JP5956857B2

JP5956857B2 - 位置補正機能付き制御装置

Info

Publication number: JP5956857B2
Application number: JP2012152613A
Authority: JP
Inventors: 柴田　伸二; 伸二柴田
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: JP2014016719A

Description

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関する。

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においては、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１に基づいて、関数発生部２が制御対象である軸の移動情報（目標位置、速度等）を算出し、算出された位置指令を軸制御部３に送出する。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とモータ速度算出部３６とから構成され、モータ速度算出部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、位置検出値Ｐ２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、軸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。

特公平２−３０５２２号公報

従来の位置制御装置では、部品加工や機械組立て精度により、ウオーム８や円板状歯車９に形状上の中心線と回転の中心線とのずれ、いわゆる振れがある。ウオーム８や円板状歯車９の回転速度が位置ループの制御応答周波数より十分に低い場合は、前記の振れは、位置ループの中で補正され、振れに起因する誤差は発生しない。しかし、位置ループの制御応答は数Ｈｚと比較的低く、ウオーム８や円板状歯車９の回転速度が位置ループの制御応答周波数より高くなると、位置ループが振れに応答できなくなる。これにより、いわゆる動的な位置決め誤差が発生するという問題点があった。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、機械組立て精度を補正し、動的な高い位置決め精度を実現できるフルクローズドループの位置制御装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の位置制御装置は、モータの回転位置と駆動対象の位置の差をモータの回転位置に対応付けて記憶し、検出されたモータの回転位置に対して前記の差に基づき補正を行うことで、ウオームや円板状歯車等の回転体の振れに起因する誤差を排除する。

具体的には、本発明に係る位置制御装置は、モータの回転位置を検出する第１位置検出器と、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、第１位置検出器が出力する位置に基づきモータ速度を算出するモータ速度算出部とを備え、駆動対象の位置決めを行う位置制御装置である。さらに、当該位置制御装置は、第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と第２位置検出器の検出値（Ｐ２）との差（ΔＰ）を算出する位置差分算出部と、モータが一定速度の時に、位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）を補正値（ΔＰ(P1)）として第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と対応付けて記憶し、常に補正値（ΔＰ(P1)）を出力する補正値記憶部と、第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と補正値記憶部から出力された補正値（ΔＰ(P1)）の差を演算し、演算結果を前記モータ速度算出部に出力する位置情報補正部と、を含む。

補正値記憶部に記憶される、検出値（Ｐ１）に対応付けられた補正値（ΔＰ(P1)）は、モータの回転位置が検出値（Ｐ１）であるときの振れに起因する誤差を表す。補正値（ΔＰ(P1)）に基づき検出値（Ｐ１）を補正することにより、振れによる影響を抑制することができる。つまり、機械組立て精度によりウオームに振れがあっても、モータ検出器である第１位置検出器と、直接位置検出器である第２位置検出器の差から、この振れや、モータ検出器の誤差が自動的に測定でき、モータ検出器である第１位置検出器の値を補正して速度検出を行うため、動的な高い位置決め精度を実現できる。

本発明に係る他の位置制御装置は、上述の差すなわち補正値（ΔＰ(P1)）をモータ加速度に基づき更に修正してモータの回転位置に対して補正を行うものである。

具体的には、この位置制御装置は、モータの回転位置を検出する第１位置検出器と、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、第１位置検出器が出力する位置に基づきモータ速度を算出するモータ速度算出部とを備え、駆動対象の位置決めを行う。さらに、第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と第２位置検出器の検出値（Ｐ２）との差（ΔＰ）を算出する位置差分算出部と、モータが一定速度の時に、位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）を補正値（ΔＰ(P1)）として第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と対応付けて記憶し、常に補正値（ΔＰ(P1)）を出力する補正値記憶部と、モータ加速度を算出する加速度算出部と、補正値に、モータ加速度に応じた係数（ｋ）を乗算して、修正補正値（ｋΔＰ(P1)）を算出する係数乗算部と、第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と係数乗算部から出力された修正補正値（ｋΔＰ(P1)）の差を演算し、演算結果を前記モータ速度算出部に出力する位置情報補正部と、を含む。

