JP3923047B2 - 同期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置（ＮＣ装置）で制御される工作機器、産業用機械、ロボット等の駆動源として使用されるサーボモータの駆動制御に関する。

工作機械において、一つの対象物を複数台のモータで駆動する同期制御を行う場合がある。
例えば、クランク研削盤のＣ軸のように、大型のワークを１つのサーボモータで駆動するとき、加工外乱によってワークにねじれが生じる場合がある。このようなワークのねじれは、加工精度に影響を与えることになる。このワークのねじれに対して、ワークに２つのサーボモータを配置し、両サーボモータの同期が保たれるように同期制御して、ワークのねじれを低減させている。

この同期制御では、ワークに連結される２軸にそれぞれサーボモータを設け、各サーボモータをそれぞれのサーボ回路により制御している。各サーボ回路は、位置制御部、速度制御部、電流制御部を備え、数値制御装置側から同じ位置指令が与えられる。２つのサーボモータは、同期ずれを補正するために、各位置のフィードバック値を用いて補正量を求め、この補正量を一方のサーボ回路の位置指令に加える補正を行っている。このような従来技術として、例えば特許文献１がある。

特開平１１−３０５８３９号（段落番号０００２〜０００５）

一つの対象物を複数台のモータで駆動する同期制御では、各モータが上位制御装置から同じ位置指令を受けて動作し、各モータはそれぞれの位置検出器からの位置フィードバック値が位置指令と一致するように位置制御を行っている。
この同期制御において、各モータが位置指令の位置に移動したとしても、検出器の精度が不十分であったり、機械の熱膨張の影響を受けると実位置が正しい位置に到達しない場合がある。例えば、熱膨張により位置基準となるスケール自体も変位する場合があるため、基準位置自体が不明確となる。

このような場合に、モータ間の剛性が高いと、モータ同士が引っ張り合う現象が生じ、モータ間にストレスが生じ、モータやアンプの発熱や加工精度の低下といった問題となる。
そこで、本発明は上記した従来の課題を解決して、一つの対象物を複数台のモータで駆動し同期制御する際、モータ間に発生するストレスを低減するために、各モータからの位置フィードバック値と位置指令とが一致するように位置制御することに代えて、モータ間に働く力を求め、このモータ間に働く力が減少するように制御することを目的とする。

このために、本発明の同期制御装置は、２つのサーボモータでそれぞれの送り軸を駆動して一つの対象物を同期して駆動する同期制御装置であって、上位制御装置あるいは上位制御部から所定サンプリング周期で送られる位置指令とそれぞれのサーボモータの位置を検出する位置検出器からの位置フィードバックとの位置偏差に基づいて所定周期毎に速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とそれぞれのサーボモータの速度を検出する速度検出器からの速度フィードバックに基づいて所定周期毎にトルク指令を出力する速度制御部とを有し、それぞれのサーボモータを駆動制御するサーボ回路部を各サーボモータ毎に有すると共に、
２つのサーボモータに働く力に基づいて前記位置偏差のオフセット量を計算する位置偏差オフセット計算処理部、あるいは２つのサーボモータに働く力に基づいて位置指令のオフセット量を計算する位置指令オフセット計算処理部を備える。
位置偏差オフセット計算処理部あるいは位置指令オフセット計算処理部は、前記２つのサーボモータに働く力を２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分、または２つのサーボモータに流れる実電流のトルク成分の差分が一定値を超えた場合に、前記差分より前記位置制御部の周波数帯域より低い周波数成分を取り出し、該取り出した低い周波数成分に変換係数を乗ずることにより位置偏差オフセット量あるいは位置指令オフセット量を計算して出力する調整手段を備え、前記位置制御部は、出力された前記位置偏差オフセット量あるいは前記位置指令オフセット量をそれぞれ前記位置偏差あるいは前記位置指令に加算することによって、同じ制御対象を駆動する２つのサーボモータを同期制御し、オフセット量に基づいて２つのサーボモータ間に働く力を減少させる。

本発明では、力の差が小さい場合には発熱等の問題が少なく位置偏差、位置指令の補正が不要であり、また、偏差補正によって一方の側に位置偏差が生じるという副作用が発生する場合がある。そこで、モータ間に働く力の差が小さい場合には位置偏差、位置指令の補正を行わず、モータ間に働く力の差が所定値を超えた場合に位置偏差、位置指令の補正を行うようにしている。

