加算する。
【００４２】
これにより、低速での方向反転に効果がある実施の形態４のばね定数による補正に加え、高速時に支配的になる粘性項による補正を備えるため、実施の形態４より更に速度変化に対して安定して高精度の補正が可能となる。
【００４３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６によるサーボ制御装置のブロック図である。この実施の形態６は、実施の形態５において、ばね定数を補償する項であるばね定数３４と粘性項を補償する粘性定数３７を、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分（誤差）２７に比例するゲインとしたものである。なお、その他の構成は実施の形態５のものと同様である。
【００４４】
これにより、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となるだけでなく、その補正量を決定するばね定数や粘性定数は理想位置との誤差により可変となるため、ばね定数や粘性定数の経年変化や、機械の条件変化にも対応できるシステムを構築できる。
【００４５】
なお、この実施の形態６において、ばね定数を補償する項であるばね定数３４と粘性項を補償する粘性定数３７の何れか一方のみを、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分２７に比例するゲインとすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加えるので、摩擦量の経年変化の影響や加工条件の違いによる補正効果のバラツキを抑えることができ、またボールネジのねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系においても、補正後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することが可能となる。しかもサーボ系が不安定になることを防ぐことができ、安定した補正が可能となる。
【００４７】
またこの発明によれば、上記ゲインとして、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものを用いるので、サーボ系が不安定になるのを更に抑制することができ、更に高精度な補正が可能となる。
【００４８】
またこの発明によれば、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶するとともに、このオフセット値にて上記差分を減算し、この減算したものに上記ゲインを乗じるので、高速・高加速度運転時にモデル化誤差により発生する理想モデルと実際のモータ、あるいは機械系の位置フィードバックとの誤差を除去でき、目的である象限切替え時の誤差についてのみ補正を実施し、安定で、かつ象限突起の抑制効果をより高くする調整が可能となる。これは、特開平１−２７６３１５公報に開示の補正を行った場合の挙動をシミュレーションした結果と同様に、目的以外の誤差に対して高いゲイン（増幅値）で補正することは、機械の振動や共振を誘発しやすく、結果として低いゲインでの補正しか行えないことに対して有効となる。
【００４９】
またこの発明によれば、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記位置フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるので、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となる。
【００５０】
またこの発明によれば、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるので、高速時に支配的になる粘性項による補正を備えるため、上記のばね系要素の補正から更に速度変化に対して安定して高精度の補正が可能となる。
【００５１】
またこの発明によれば、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いるので、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となるだけでなく、その補正量を決定するばね定数や粘性定数は理想位置との誤差により可変となるため、ばね定数や粘性定数の経年変化や、機械の条件変化にも対応できるシステムを構築できる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態６に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図９】 従来のサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１０】 弾性変化の大きい機械系における補正を用いない場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】 従来のサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】 他の従来のサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１３】 他の従来のサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 位置指令生成部
９ 位置指令
１０ 実際の位置フィードバック
１１ 速度指令
２３ 電流指令補正値
２４ 位置ループ系の理想モデル
２５ 機械系の遅れを考慮した理想モデル
２６ 理想モデルの位置
２７ 差分
２８ ゲイン
２９ 速度指令補正信号
３０ 記憶部
３１ オフセット値
３３ 出力速度信号
３４ ばね定数
３５ 演算器
３６，４２ 乗算部
３７ 粘性定数
３８ 電流指令補正値
４０ 電流指令補正値
４１，４４ 減算部
３９，４３ 加算部
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＮＣ工作機械等を駆動するサーボモータを制御する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＮＣ工作機械は、通常、サーボモータが駆動用のボールねじを回転させることによってワークを固定するテーブルを移動させるようになっているため、例えば円弧切削を行う場合、よく知られているように、ボールねじのバックラッシュや機械各部の摩擦等によって、テーブルの移動方向が即座に切り替わらず、ワークの切削面には、象限境界付近に象限突起と呼ばれる突起が生じ、加工精度が低下するという問題がある。