モータ加速度に応じて補正値を修正することで、ウオーム等のたわみによる誤差も小さくすることができる。よって、機械組立て精度によりウオーム８に振れがあっても、モータ検出器である第１位置検出器と、直接位置検出器である第２位置検出器の差から、この振れや、モータ検出器の誤差が自動的に測定でき、モータ検出器である第１位置検出器の値を加減速トルクによる駆動系の撓み分を修正し補正して速度検出を行うため、動的な高い位置決め精度を実現できる。

加速度算出部は、モータ速度算出部の算出値に基づきモータの加速度を算出するものとできる。

また、位置制御装置は、モータ速度算出部の算出値に基づき、モータが一定速度である時に補正値記憶部に、位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）と第１位置検出器の検出値（Ｐ１）を記憶させる記憶指令部を有するものとできる。

本発明によれば、振れに起因する誤差、すなわち偏芯誤差を表す差（ΔＰ）に基づき、モータの回転位置を補正することにより、前記の誤差を小さくすることができる。また、モータ加速度に応じて前記の差（ΔＰ）を修正することにより、駆動系のたわみ分を補正でき、更に高精度な位置決めを可能とすることができる。

本発明の実施の形態に係るフルク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。本発明の実施の形態に係るフルク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。従来のフルク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。従来のフルク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。

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。

図１は、本実施形態のフルクローズドループの位置制御装置の軸制御部を示す構成ブロック図である。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、モータ速度算出部３６と、記憶指令部３７と、補正値記憶部３８と、第１〜第４の差分器２０〜２３とから構成されている。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。

差分器２３は、サーボモータ５側の位置検出器７の検出値Ｐ１から、直接位置検出器１１の検出値Ｐ２を減算する。よって、差分器２３は、二つの位置検出値Ｐ１，Ｐ２の差ΔＰを算出する位置差分算出部として機能する。記憶指令部３７は、モータ速度算出部３６が算出するモータ速度Ｖ１の変化分である加速度がない時、つまりモータが一定速度で回転している時に、書込み指令を補正値記憶部３８へ送る。記憶指令部３７により書込み指令がなされた時には、補正値記憶部３８は、そのときの位置検出器の検出値Ｐ１と差分器２３が出力する値ΔＰを取得し、これらを対応付けて記憶する。対応付けられた検出値Ｐ１と差ΔＰは、回転位置と、その回転位置における振れに起因する誤差を表す。補正値記憶部３８は、第１入力部３４から入力される回転位置（Ｐ１）に対応付けられた差ΔＰを、回転位置の検出値の補正値ΔＰ(P1)として常に差分器２２に出力する。差分器２２は、第１入力部３４からの検出値Ｐ１と補正値ΔＰ(P1)の差分を算出し、これをモータ速度算出部３６に送出する。したがって、差分器２２は、検出値Ｐ１つまり位置情報を、補正値ΔＰ(P1)に基づき補正する位置情報補正部として機能する。

図２は、本発明のフルクローズドループの位置制御装置の軸制御部の他の一例を示す構成ブロック図である。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、モータ速度算出部３６と、記憶指令部３７と、補正値記憶部３８と、第１〜第４の差分器２０〜２３とから構成されている。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。

差分器２３は、サーボモータ５側の位置検出器７の検出値Ｐ１から、直接位置検出器１１の検出値Ｐ２を減算する。よって、差分器２３は、二つの位置検出値Ｐ１，Ｐ２の差ΔＰを算出する位置差分算出部として機能する。記憶指令部３７は、モータ速度算出部３６が算出するモータ速度Ｖ１の変化分である加速度がない時、つまりモータが一定速度で回転している時に、書込み指令を補正値記憶部３８へ送る。記憶指令部３７により書込み指令がなされた時には、補正値記憶部３８は、そのときの位置検出器の検出値Ｐ１と差分器２３が出力する値ΔＰを取得し、これらを対応付けて記憶する。対応付けられた検出値Ｐ１と差ΔＰは、回転位置と、その回転位置における振れに起因する誤差を表す。補正値記憶部３８は、第１入力部３４から入力される回転位置（Ｐ１）に対応付けられた差ΔＰを、回転位置の検出値の補正値ΔＰ(P1)として常に後述の係数乗算部４０に出力する。