また、位置偏差又は位置指令のオフセット計算処理部は、位置偏差又は位置指令オフセット量を位置制御部の周波数帯域より低い周波数で変化させる調整手段を備えるものであり、この調整手段により、位置制御を安定化させることができる。
この同期制御装置によれば、送り軸に適用した場合、２つのモータが引っ張り合う現象が改善され、両者の電流指令が小さくなり、位置偏差も小さくなる。また、円弧補間時において、モータ間の干渉が緩和され、補間精度が向上する。
モータ間に働く力が小さい場合には補正を行わず、所定値を超えた場合に補正を行う場合には、偏差補正によってスレーブ側に位置偏差が生じるという副作用を防ぐことができる。

本発明の同期制御装置によれば、一つの対象物を複数台のモータで駆動し同期制御する際、モータ間に発生するストレスを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
複数のサーボモータの制御は、例えば、数値制御装置等の上位制御装置や上位制御部、共有ＲＡＭ、デジタルサーボ回路、電力増幅器、及び複数のモータから構成され、これらのモータは対象物（ワーク）に連結され、一つの駆動系を構成する。

デジタルサーボ回路のプロセッサは、上位制御装置や上位制御部から指令された位置指令を共有ＲＡＭを介して読みとり、位置ループ処理、速度ループ処理、及び電流ループ処理を行う。位置指令から位置フィードバック値を減じて位置偏差を求め、この位置偏差にポジションゲインを乗じて位置ループ制御を行って速度指令を求め、この速度指令から速度フィードバック値を減じて速度偏差を求め、比例，積分制御等の速度ループ処理を行ってトルク指令（電流指令）を求める。さらにこのトルク指令から電流フィードバック値を減じて電流ループ処理を行い、各相の電圧指令を求めてＰＷＭ制御等を行ってサーボモータの駆動制御を行う。

図１は本発明の同期制御装置の概略を説明するための概略ブロック図である。図１において、サーボモータ５Ａ，５Ｂは対象物６を共有して結合され、同期制御装置１と共に駆動系を構成する。同期制御装置１は、サーボモータ５Ａを制御するサーボ回路部Ａ（位置制御部２Ａ，速度制御部３Ａ，電流制御部４Ａ）と、サーボモータ５Ｂを制御するサーボ回路部Ｂ（位置制御部２Ｂ，速度制御部３Ｂ，電流制御部４Ｂ）と、サーボモータ５Ａ，５Ｂ間に働く力に基づいて同期制御を行う同期補正処理部１０を備える。同期補正処理部１０は、位置制御部２Ａ，２Ｂの位置偏差あるいは位置指令を補正する。なお、同期補正処理部１０は、位置制御部２Ａ，２Ｂのいずれか一方を補正することも、あるいは両方を補正することもできる。

サーボ回路部Ａは、通常のサーボ回路と同様に、位置制御部２Ａ，速度制御部３Ａ，電流制御部４Ａを備え、位置制御部２Ａは上位制御装置あるいは上位制御部から位置指令を受け取って速度指令を速度制御部３Ａに送り、速度制御部３Ａは速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御部４Ａに送り、電流制御部４Ａはトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器（図示していない）に送る。電力増幅器は電圧指令に基づいてサーボモータ５Ａを駆動する。

また、サーボ回路部Ｂは、通常のサーボ回路と同様に、位置制御部２Ｂ，速度制御部３Ｂ，電流制御部４Ｂを備え、位置制御部２Ｂは上位制御装置あるいは上位制御部から位置指令を受け取って速度指令を速度制御部３Ｂに送り、速度制御部３Ｂは速度指令を受け取ってトルク指令（電流指令）を電流制御部４Ｂに送り、電流制御部４Ｂはトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器（図示していない）に送る。電力増幅器は電圧指令に基づいてサーボモータ５Ｂを駆動する。

同期補正処理部１０は、サーボモータ５Ａとサーボモータ５Ｂとの間に働く力をサーボ回路部Ａとサーボ回路部Ｂから求め、このモータ間に働く力に変換係数を乗じて得た値を、位置制御部２Ａ及び／又は位置制御部２Ｂに入力する。同期補正処理部１０は、サーボモータ５Ａ，５Ｂ間に働くストレスを緩和し、両モータの同期を合わせる働きをする。

同期補正処理部１０は、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分、又は２つのサーボモータに流れる実電流の差分からモータ間に働く力を求めることができ、また、モータ間に働く力から求めた位置偏差オフセットによる位置偏差補正、又はモータ間に働く力から求めた位置指令オフセットによる位置指令補正を行うことができる。

まず、本発明の前提となる例（以下参考例という）について説明する。
第１の参考例は、トルク指令の差分から得た位置偏差オフセット量により位置偏差を補正する例である。図２は、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分からモータ間に働く力を求める形態の参考例を示す図である。

