JP6407478B1 - Electronic cam pattern generation method and electronic cam pattern generation device - Google Patents
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Abstract
従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法であって、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第1のステップと、複数の区間の境界条件を設定する第2のステップと、複数の区間の少なくとも1つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の7次関数として生成する第3のステップと、を含む。An electronic cam pattern generation method in a synchronous control system for controlling a slave shaft in synchronization with a spindle position, wherein a first step for setting a plurality of sections according to the spindle position and a boundary condition for the plurality of sections are set. A second step and a third step of generating an electronic cam pattern indicating the position of the driven shaft as a seventh-order function of the spindle position based on the boundary condition in at least one of the plurality of sections.
Description
本発明は、同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置に関する。 The present invention relates to an electronic cam pattern generation method and an electronic cam pattern generation apparatus in a synchronous control system.
包装機をはじめとした産業機械には、ワークの搬送、加工などを行うための複数の軸を備え、各軸に対応するサーボモータが所望の動作パターンおよびタイミングで連携するように制御されることにより一連の加工プロセスを実行するものが数多くある。このように、複数のサーボモータを連携させて制御するシステムは同期制御システムとも呼ばれる。 Industrial machines such as packaging machines are equipped with multiple axes for carrying and processing workpieces, and servo motors corresponding to each axis are controlled so as to cooperate with each other in a desired operation pattern and timing. There are many that perform a series of machining processes. As described above, a system that controls a plurality of servo motors in cooperation with each other is also called a synchronous control system.
同期制御システムには、電子カム機能を備えているものがある。電子カム機能は、主軸周りに回転する機械的なカムを用いる代わりに、従軸のサーボモータを主軸位置に同期させて制御することにより、ワーク、工具などの対象物に所望の動作を行わせる機能である。電子カム機能を備えるサーボモータシステムでは、複数の軸に対応する複数のサーボモータを所望の動作パターンに従って精密に制御することにより、精密な加工が可能である。 Some synchronous control systems have an electronic cam function. In the electronic cam function, instead of using a mechanical cam that rotates around the main shaft, the slave servo motor is controlled in synchronization with the main shaft position, thereby causing the object such as a workpiece or tool to perform a desired operation. It is a function. In a servo motor system having an electronic cam function, precise machining is possible by precisely controlling a plurality of servo motors corresponding to a plurality of axes according to a desired operation pattern.
電子カム機能を備える同期制御システムは、一般に、時系列に定められた複数の目標位置から成る所望の動作パターンに従って従軸のサーボモータを制御する。時系列に定められた複数の目標位置から成る所望の動作パターンに従った制御を実現するために、時間的に隣接する2つの目標位置の一方を開始位置、他方を終了位置とした区間ごとに曲線を生成し、これらの曲線をつなぎ合わせて電子カムパターンを生成する方法がある。電子カムパターンとは、上述した電子カム機能を実現するために、従軸のサーボモータの位置、速度、加速度といった値を主軸位置に応じて定めたパターンである。 A synchronous control system having an electronic cam function generally controls a servo motor of a slave shaft according to a desired operation pattern composed of a plurality of target positions determined in time series. In order to realize control according to a desired operation pattern composed of a plurality of target positions defined in time series, for each section in which one of two temporally adjacent target positions is a start position and the other is an end position There is a method of generating a curve and connecting these curves to generate an electronic cam pattern. The electronic cam pattern is a pattern in which values such as the position, speed, and acceleration of the slave servomotor are determined according to the spindle position in order to realize the electronic cam function described above.
このような同期制御システムの一例として、特許文献1には、時間的に隣接する2区間の境界点における位置、速度、加速度を同一値に設定して各々の区間のスプライン補間を行うことで、各区間のつなぎ目にあたる境界点における加速度変動の小さい電子カムパターンを得ることができるサーボモータ制御システムが開示されている。 As an example of such a synchronous control system, Patent Document 1 discloses that by setting the position, speed, and acceleration at the boundary points of two sections adjacent in time to the same value and performing spline interpolation of each section, A servo motor control system capable of obtaining an electronic cam pattern with small acceleration fluctuation at a boundary point corresponding to a joint of each section is disclosed.