【０００３】
図９は、このような象限突起の発生等を防止しようとする従来のサーボ制御装置のブロック図を示したものである。図９において、１は位置指令生成部、２は位置制御部、３は速度制御部、４は電流制御部、５は電力増幅回路、６は機械系１６を駆動するサーボモータ、７はサーボモータ６の回転位置を検出するエンコーダ、８はエンコーダ７の出力する位置検出信号１０を微分して速度を算出する微分手段である。なお、エンコーダ７及び微分手段８によりモータ速度の検出手段が構成される。９は位置指令生成部１から出力される位置指令、１０はエンコーダ７から出力される位置検出信号である位置フィードバック、１１は位置制御部２から出力される速度指令、１２は微分手段８から出力される速度検出信号である速度フィードバック、１３は速度指令１１と速度フィードバック１２との差分である速度偏差信号、１４は速度制御部３から出力される電流指令、１５はサーボモータ６に流れる電流を示す電流フィードバック信号、１６はサーボモータ６により駆動されるＣＮＣ工作機械等の機械系、１７は機械系１６からサーボモータ６に加わる反力や、摩擦による負荷トルク、１８は速度制御部３における速度比例制御部、１９は速度制御部３における速度積分制御部、２０は速度比例制御部１８の出力する比例項分指令、２１は速度積分制御部１９の出力する積分項分指令で、比例項分指令２０に加算されることにより電流指令１４となる。
【０００４】
また、２２は摩擦などの影響でサーボモータ６、あるいは機械の方向反転時に発生する指令位置に対する誤差を抑制し、円弧切削を行う場合の象限突起の発生等を防止する補正信号生成部であり、２３は補正信号生成部２２の出力する電流指令補正信号（補正値）である。
【０００５】
従来装置では、摩擦量に相当する補正値２３をサーボモータ６の方向反転時に加えており、その補正量は予めパラメータとして設定されているものを使用したり、メモリに記憶された送り速度や加速度の条件毎の最適値を使用している。また、場合によっては、補正量を時間の関数で加えたり、移動量や送り速度の関数で加えたりしていた。
【０００６】
ところがこのような従来のサーボ制御装置では、上記補正量として機械調整時に予め所定の条件における最適値を決定する必要があるが、この方向反転時の誤差要因である摩擦量などは経年変化や、機械位置などの条件の違いによる変化が大きく、最適な補正量を決定することが難しかった。また、仮に補正量を決定しても時間が経つにつれ最適な効果が得にくいなどの問題があった。
【０００７】
更にまた、ボールネジのねじりやシール材（油等がサーボモータ側に浸入しないよう、サーボモータ等の軸周囲に摺動自在に設けられるもので、外周部が基体部に固定される）などの弾性変化が大きい機械系においては、方向反転時に発生する追従遅れによる誤差（象限突起）については補正できても、その後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することはできなかった。図１０はボールネジにねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系における補正前の方向反転時の挙動をシミュレーションしたものであり、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示している。このような機械系において、図９に示す従来の補正を行なった結果が図１１である。なお、図１１において、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示している。
【０００８】
従来補正においては、方向反転から距離に応じて徐々に補正量を増やしていく等の方向反転時に摩擦量に対応した補正値を加えているが、機械系のねじりなどの弾性をもった系に適用した場合には、図１１に示すように、瞬間的にはその補正値が過補正になる場合があり、そのような場合であってもその補正値を変更する手段がないため食い込みが発生している。
【０００９】
また他の従来のサーボ制御装置として、図１２に示すものがあった。この図１２に示すものは、特開平１−２７６３１５号公報に開示されている発明で、図中、Ｘｃは位置指令、１０１は位置指令Ｘｃと位置検出器１０６の出力信号Ｘとを比較して減算を行い、その偏差Ｅを出力する減算器、１０２は偏差Ｅを増幅して速度指令Ｖを出力する増幅器、１０３は入力する速度指令Ｖに応じてサーボモータ１０４への駆動出力を制御する速度制御器、１０５はサーボモータ１０４の駆動によって、例えば加工用工具の移動あるいは被加工物を載置する加工テーブルの移動等が行われる加工機械、１０６は加工機械１０５における上記移動体の位置を検出する位置検出器、１０７は理想位置演算器である。なお、この理想位置演算器１０７は、位置指令Ｘｃと理想位置Ｘｉとの偏差Ｅｉを出力する減算器１０８、偏差Ｅｉを増幅して速度信号Ｖｉを出力する増幅器１０９、及び速度信号Ｖｉ（速度指令）を時間積分して、理想位置に対応する理想位置信号Ｘｉを出力する積分器１１０から構成されている。
【００１０】
また、１１１は偏差Ｅｉと偏差Ｅとの偏差を出力する減算器、１１２は減算器１１１が出力する偏差に補正ゲインを乗じる増幅器、１１３は速度指令Ｖに補正ゲインを乗じた偏差を加える加算器である。
【００１１】
そしてこのサーボ制御装置は、位置検出器１０６が検出した位置が理想位置より進んでいるときは、速度指令Ｖを減じるように、また逆に遅れているときは、速度指令Ｖを増加させるように、理想位置と実位置との誤差にゲインを掛け増幅したものを速度指令Ｖに加算している。
【００１２】
ところが、この図１２に示すものは、方向反転時に限らず、常に理想位置と実位置との誤差を増幅して補正を加えているため、機械共振や振動を誘発しやすく不安定であり、安定性を重視したゲイン設定とすると方向反転時に発生する追従遅れによる誤差の抑制が十分にできないなどの問題点があった。
【００１３】