サーボ回路部Ａは、通常のサーボ回路と同様に、位置制御部２Ａ，速度制御部３Ａ，電流制御部４Ａを備える。位置制御部２Ａは上位制御装置あるいは上位制御部から位置指令を受け取り、位置指令から位置フィードバックを減算して位置偏差を求め、ポジションゲインを乗じて得た速度指令を速度制御部３Ａに送る。

速度制御部３Ａは速度指令を受け取り、速度指令から速度フィードバックを減じて得たトルク指令（電流指令）を電流制御部４Ａに送る。電流制御部４Ａはトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器（図示していない）に送り、電力増幅器は電圧指令に基づいてサーボモータ５Ａを駆動する。

サーボモータ５Ａは、図示しないエンコーダ等により速度を検出し、速度制御部３Ａに速度フィードバックする。なお、位置フィードバックは、速度フィードバックを積分して求めることも、あるいは、サーボモータ５Ａに設けたエンコーダにより位置を検出して得ることもできる。

また、サーボ回路部Ｂは、通常のサーボ回路と同様に、位置制御部２Ｂ，速度制御部３Ｂ，電流制御部４Ｂを備える。位置制御部２Ｂは上位制御装置あるいは上位制御部から位置指令を受け取り、位置指令から位置フィードバックを減算して位置偏差を求め、ポジションゲインを乗じて得た速度指令を速度制御部３Ｂに送る。

速度制御部３Ｂは速度指令を受け取り、速度指令から速度フィードバックを減じて得たトルク指令（電流指令）を電流制御部４Ｂに送る。電流制御部４Ｂはトルク指令を受け取って電圧指令を電力増幅器（図示していない）に送り、電力増幅器は電圧指令に基づいてサーボモータ５Ｂを駆動する。

サーボモータ５Ｂは、図示しないエンコーダ等により速度を検出し、速度制御部３Ｂに速度フィードバックする。なお、位置フィードバックは、速度フィードバックを積分して求めることも、あるいは、サーボモータ５Ｂに設けたエンコーダにより位置を検出して得ることもできる。

同期補正処理部１０は、フィルタ１０ａと位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂと、位置偏差オフセット量を制限するリミット手段１０ｃを備え、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分からモータ間に働く力を求め、位置偏差オフセット量を求め、サーボ回路部Ｂの位置偏差に加えて位置偏差を補正する。同期補正処理部１０には、速度制御部３Ａからのトルク指令と、速度制御部３Ｂからのトルク指令との差分を入力する。

フィルタ１０ａは、位置制御部２Ａの周波数帯域よりも低い周波数で補正を行うために、入力したトルク指令の差分の低周波数成分を抽出する。フィルタ１０ａは、例えばローパスフィルタで構成することができる。

位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂは、トルク指令の偏差（差分）に第１の変換係数Ｋ１を乗じることにより位置偏差オフセット量を求める。第１の変換係数Ｋ１は、トルク指令の偏差（差分）を位置の偏差補正に変換する係数である。

位置偏差オフセット量を制限するリミット手段１０ｃは、位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂで求めた位置偏差オフセット量が大きくなりすぎないように制限を加える。リミット値は、予め設定しておく。

同期補正処理部１０で得られた位置偏差オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置偏差に加えられる。なお、位置偏差オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置偏差に限らず、サーボ回路部Ａの位置制御部２Ａの位置偏差に加えるようにしてもよい。

サーボモータ５Ａとサーボモータ５Ｂとの間に生じる物理的な干渉は、同期補正処理部１０による位置偏差の補正により減少される。
図３に示すフローチャートは、同期補正処理部が行う位置偏差オフセットの計算処理を示しており、図２に示すトルク指令の差分から位置偏差オフセットを求める例について示している。

同期補正処理部において、補正機能が有効である場合には（ステップＳ１）、モータ回路Ａのトルク指令（ＴＣＭＤ１）とモータ回路Ｂのトルク指令（ＴＣＭＤ２）を取り込み、その偏差ΔＴ（＝ＴＣＭＤ１−ＴＣＭＤ２）を計算する（ステップＳ２）。

フィルタ１０ａは、フィルタ処理によって求めた偏差ΔＴから低周波成分Ｆout（＝ＦＩＬＴＥＲ（ΔＴ））を抽出する。なお、ＦＩＬＴＥＲ（ΔＴ）はフィルタ処理を表しており、所望のフィルタ特性を設定することができる（ステップＳ３）。
位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂは、フィルタ処理したトルク指令の偏差出力Ｆoutに第１の変換係数Ｋ１を乗じて、位置偏差オフセット量Ｅoffsetを計算する。