上記特許文献1に記載の技術では、位置制御のための電子カムパターンの生成に5次関数のスプライン補間を用いている。しかしながら、5次関数のスプライン補間を用いても、スプライン補間の境界点におけるジャークの変動を抑制することができなかった。ジャークの変動が生じると、産業機械などの電子カム機能を用いる機械装置への衝撃および振動が増加し、機械装置を構成する工具等の寿命が短くなることがある。例えば、機械装置が包装機である場合、ジャークの変動が生じると、ロータリーカッター機構の寿命が短くなる。 In the technique described in Patent Document 1, quintic function spline interpolation is used to generate an electronic cam pattern for position control. However, even if the spline interpolation of the quintic function is used, the jerk fluctuation at the boundary point of the spline interpolation cannot be suppressed. When jerk fluctuation occurs, impact and vibration on a mechanical device using an electronic cam function of an industrial machine or the like increases, and the life of a tool or the like constituting the mechanical device may be shortened. For example, in the case where the mechanical device is a packaging machine, the life of the rotary cutter mechanism is shortened if jerk fluctuation occurs.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械装置への衝撃および振動を抑制することができる電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an electronic cam pattern generation method and an electronic cam pattern generation device capable of suppressing impact and vibration on a mechanical device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムにおける電子カムパターン生成方法であって、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第1のステップ、を含む。また、本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、複数の区間の境界条件を設定する第2のステップと、複数の区間の少なくとも1つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の7次関数として生成する第3のステップと、区間を分割して分割区間を設定する第4のステップと、分割区間ごとに該分割区間の電子カムパターンが主軸位置の7次関数として生成される第5のステップと、を含む。分割区間のうち区間の終了位置を含む分割区間の電子カムパターンは、分割区間の終了位置を開始点として区間の開始位置へ向かって計算される。境界条件は、区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、境界条件における加速度およびジャークはともに0である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an electronic cam pattern generation method according to the present invention is an electronic cam pattern generation method in a synchronous control system that controls a slave shaft in synchronization with a main shaft position. a first step of setting a plurality of sections in accordance with the position, including. The electronic cam pattern generation method according to the present invention includes a second step of setting boundary conditions for a plurality of sections, and an electronic device that indicates the position of the slave shaft based on the boundary conditions in at least one section of the plurality of sections. A third step of generating a cam pattern as a seventh-order function of the spindle position, a fourth step of dividing the section and setting the divided section, and an electronic cam pattern of the divided section for each divided section And a fifth step generated as a seventh order function. Of the divided sections, the electronic cam pattern of the divided section including the end position of the section is calculated from the end position of the divided section as a start point toward the start position of the section. The boundary conditions are the position, speed, acceleration, and jerk of the slave shaft at each of the start position and end position of the section, and both the acceleration and jerk in the boundary condition are zero.
本発明にかかる電子カムパターン生成方法は、機械装置への衝撃および振動を抑制することができるという効果を奏する。 The electronic cam pattern generation method according to the present invention has an effect that it is possible to suppress impacts and vibrations on the mechanical device.