図１３は、図１１に示したボールネジにねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系に、特開平１−２７６３１５号公報に開示されている発明における補正を行った場合の挙動をシミュレーションしたものである。図１３中、（ａ）が真円精度を、（ｂ）が方向反転時における速度と電流波形を示したものであるが、機械振動を誘発しやすく、位置や速度・電流波形が振動的になっており、また、真円精度における象現突起も比較的大きく残ってしまっている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、摩擦量の経年変化の影響や加工条件の違いによる補正効果のバラツキを抑え、また、ボールネジのねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系においても、補正後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することが可能で、しかも補正によりサーボ系が不安定になるのを防止できるサーボ制御方法及びその装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこでこの発明に係るサーボ制御方法は、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加えるものである。
【００１６】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、上記ゲインを、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものとしたものである。
【００１７】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶するとともに、このオフセット値にて上記差分を減算し、この減算したものに上記ゲインを乗じるものである。
【００１８】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算された方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるものである。
【００１９】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるものである。
【００２０】
またこの発明に係るサーボ制御方法は、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いるものである。
【００２１】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルが演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分信号を出力する減算手段と、この減算手段より出力された誤差信号に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加える手段とを備える構成としたものである。
【００２２】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記ゲインを、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものとしたものである。
【００２３】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたオフセット値にて上記差分を減算する減算手段と、この減算手段にて減算されたものに、上記ゲインを乗じる構成としたものである。
【００２４】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算される方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段とを備える構成としたものである。
【００２５】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記モデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段を備える構成としたものである。
【００２６】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いる構成としたものである。
【００２７】
またこの発明に係るサーボ制御方法及びその装置は、上記理想的なサーボ系モデルとして、位置指令から位置フィードバックまでの位置ループ系の遅れ、及び被制御対象の機械的遅れを考慮したモデルとしたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、２４は位置指令生成部１から出力される位置指令９を入力する、位置ループ系の理想モデル、３３は位置ループ系の理想モデル２４の出力速度信号、２５は弾性変化が大きい機械系の遅れを考慮した理想モデル、４１は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分２７を出力する減算部、２８はゲインである。なおこのゲイン２８は、大きく設定すればするほど補正効果は望めるが、実際に補正効果を上げるためには機械系を含めた速度ループ制御系の応答性が必要であり、この応答性が悪いとサーボ系として不安定となるため、実際の機械に適用した場合にはその速度ループ制御系次第で決定される。また、４２は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７にゲイン２８を乗じ、速度指令補正信号（速度指令補正値）２９を出力する乗算部、４３は乗算部３６より出力される速度指令補正信号（速度指令補正値）２９を速度指令１１に加算する加算部である。なおその他図８に示す符号と同一符号のものは、図８に示すものと同様のものである。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、理想モデルの方向変化時を補正のタイミングとし、この方向変化時より電流指令が静摩擦を超える値となるまでの所定の時間（この所定時間は予めパラメータ設定しておく）のみ、あるいは方向反転後の理想モデルの移動量に機械系のばね定数などを掛けた値が静摩擦を超える値（この値も予めパラメータ設定しておく）以上となるまでの間のみ、乗算部４２にて、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７にゲイン２８を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部４３にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。
【００３０】
図２は弾性変化が大きい機械系に、本実施の形態の補正を実施した時の効果を示したシミュレーション結果であるが、その瞬間毎に発生する誤差に応じて補正量が決定されるため、図１１に示した従来補正時に発生していたような食い込みなども抑制され、また、特開平１−２７６３１５号公報に開示の数値制御装置の発明における補正を行った結果と比べても、機械振動を誘発せず安定で高精度な補正効果が得られていることが分かる。