トルク指令の差分に第１の変換係数Ｋ１を乗ずることにより、２つのサーボモータに働く力に基づいた位置偏差オフセットが得られる（ステップＳ４）。求めた位置偏差オフセット量Ｅoffsetが制限値を越えないようにリミットをかける。リミット値は、モータの駆動系に応じて設定することができる（ステップＳ５）。

求めた位置偏差オフセット量を位置制御部の位置偏差に加算し、位置偏差Ｅｒ（＝Ｅｒ＋Ｅoffset）を求める。この位置偏差オフセットを位置偏差に加算することにより、サーボモータ間に働く力に基づいて位置制御を行うことができる（ステップＳ６）。
位置制御部２Ｂは、補正された位置偏差ＥｒにポジションゲインＫｐを乗じて速度指令ＶＣＭＤ（＝Ｋｐ×Ｅｒ）を計算し、速度制御部３Ｂに送る（ステップＳ７）。

第２の参考例は、実電流の差分から得た位置偏差オフセット量により位置偏差を補正する例である。図４は、位置偏差を補正する態様において、２つのサーボモータに流れる実電流の差分からモータ間に働く力を求める参考例の構成例を示す図である。
サーボ回路部Ａ及びサーボ回路部Ｂの構成は、図２と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。

同期補正処理部１０は、フィルタ１０ａと位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂと、位置偏差オフセット量を制限するリミット手段１０ｃを備え、２つのサーボモータに流れる実電流の差分からモータ間に働く力を求め、位置偏差オフセット量を求め、サーボ回路部Ｂの位置偏差に加えて位置偏差を補正する。同期補正処理部１０には、電流制御部４Ａからの実電流と、電流制御部４Ｂからの実電流との差分を入力する。

フィルタ１０ａは、位置制御部２Ａの周波数帯域よりも低い周波数で補正を行うために、入力したトルク指令の差分の低周波数成分を抽出する。フィルタ１０ａは、例えばローパスフィルタで構成することができる。

位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂは、実電流の偏差（差分）に第２の変換係数Ｋ２を乗じることにより位置偏差オフセット量を求める。第２の変換係数Ｋ２は、実電流の偏差（差分）を位置の偏差補正に変換する係数である。

位置偏差オフセット量を制限するリミット手段１０ｃは、位置偏差オフセット量を計算する手段１０ｂで求めた位置偏差オフセット量が大きくなりすぎないように制限を加える。リミット値は予め設定しておく。

同期補正処理部１０で得られた位置偏差オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置偏差に加えられる。なお、位置偏差オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置偏差に限らず、サーボ回路部Ａの位置制御部２Ａの位置偏差に加えるようにしてもよい。

サーボモータ５Ａとサーボモータ５Ｂとの間に生じる物理的な干渉は、同期補正処理部１０による位置偏差の補正により減少される。
なお、図４に示す構成の同期補正処理部が行う位置偏差オフセットの計算処理は、図３のフローチャートにおいて、トルク指令を実電流とし、変換係数Ｋを第２の変換係数Ｋ２とすることにより、ほぼ同様に行うことができる。

また、図２〜図４で示した参考例では、同期補正処理部１０から出力される位置偏差オフセット量を、一方のサーボ回路の位置制御部の位置偏差に加えているが、両方のサーボ回路の位置制御部の位置偏差に加えるようにしてもよい。図５は、本発明が適用される、両方のサーボ回路の位置制御部の位置偏差に位置偏差オフセット量を加える構成例を示している。

なお、サーボ回路部Ａ及びサーボ回路部Ｂの位置制御部２Ａ，２Ｂの位置偏差に位置偏差オフセット量を加える構成以外は、図２に示した構成と同様であるので、ここでの説明は省略する。

次に、位置指令を補正する態様について説明する。
図６は本発明が適用されるトルク指令の差分から得た位置指令オフセット量により位置指令を補正する例である。位置指令を補正する態様において、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分からモータ間に働く力を求める形態の構成例を示す図である。
サーボ回路部Ａ、サーボ回路部Ｂ、及び同期補正処理部１０の構成は、図２と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。

同期補正処理部１０は、フィルタと位置指令オフセット量を計算する手段と、位置指令オフセット量を制限するリミット手段を備え、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分からモータ間に働く力を求め、位置指令オフセット量を求め、サーボ回路部Ｂの位置指令に加えて位置指令を補正する。同期補正処理部１０には、速度制御部３Ａからのトルク指令と、速度制御部３Ｂからのトルク指令との差分を入力する。

フィルタは、位置制御部２Ａの周波数帯域よりも低い周波数で補正を行うために、入力したトルク指令の差分の低周波数成分を抽出する。フィルタは、例えばローパスフィルタで構成することができる。