さらに、この軸制御部３には、加速度算出部３９が備えられ、この加速度算出部３９は、モータ速度算出部３６が算出するモータ速度を微分演算し、モータ加速度を算出する。係数乗算部４０は、補正値ΔＰ(P1)に、モータ加速度に応じた係数ｋを乗算して、修正補正値ｋΔＰ(P1)を差分器２２に出力する。通常、この係数は１から３程度であり、モータ加速度と駆動系の機械剛性の関係によって決まるが、実際に機械を動かし現合するのがよい。この係数を乗算する理由は、位置を補正するために発生するモータ加速トルクにより、ウオーム８等が撓むことにより、位置の補正分がモータ加速トルクに比例し減少するのを補うためである。差分器２２は、第１入力部３４からの検出値Ｐ１と修正補正値ｋΔＰ(P1)の差分を算出し、これをモータ速度算出部３６に送出する。したがって、差分器２２は、検出値Ｐ１つまり位置情報を、修正補正値ｋΔＰ(P1)に基づき補正する位置情報補正部として機能する。

１ＮＣプログラム、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軸、１１直接位置検出器、１２円テーブル、２０，２１差分器、２２差分器（位置情報補正部）、２３差分器（位置差分算出部）、３１位置ループ演算部、３２速度ループ演算部、３３出力部、３４第１入力部、３５第２入力部、３６モータ速度算出部、３７記憶指令部、３８補正値記憶部、３９加速度算出部、４０係数乗算部。

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位置検出器が出力する位置に基づきモータ速度を算出するモータ速度算出部とを備え、前記駆動対象の位置決めを行う位置制御装置であって、
前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と前記第２位置検出器の検出値（Ｐ２）との差（ΔＰ）を算出する位置差分算出部と、
モータが一定速度の時に、前記位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）を補正値（ΔＰ(P1)）として前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と対応付けて記憶し、常に前記補正値（ΔＰ(P1)）を出力する補正値記憶部と、
前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と前記補正値記憶部から出力された補正値（ΔＰ(P1)）の差を演算し、演算結果を前記モータ速度算出部に出力する位置情報補正部と、
を含む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。
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位置検出器が出力する位置に基づきモータ速度を算出するモータ速度算出部とを備え、前記駆動対象の位置決めを行う位置制御装置であって、
前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と前記第２位置検出器の検出値（Ｐ２）との差（ΔＰ）を算出する位置差分算出部と、
モータが一定速度の時に、前記位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）を補正値（ΔＰ(P1)）として前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と対応付けて記憶し、常に前記補正値（ΔＰ(P1)）を出力する補正値記憶部と、
モータ加速度を算出する加速度算出部と、
前記補正値（ΔＰ(P1)）に、前記モータ加速度に応じた係数（ｋ）を乗算して、修正補正値（ｋΔＰ(P1)）を算出する係数乗算部と、
前記第１位置検出器の検出値（Ｐ１）と前記係数乗算部から出力された修正補正値（ｋΔＰ(P1)）の差を演算し、演算結果を前記モータ速度算出部に出力する位置情報補正部と、
を含む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。
請求項２に記載の位置制御装置であって、前記加速度算出部は、前記モータ速度算出部の算出値に基づきモータの加速度を算出する、位置制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置制御装置であって、前記モータ速度算出部の算出値に基づき、モータが一定速度である時に前記補正値記憶部に、前記位置差分算出部が算出した差（ΔＰ）と第１位置検出器の検出値（Ｐ１）を記憶させる記憶指令部を有する、位置制御装置。