【００３１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるサーボ制御装置のブロック図である。この実施の形態２は、実施の形態１において、方向反転後に理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７に乗算部４２にて乗じるゲインを、方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数（実際の演算を簡潔に行う場合傾き一定でもよいが、方向反転での局所的な補正を重視する場合、指数減衰などでの減衰も効果的である）で減衰するゲイン２８Ａに変更したものである。なお、その他の構成は実施の形態１のものと同様である。
【００３２】
この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、理想モデルの方向変化時を補正開始のタイミングとし、乗算部４２にて、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７に、ゲイン２８Ａ（方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数で減衰させるゲイン）を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部４３にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。
【００３３】
図４は、本実施の形態の補正を実施した時の効果を示したシミュレーション結果であるが、補正量のゲインによる重みを方向反転時に集中的に高くできるため、更に機械振動を誘発しにくく、補正効果を上げることが可能となる。
【００３４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、３０は理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転直後の差分２７を、オフセット値３１として記憶する記憶部である。なお、オフセット値３１は上記方向反転毎に上書き書き換えする。また、４４は方向反転後の理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の差分２７と、オフセット値３１との差分３２を出力する減算部である。なおその他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００３５】
この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、先ず理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転直後の差分２７を、オフセット値３１として記憶部３０に記憶する。そして理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との間の方向反転後の差分２７に対し、オフセット値３１を減算部３８にて減算し、得られた差分３２に、乗算部４２にてゲイン２８Ａ（方向反転時に最大値として時間の関数、あるいは理想モデル位置の関数で減衰させるゲイン）を乗じることにより速度指令補正値２９を生成し、この補正値２９を、加算部３７にて、位置制御による出力である速度指令１１に加算するように動作する。これにより、高速・高加速度運転時にモデル化誤差により発生する理想モデルと実際のモータ、あるいは、機械系の位置フィードバックとの誤差は除去し、目的である象限切替え時の誤差についてのみ補正を実施し、安定で、かつ、象限突起の抑制効果をより高くする調整が可能となる。
【００３６】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、２４は位置指令生成部１から出力される位置指令９を入力する、位置ループ系の理想モデル、３３は位置ループ系の理想モデル２４の出力速度信号、２５は弾性変化が大きい機械系の遅れを考慮した理想モデル、３５は位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として位置フィードバック値（これは本来実際の位置フィードバック１０を用いるのが望ましいが、位置フィードバック分解能が粗い場合などには補正量が振動的になり機械の共振などを誘発する可能性があるため、そのような場合は、理想モデルの出力位置２６の累積位置を使用してもよい）より方向反転からの位置３６を計算する演算器、３４は演算器３５によって計算された値に掛けることにより電流指令補正値２３とする、機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数である。
なおその他図９に示す符号と同一符号のものは、図９に示すものと同様のものである。
【００３７】
この発明の実施の形態４に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として演算器３５により位置フィードバック１０（または理想モデルの出力位置２６の累積位置）より方向反転からの位置３６を計算し、この値に機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数３４を掛けたものを電流指令補正値２３として、その補正値が静摩擦量を超えるまで、あるいは補正量を加えたトータルの電流指令が静摩擦量を超えるまで、速度比例項分指令２０や速度積分項分指令２１に加算する。
【００３８】
これにより、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となる。
【００３９】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５によるサーボ制御装置のブロック図である。図中、３７はモデル位置ループより作られるモデル速度信号３３により方向反転が検出された場合、速度フィードバック値（これは本来実際の速度フィードバック１２を用いるのが望ましいが、速度フィードバック分解能が粗い場合などには補正量が振動的になり機械の共振などを誘発する可能性があるため、そのような場合は、理想モデルの出力速度信号３３を使用してもよい）に、掛けることにより電流指令補正値３８とする、機械系のボールネジやオイルシールなどの回転部に生じる粘性摩擦項を補償する粘性定数、３９は実施の形態４で説明した電流指令補正値２３と上記電流指令補正値３８とを加算して電流指令補正値４０を出力する加算部である。なおその他の構成は、実施の形態４と同様である。