位置指令オフセット量を計算する手段は、トルク指令の偏差（差分）に第３の変換係数Ｋ３を乗じることにより位置指令オフセット量を求める。第３の変換係数Ｋ３は、トルク指令の偏差（差分）を指令の偏差補正に変換する係数である。

位置指令オフセット量を制限するリミット手段は、位置指令オフセット量を計算する手段で求めた位置指令オフセット量が大きくなりすぎないように制限を加える。リミット値は、予め設定しておく。

同期補正処理部１０で得られた位置指令オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置指令に加えられる。なお、位置指令オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置指令に限らず、サーボ回路部Ａの位置制御部２Ａの位置指令に加えるようにしてもよい。
サーボモータ５Ａとサーボモータ５Ｂとの間に生じる物理的な干渉は、同期補正処理部１０による位置指令の補正により減少される。

図７に示すフローチャートは、同期補正処理部が行う位置指令オフセットの計算処理を示しており、図６に示すトルク指令の差分から位置指令オフセットを求める例について示している。

同期補正処理部において、補正機能が有効である場合には（ステップＳ１１）、モータ回路Ａのトルク指令（ＴＣＭＤ１）とモータ回路Ｂのトルク指令（ＴＣＭＤ２）を取り込み、その偏差ΔＴ（＝ＴＣＭＤ１−ＴＣＭＤ２）を計算する（ステップＳ１２）。

フィルタは、フィルタ処理によって求めた偏差ΔＴから低周波成分Ｆout（＝ＦＩＬＴＥＲ（ΔＴ））を抽出する。なお、ＦＩＬＴＥＲ（ΔＴ）はフィルタ処理を表しており、所望のフィルタ特性を設定することができる（ステップＳ１３）。

位置指令オフセット量を計算する手段は、フィルタ処理したトルク指令の偏差出力Ｆoutに第３の変換係数Ｋ３を乗じて、位置指令オフセット量Ｐoffsetを計算する。

トルク指令の差分に第３の変換係数Ｋ３を乗ずることにより、２つのサーボモータに働く力に基づいた位置指令オフセットが得られる（ステップＳ１４）。求めた位置指令オフセット量Ｐoffsetが制限値を越えないようにリミットをかける。リミット値は、モータの駆動系に応じて設定することができる（ステップＳ１５）。

求めた位置指令オフセット量を位置制御部の位置指令に加算し、位置指令ＭＣＭＤ（＝ＭＣＭＤ＋Ｐoffset）を求める。この位置指令オフセットＰoffsetを位置指令ＭＣＭＤに加算することにより、サーボモータ間に働く力に基づいて位置制御を行うことができる（ステップＳ１６）。

位置制御部２Ｂは、補正された位置指令ＭＣＭＤから位置フィードバックを減算して得た位置偏差ＥｒにポジションゲインＫｐを乗じて速度指令ＶＣＭＤ（＝Ｋｐ×Ｅｒ）を計算し、速度制御部３Ｂに送る。

図８は本発明が適用される実電流の差分から得た位置指令オフセット量により位置指令を補正する例である。位置指令を補正する態様において、２つのサーボモータに流れる実電流の差分からモータ間に働く力を求める形態の構成例を示す図である。

サーボ回路部Ａ、サーボ回路部Ｂ、及び同期補正処理部１０の構成は、図２，４と同様とすることができるため、ここでの説明は省略する。
同期補正処理部１０は、フィルタと位置指令オフセット量を計算する手段と、位置指令オフセット量を制限するリミット手段を備え、２つのサーボモータに流れる実電流の差分からモータ間に働く力を求め、位置指令オフセット量を求め、サーボ回路部Ｂの位置指令に加えて位置指令を補正する。同期補正処理部１０には、電流制御部４Ａからの実電流と、電流制御部４Ｂからの実電流との差分を入力する。

フィルタは、位置制御部２Ａの周波数帯域よりも低い周波数で補正を行うために、入力した実電流の差分の低周波数成分を抽出する。フィルタは、例えばローパスフィルタで構成することができる。

位置指令オフセット量を計算する手段は、実電流の偏差（差分）に第４の変換係数Ｋ４を乗じることにより位置指令オフセット量を求める。第４の変換係数Ｋ４は、実電流の偏差（差分）を指令の偏差補正に変換する係数である。

位置指令オフセット量を制限するリミット手段は、位置指令オフセット量を計算する手段で求めた位置指令オフセット量が大きくなりすぎないように制限を加える。リミット値は、予め設定しておく。