以下に、本発明の実施の形態にかかる電子カムパターン生成方法および電子カムパターン生成装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an electronic cam pattern generation method and an electronic cam pattern generation device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる同期制御システムの構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1の同期制御システム100は、従軸を主軸位置に同期させて制御する同期制御システムであって、制御装置1、サーボアンプ2およびモータ3を備える。実施の形態1の同期制御システム100は、例えば包装機をはじめとした産業機械において、加工、搬送などのプロセスを実現するために用いられる。なお、図1では、サーボアンプ2およびモータ3を1組図示しているが、サーボアンプ2およびモータ3は複数組であってもよい。Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronous control system according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
実施の形態1の同期制御システム100は、例えば包装機におけるロータリーカッター装置に用いられる。ロータリーカッター装置は、コンベアにより一定速度で搬送されるシートを、ロータリーカッターで所望のシート長となるように切断する装置である。同期制御システム100がロータリーカッター装置に用いられる場合、コンベアの軸が主軸となり、ロータリーカッターの軸が従軸となる。従軸に対応するモータ3が主軸位置に同期して制御されることにより、ロータリーカッターで所望のシート長でシートを切断することができる。
The
ロータリーカッター装置は実施の形態1の同期制御システム100が適用される機械装置の一例であり、実施の形態1の同期制御システム100は、この例に限定されず、主軸位置に同期して従軸のモータを動作させる機械装置であればどのような機械装置にも適用可能である。
The rotary cutter device is an example of a mechanical device to which the
従軸に対応するモータ3を主軸位置に同期させて制御するために、本実施の形態の同期制御システム100は、モータ3の位置、速度、加速度といった値が主軸位置に応じて定義された電子カムパターンを用いる。主軸位置は、主軸の回転角度である。
In order to control the
制御装置1は、電子カムパターンを生成し、入力される主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ2に対する指令を生成し、サーボアンプ2へ出力する。制御装置1は、本発明にかかる電子カムパターン生成装置の一例である。サーボアンプ2は、指令に基づいて従軸に対応するモータ3を制御する。主軸位置は、主軸の位置を検出する図示しないパルスジェネレータなどから入力されてもよいし、主軸が仮想的な軸である場合には仮想的に生成された主軸位置であってもよい。また、主軸位置が、仮想的に生成された主軸位置である場合には、制御装置1が主軸位置を生成してもよい。また、図1では、主軸に対応するサーボアンプおよびモータを図示していないが、同期制御システム100が主軸に対応するサーボアンプおよびモータを備え、制御装置1が主軸に対応するサーボアンプに対する指令を生成してもよい。
The control device 1 generates an electronic cam pattern, generates a command for the
図1に示すように、制御装置1は、電子カムパターンを生成する電子カムパターン生成部10と、主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ2に対する指令を生成して出力する指令生成部15とを備える。電子カムパターン生成部10は、区間設定部11、パターン生成部12、固有波形生成部13および連結部14を備える。
As shown in FIG. 1, the control device 1 generates an electronic cam pattern generation unit 10 that generates an electronic cam pattern, and a command generation that generates and outputs a command to the
次に、制御装置1のハードウェア構成について説明する。電子カムパターン生成部10および指令生成部15は、処理回路により実現される。処理回路は、例えば、プロセッサを備える制御回路である。
Next, the hardware configuration of the control device 1 will be described. The electronic cam pattern generation unit 10 and the
図2は、制御回路の構成例を示す図である。図2に示した制御回路200は、プロセッサ201およびメモリ202を備える。プロセッサ201は、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ等である。メモリ202は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the control circuit. The
電子カムパターン生成部10および指令生成部15が、図2に示した制御回路200により実現される場合、電子カムパターン生成部10および指令生成部15の各機能は、メモリ202に格納された、電子カムパターン生成部10および指令生成部15の機能が実現されるためのプログラムが、プロセッサ201により実行されることにより実現される。メモリ202は、プロセッサ201によりプログラムが実行される際の記憶領域としても用いられる。
When the electronic cam pattern generation unit 10 and the
または、電子カムパターン生成部10および指令生成部15は専用のハードウェアである処理回路により実現されてもよい。専用のハードウェアである処理回路は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものを含む。また、電子カムパターン生成部10および指令生成部15は、一部が専用のハードウェアである処理回路により実現され、残部が上述した制御回路200により実現されてもよい。
Alternatively, the electronic cam pattern generation unit 10 and the
次に、本実施の形態の電子カムパターン生成方法について説明する。図3は、本実施の形態の電子カムパターン生成部10における処理手順の一例を示すフローチャートである。図3に示すように、まず、区間設定部11は、主軸位置に応じた区間を設定する(ステップS1)。ステップS1において、区間はどのように設定されてもよいが、例えば、主軸と従軸との間の関係に関して定められた条件があれば、区間設定部11は、この条件に従って区間を設定する。
Next, an electronic cam pattern generation method according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing procedure in the electronic cam pattern generation unit 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 3, first, the