【００４０】
この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置は以上のように構成されており、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度信号３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として演算器３５により位置フィードバック１０（または理想モデルの出力位置２６の累積位置）より方向反転からの位置３６を計算し、この値に機械系のボールネジやオイルシールなどの弾性変形によって生じるねじりを補償するばね定数３４を掛けて電流指令補正値２３を生成する。
【００４１】
また、位置ループ系の理想モデル２４より作られるモデル速度３３により方向反転を検出し、方向反転が検出された場合、方向反転時の位置を０として速度フィードバック１２（または理想モデルの出力速度３３）に、機械系のボールネジやオイルシールなどの回転部に生じる粘性摩擦項を補償する粘性定数３７を掛けることにより電流指令補正値３８を生成する。そして、加算器３９にて上記電流指令補正値２３と電流指令補正値３８とを加算することにより電流指令補正値４０として、その補正値が静摩擦量を超えるまで、あるいは補正量を加えたトータルの電流指令が静摩擦量を超えるまで、速度比例項分指令２０や速度積分項分指令２１に加算する。
【００４２】
これにより、低速での方向反転に効果がある実施の形態４のばね定数による補正に加え、高速時に支配的になる粘性項による補正を備えるため、実施の形態４より更に速度変化に対して安定して高精度の補正が可能となる。
【００４３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６によるサーボ制御装置のブロック図である。この実施の形態６は、実施の形態５において、ばね定数を補償する項であるばね定数３４と粘性項を補償する粘性定数３７を、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分（誤差）２７に比例するゲインとしたものである。なお、その他の構成は実施の形態５のものと同様である。
【００４４】
これにより、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となるだけでなく、その補正量を決定するばね定数や粘性定数は理想位置との誤差により可変となるため、ばね定数や粘性定数の経年変化や、機械の条件変化にも対応できるシステムを構築できる。
【００４５】
なお、この実施の形態６において、ばね定数を補償する項であるばね定数３４と粘性項を補償する粘性定数３７の何れか一方のみを、理想モデルの位置２６と実際の位置フィードバック１０との差分２７に比例するゲインとすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加えるので、摩擦量の経年変化の影響や加工条件の違いによる補正効果のバラツキを抑えることができ、またボールネジのねじりやシール材などの弾性変化が大きい機械系においても、補正後のねじり戻しなどによる食い込みを抑制することが可能となる。しかもサーボ系が不安定になることを防ぐことができ、安定した補正が可能となる。
【００４７】
またこの発明によれば、上記ゲインとして、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものを用いるので、サーボ系が不安定になるのを更に抑制することができ、更に高精度な補正が可能となる。
【００４８】
またこの発明によれば、理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶するとともに、このオフセット値にて上記差分を減算し、この減算したものに上記ゲインを乗じるので、高速・高加速度運転時にモデル化誤差により発生する理想モデルと実際のモータ、あるいは機械系の位置フィードバックとの誤差を除去でき、目的である象限切替え時の誤差についてのみ補正を実施し、安定で、かつ象限突起の抑制効果をより高くする調整が可能となる。これは、特開平１−２７６３１５公報に開示の補正を行った場合の挙動をシミュレーションした結果と同様に、目的以外の誤差に対して高いゲイン（増幅値）で補正することは、機械の振動や共振を誘発しやすく、結果として低いゲインでの補正しか行えないことに対して有効となる。
【００４９】
またこの発明によれば、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記位置フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるので、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となる。
【００５０】
またこの発明によれば、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えるので、高速時に支配的になる粘性項による補正を備えるため、上記のばね系要素の補正から更に速度変化に対して安定して高精度の補正が可能となる。
【００５１】
またこの発明によれば、上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いるので、ボールネジのねじりなどのばね系要素が大きい機械における負荷トルクを打ち消す形で、方向反転からの累積位置に比例した補正を行い、弾性変形などのばね要素をもつ機械系に対しても過補正による食い込みなどを生じさせにくく、速度変化や摩擦負荷などの変化に対しても安定した補正が可能となるだけでなく、その補正量を決定するばね定数や粘性定数は理想位置との誤差により可変となるため、ばね定数や粘性定数の経年変化や、機械の条件変化にも対応できるシステムを構築できる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態３に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態４に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図７】 この発明の実施の形態５に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態６に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図９】 従来のサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１０】 弾性変化の大きい機械系における補正を用いない場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】 従来のサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】 他の従来のサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１３】 他の従来のサーボ制御装置を、弾性変化の大きい機械系に適用した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 位置指令生成部