同期補正処理部１０で得られた位置指令オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置指令に加えられる。なお、位置指令オフセット量は、サーボ回路部Ｂの位置制御部２Ｂの位置指令に限らず、サーボ回路部Ａの位置制御部２Ａの位置指令に加えるようにしてもよい。
サーボモータ５Ａとサーボモータ５Ｂとの間に生じる物理的な干渉は、同期補正処理部１０による位置指令の補正により減少される。

図９は、上述した参考例による同期制御と従来の同期制御とを比較する図である。従来の同期制御では、位置指令と位置検出器で検出した位置フィードバックとを一致させる制御を行う。この制御は各モータ毎に行うため、両モータの位置に位置検出器の誤差や熱膨張によってずれが生じた場合には、この位置ずれにより、一方のモータ１には引く方向に力が発生し、他方のモータ２には押す方向の力が発生する。この反対方向の力により、両モータにはストレスが加わることになる。

これに対して、参考例の同期制御では、各モータからの位置フィードバック値が位置指令と一致するように位置制御することに代えて、モータ間に働く力を求め、このモータ間に働く力が減少するように制御する。この制御によれば、両モータの位置に位置検出器の誤差や熱膨張によってずれが生じた場合にも、両モータに働く力を低減させるように制御するため、両モータに加わるストレスを低減させることができる。

図１０はモータ送り時における位置偏差と電流指令との関係を示している。図１０（ａ）は参考例の同期制御の適用前の状態を示し、図１０（ｂ）は参考例の同期制御の適用後の状態を示している。

図１０（ａ）によれば、２つのモータが引っ張りあうため、両モータの電流指令が大きくなる。一方、図１０（ｂ）によれば、２つのモータが引っ張りあう現象が改善され、両モータの電流指令が小さくなる。また、位置偏差も小さくなる。なお、図１０では、モータによる移動中の状態と停止中の状態を示している。

図１１は円弧補正時における位置偏差を示している。図１１（ａ）は参考例の同期制御の適用前の状態を示し、図１１（ｂ）は参考例の同期制御の適用後の状態を示している。
図１１（ａ）によれば、２つのモータが干渉しながら動くため、精度が低下する。一方、図１１（ｂ）によれば、２つのモータの干渉が緩和されるため、精度が向上される。

次に、上述した参考例をベースとし、モータ間に働く力が小さい場合には補正を行わず、所定値を超えた場合に補正を行う本発明の実施形態について、図１２〜図１５を用いて位置偏差を補正する形態について説明し、図１６，図１７を用いて位置指令を補正する形態について説明する。

なお、以下では、位置偏差を補正する形態において、トルク指令の差分から位置偏差オフセット量を計算する例について説明し、実電流の差分から位置偏差オフセット量を計算する例、トルク値−位置偏差オフセット量のテーブルを使用する例、２つのモータに補正をかける例等については同様であるため省略する。

また、位置指令を補正する形態においても、トルク指令の差分から位置指令オフセット量を計算する例について説明し、実電流の差分から位置指令オフセット量を計算する例、トルク値−位置指令オフセット量のテーブルを使用する例、２つのモータに補正をかける例等については同様であるため省略する。

はじめに、位置偏差を補正する形態について図１２を用いて説明する。図１２はトルク指令の差分から位置偏差オフセット量を計算する例であり、前記図２とほぼ同様の構成とすることができる。この形態は、図２に示す形態において、２つのサーボモータに働く力の差分が一定値を超えた場合に位置偏差のオフセット量を計算する位置偏差オフセット計算処理部１０ｅと、位置偏差オフセット計算処理部で計算された位置偏差オフセット量を位置偏差に加算する手段とを備える。

位置偏差オフセット計算処理部１０ｅは、２つのサーボモータに働く力の差分にベースを設け、この差分がベース以下である場合には「０」を出力し、差分がベースを超える場合には差分からベース分を差し引いた量又は差分量を出力する。

図１４、図１５は位置偏差オフセット計算処理部１０ｅの出力例であり、横軸に２つのサーボモータに働く力の差分（TCMD1−TCMD2）を示し、縦軸に出力ΔＴを示している。
図１４に示す出力例は、差分がベース以下である場合には「０」を出力し、差分がベース（Base）を超える場合には差分からベース分を差し引いた量（TCMD1−TCMD2−Base）を出力する。また、図１５に示す出力例は、差分がベース以下である場合には「０」を出力し、差分がベース（Base）を超える場合には差分量（TCMD1−TCMD2）を出力する。

同期補正処理部１０は、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分について、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅにより、２つのサーボモータに働く力の差分（TCMD1−TCMD2）がベース（Base）以下である場合には、サーボモータに働く力の差はないものとし、位置偏差オフセット量は算出せず、２つのサーボモータに働く力の差分（TCMD1−TCMD2）がベース（Base）を超えた場合に、サーボモータに働く力の差を出力して位置偏差オフセット量は算出する。

図１３に示すフローチャートは、同期補正処理部が行う位置偏差オフセットの計算処理を示しており、図１２に示すトルク指令の差分から位置偏差オフセットを求める例について示している。また、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅは図１４に示す出力特性を備えるものとする。

図１３に示すフローチャートは図３に示すフローチャートとほぼ同様であり、ステップＳ２２の差分の算出工程における算出出力の点で相違し、その他の工程は共通している。
そこで、ここではステップＳ２２の工程についてのみ説明する。ステップＳ２２の差分の算出工程において、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅの出力である偏差ΔＴは、図１４に示すように、モータ１のトルク指令TCMD1がモータ２のトルク指令TCMD2よりも大きい場合には（TCMD1−TCMD2−Base）と０の大きい方を出力し、モータ１のトルク指令TCMD1がモータ２のトルク指令TCMD2よりも小さい場合には（TCMD1−TCMD2＋Base）と０の小さい方を出力する。

ステップＳ２２の工程において偏差ΔＴを算出した後は、ステップＳ２３〜ステップＳ２７において、図３のフローチャートのステップＳ３〜ステップＳ７と同様の処理により速度指令を計算する。

次に、位置指令を補正する実施形態について図１６を用いて説明する。図１６はトルク指令の差分から位置指令オフセット量を計算する例であり、前記図６とほぼ同様の構成とすることができる。この形態は、図６に示す形態において、２つのサーボモータに働く力の差分が一定値を超えた場合に位置偏差のオフセット量を計算する位置偏差オフセット計算処理部１０ｅと、位置偏差オフセット計算処理部で計算された位置偏差オフセット量を位置偏差に加算する手段とを備える。

位置偏差オフセット計算処理部１０ｅは、前記したと同様に、２つのサーボモータに働く力の差分にベースを設け、この差分がベース以下である場合には「０」を出力し、差分がベースを超える場合には差分からベース分を差し引いた量又は差分量を出力する。
位置偏差オフセット計算処理部１０ｅの出力特性は、前記した図１４，１５と同様とすることができる。

同期補正処理部１０は、２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分について、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅにより、２つのサーボモータに働く力の差分（TCMD1−TCMD2）がベース（Base）以下である場合には、サーボモータに働く力の差はないものとし、位置偏差オフセット量は算出せず、２つのサーボモータに働く力の差分（TCMD1−TCMD2）がベース（Base）を超えた場合に、サーボモータに働く力の差を出力して位置偏差オフセット量は算出する。

図１７に示すフローチャートは、同期補正処理部が行う位置指令オフセットの計算処理を示しており、図１２に示すトルク指令の差分から位置指令オフセットを求める例について示している。また、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅは図１４又は図１５に示す出力特性を備えるものとする。

図１７に示すフローチャートは図３に示すフローチャートとほぼ同様であり、ステップＳ３２の差分の算出工程における算出出力の点で相違し、その他の工程は共通している。
そこで、ここではステップＳ３２の工程についてのみ説明する。ステップＳ３２のトルク指令の偏差の算出工程において、位置偏差オフセット計算処理部１０ｅの出力である偏差ΔＴは、図１４又は図１５に示すように、モータ１のトルク指令TCMD1がモータ２のトルク指令TCMD2よりも大きい場合には（TCMD1−TCMD2−Base）と０の大きい方を出力し、モータ１のトルク指令TCMD1がモータ２のトルク指令TCMD2よりも小さい場合には（TCMD1−TCMD2＋Base）と０の大きい方を出力する。

ステップＳ３２の工程において偏差ΔＴを算出した後は、ステップＳ３３〜ステップＳ３６において、図７のフローチャートのステップＳ１３〜ステップＳ１６と同様の処理により位置指令オフセット量を計算し位置指令に加算する。

上記したように、モータ間に働く力にベース分を設け、このベース分よりも力の差が大きくなった場合にのみ補正を行うことによりスレーブ側に発生する位置偏差を防ぐことができる。