９ 位置指令
１０ 実際の位置フィードバック
１１ 速度指令
２３ 電流指令補正値
２４ 位置ループ系の理想モデル
２５ 機械系の遅れを考慮した理想モデル
２６ 理想モデルの位置
２７ 差分
２８ ゲイン
２９ 速度指令補正信号
３０ 記憶部
３１ オフセット値
３３ 出力速度信号
３４ ばね定数
３５ 演算器
３６，４２ 乗算部
３７ 粘性定数
３８ 電流指令補正値
４０ 電流指令補正値
４１，４４ 減算部
３９，４３ 加算部
Claims (14)
- 位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加えることを特徴とするサーボ制御方法。
- 上記ゲインは、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものであることを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御方法。
- 理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶するとともに、このオフセット値にて上記差分を減算し、この減算したものに上記ゲインを乗じることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボ制御方法。
- 位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成するとともに、この速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成し、この電流指令に基づいてサーボモータを制御するサーボ制御方法において、理想的なサーボ系モデルに基づいて理想的な位置を演算し、この演算した理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算された方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えることを特徴とするサーボ制御方法。
- 理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加えることを特徴とする請求項４に記載のサーボ制御方法。
- 上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いることを特徴とする請求項４または５に記載のサーボ制御方法。
- 上記理想的なサーボ系モデルは、位置指令から位置フィードバックまでの位置ループ系の遅れ、及び被制御対象の機械的遅れを考慮したモデルであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のサーボ制御方法。
- サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルが演算した理想位置と実際の位置フィードバックとの差分信号を出力する減算手段と、この減算手段より出力された差分信号に、理想位置の方向反転時から所定の間のみ、所定のゲインを乗じ、これを上記速度指令に補正量として加える手段とを備えてなるサーボ制御装置。
- 上記ゲインは、理想位置の方向反転時に最大値として、所定の時間で減衰するものであることを特徴とする請求項８に記載のサーボ制御装置。
- 理想位置の方向反転時における理想位置と実際の位置フィードバックとの差分をオフセット値として記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されたオフセット値にて上記差分を減算する減算手段と、この減算手段にて減算されたものに、上記ゲインを乗じることを特徴とする請求項８または９に記載のサーボ制御装置。
- サーボモータの位置及び速度を検出する手段と、位置指令と実際の位置フィードバックとの差分に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と実際の速度フィードバックとの差分に基づいて電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づいてサーボモータに流す電流を制御する電流制御部とを備え、上記サーボモータを制御するサーボ制御装置において、理想的なサーボ系モデルと、このモデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、方向反転時の位置を零として、上記位置フィードバック値あるいは理想的なサーボ系モデルの累積位置から計算された方向反転からの位置に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段とを備えてなるサーボ制御装置。
- 上記モデルの理想位置の方向反転時から所定の間のみ、上記速度フィードバックあるいは理想的なサーボ系モデルの速度に所定のゲインを乗じ、これを上記電流指令に補正量として加える手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のサーボ制御装置。
- 上記ゲインに、理想位置と実際のフィードバック位置との差分に比例した係数を用いることを特徴とする請求項１１または１２に記載のサーボ装置。
- 上記理想的なサーボ系モデルは、位置指令から位置フィードバックまでの位置ループ系の遅れ、及び被制御対象の機械的遅れを考慮したモデルであることを特徴とする請求項８〜１３の何れかに記載のサーボ制御装置。
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