本発明の同期制御装置の概略を説明するための概略ブロック図である。 トルク指令の差分から得られる位置偏差オフセットにより位置偏差を補正する本発明の前提となる参考例を示す図である。 同参考例の位置偏差を補正する態様のフローチャートである。 実電流の差分から得られる位置偏差オフセットにより位置偏差を補正する本発明の前提となる参考例を示す図である。 ２つのモータに対して位置偏差補正を行う構成例を示す図である。 トルク指令の差分から得られる位置指令オフセットにより位置指令を補正する構成例を示す図である。 位置指令を補正する本発明の前提となる参考例のフローチャートである。 実電流の差分から得られる位置指令オフセットにより位置指令を補正する構成例を示す図である。 本発明の前提となる参考例による同期制御と従来の同期制御とを比較する図である。 モータ送り時における位置偏差と電流指令との関係を示す図である。 円弧補正時における位置偏差を示す図である。 本発明のトルク指令の差分から得られる位置偏差オフセットにより位置偏差を補正する実施形態を示す図である。 本発明の同実施形態における位置偏差を補正する他の態様のフローチャートである。 同実施形態における位置偏差オフセット計算処理部の出力例である。 同実施形態における位置偏差オフセット計算処理部の他の出力例である。 本発明のトルク指令の差分から得られる位置指令オフセットにより位置指令を補正する別の実施形態を示す図である。 位置偏差を補正する別の実施形態のフローチャートである。

符号の説明

１ 同期制御装置
２Ａ，２Ｂ 位置制御部
３Ａ，３Ｂ 速度制御部
４Ａ，４Ｂ 電流制御部
５Ａ，５Ｂ サーボモータ
６ 対象物（ワーク）
Ａ，Ｂ サーボ回路部
１０ 同期補正処理部
１０ａ フィルタ
１０ｂ 位置偏差オフセット量を計算する手段
１０ｃ 位置偏差オフセット量を制限するリミット手段
１０ｅ 位置偏差オフセット計算処理部

Claims (2)

1. ２つのサーボモータでそれぞれの送り軸を駆動して一つの対象物を同期して駆動する同期制御装置であって、
   上位制御装置あるいは上位制御部から所定サンプリング周期で送られる位置指令とそれぞれのサーボモータの位置を検出する位置検出器からの位置フィードバックとの位置偏差に基づいて所定周期毎に速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とそれぞれのサーボモータの速度を検出する速度検出器からの速度フィードバックに基づいて所定周期毎にトルク指令を出力する速度制御部とを有し、それぞれのサーボモータを駆動制御するサーボ回路部を各サーボモータ毎に有すると共に、
   前記２つのサーボモータに働く力に基づいて前記位置偏差のオフセット量を計算する位置偏差オフセット計算処理部を備え、
   前記位置偏差オフセット計算処理部は、前記２つのサーボモータに働く力を２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分、または２つのサーボモータに流れる実電流のトルク成分の差分が一定値を超えた場合に、前記差分より前記位置制御部の周波数帯域より低い周波数成分を取り出し、該取り出した低い周波数成分に変換係数を乗ずることにより位置偏差オフセット量を計算して出力する調整手段を備え、
   前記位置制御部は、前記位置偏差オフセット計算処理部から出力された前記位置偏差オフセット量を前記位置偏差に加算することによって、前記２つのサーボモータを同期制御し、前記位置偏差オフセット量に基づいて２つのサーボモータ間に働く力を減少させることを特徴とする、サーボモータの同期制御装置。
2. ２つのサーボモータでそれぞれの送り軸を駆動して一つの対象物を同期して駆動する同期制御装置であって、
   上位制御装置あるいは上位制御部から所定サンプリング周期で送られる位置指令とそれぞれのサーボモータの位置を検出する位置検出器からの位置フィードバックとの位置偏差に基づいて所定周期毎に速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とそれぞれのサーボモータの速度を検出する速度検出器からの速度フィードバックに基づいて所定周期毎にトルク指令を出力する速度制御部とを有し、それぞれのサーボモータを駆動制御するサーボ回路部を各サーボモータ毎に有すると共に、
   前記２つのサーボモータに働く力に基づいて前記位置指令のオフセット量を計算する位置指令オフセット計算処理部を備え、
   前記位置指令オフセット計算処理部は、前記２つのサーボモータに働く力を２つのサーボモータに指令されるトルク指令の差分、または２つのサーボモータに流れる実電流のトルク成分の差分が一定値を超えた場合に、前記差分より前記位置制御部の周波数帯域より低い周波数成分を取り出し、該取り出した低い周波数成分に変換係数を乗ずることにより位置指令オフセット量を計算して出力する調整手段を備え、
   前記位置制御部は、前記位置指令オフセット計算処理部から出力された前記位置指令オフセット量を前記位置指令に加算することによって、前記２つのサーボモータを同期制御し、前記位置指令オフセット量に基づいて２つのサーボモータ間に働く力を減少させることを特徴とする、サーボモータの同期制御装置。

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