主軸と従軸との間の関係に関して定められた条件の一例は、1つ以上の通過すべき位置である。ここで、通過すべき位置は、例えば、主軸位置と、従軸位置すなわち従軸の回転角度とで構成される2次元座標系における座標値で示される。すなわち、通過すべき位置は、例えば、基準となる位置を原点とした場合に、主軸位置をxとし、従軸位置をyとした場合のxy平面における座標値で示される。ここで、このxy平面において通過すべき位置が4点設定された場合、区間設定部11は、これらの4点が区間の境界となるように、各区間を設定する。
An example of a condition defined for the relationship between the main shaft and the slave shaft is one or more positions to pass through. Here, the position to be passed is indicated by a coordinate value in a two-dimensional coordinate system including, for example, a main shaft position and a sub shaft position, that is, a rotation angle of the sub shaft. That is, for example, the position to be passed is indicated by a coordinate value on the xy plane when the principal axis position is x and the slave axis position is y when the reference position is the origin. Here, when four positions to pass through are set on the xy plane, the
区間設定部11は、設定された区間を示す情報を連結部14へ指示する。区間を示す情報は、例えば、基準位置を原点とした主軸位置の範囲と区間の識別情報との対応を示す情報である。区間を示す情報は、例えば、設定された区間が3つである場合、主軸位置が0からm1までが区間#1であり、主軸位置がm1からm2までが区間#2であり、主軸位置がm2からm3までが区間#3であるといった各区間の範囲を示す情報である。
The
また、機械装置に固有の波形すなわち固有の関数が定められている区間がある場合もある。例えば、従軸位置が主軸位置に正比例するように動作する区間が定められている場合がある。本実施の形態では、固有の波形が定められている区間が存在する例を説明する。このように、固有の波形が定められている区間が存在する場合、区間設定部11は固有の波形が定められている区間を1つの区間に設定する。
Further, there may be a section in which a waveform unique to the mechanical device, that is, a unique function is defined. For example, there may be a section in which the slave shaft position operates so as to be directly proportional to the main shaft position. In this embodiment, an example in which there is a section in which a specific waveform is defined will be described. As described above, when there is a section in which a specific waveform is determined, the
ステップS1の後、区間設定部11は、固有波形を生成する区間を示す情報とともに、固有波形生成部13へ固有波形の生成を指示し、固有波形生成部13は、固有波形を生成する。固有波形生成部13は、生成した固有波形を示す情報を、対応する区間を示す識別情報とともに連結部14へ出力する(ステップS2)。固有波形を示す情報は、例えば、計算式であってもよいし、固有波形が多項式により示されることが定められている場合には、多項式の次数と各次数の係数とであってもよい。固有波形を示す情報は、これらに限定されず、連結部14が、固有波形を生成できるような情報であればよい。
After step S <b> 1, the
また、区間設定部11は、パターンの生成を指示していない区間のうちの1つを処理対象区間とし、処理対象区間に関する境界条件をパターン生成部12へ出力するとともにパターン生成部12へパターンの生成を指示する。ここで、パターンとは、従軸位置を、主軸位置を変数とした関数で表した場合の、この関数のことを示す。本実施の形態では、この関数を7次関数とする。パターン生成部12は、パターンの生成の指示を受けると、境界条件を用いて7次関数の係数を算出する(ステップS3)。ステップS2およびステップS3の詳細については後述するが、7次関数の係数は、区間の境界において、加速度が0となり、かつジャークすなわち加加速度が0となるように決定される。
In addition, the
パターン生成部12は、算出した係数を用いてパターンすなわち関数を決定する(ステップS4)。パターン生成部12は、決定されたパターンを示す情報を、対応する区間を示す識別情報とともに連結部14へ出力する。決定されたパターンを示す情報は、例えば、計算式であってもよいし、ステップS3で算出した係数であってもよい。決定されたパターンを示す情報は、これらに限定されず、連結部14が、決定されたパターンを生成できるような情報であればよい。区間設定部11は、全区間の処理が終了したか、すなわち、全区間について、パターン生成部12へのパターンの生成の指示または固有波形生成部13への固有波形の生成の指示のうちのいずれかを行ったかを判断し(ステップS5)、全区間の処理が終了した場合(ステップS5 Yes)、電子カムパターンの生成処理を終了する。また、処理が終了していない区間がある場合(ステップS5 No)、処理対象の区間を変更して、パターン生成部12へパターンの生成を指示することにより、ステップS3からの処理が繰り返される。
The pattern generation unit 12 determines a pattern, that is, a function using the calculated coefficient (step S4). The pattern generation unit 12 outputs information indicating the determined pattern to the
以上の処理により、連結部14は、各区間のパターンを示す情報および固有波形を示す情報を受け取ることができる。連結部14は、各区間のパターンを順に連結することにより、電子カムパターンを生成し、電子カムパターンを示す情報を指令生成部15へ出力する。換言すると、各区間のパターンは、各区間の電子カムパターンである。電子カムパターンを示す情報の一例は、各区間を示す情報と区間ごとの電子カムパターンの計算式である。または、電子カムパターンを示す情報は、各区間を示す情報と区間ごとの次数と係数とであってもよい。なお、ここでは、連結部14が生成した電子カムパターンを指令生成部15へ出力するようにしたが、連結部14が生成した電子カムパターンを示す情報を図示しない記憶部へ格納し、指令生成部15が記憶部から電子カムパターンを示す情報を読み出すようにしてもよい。
Through the above processing, the connecting
次に、上述したステップS2およびステップS3について、具体例を挙げて説明する。図4は、本実施の形態において設定された区間と従軸位置の電子カムパターンとの一例を示す図である。図4に示した例では、通過すべき位置として、上述した主軸位置をxとし従軸位置をyとした場合のxy平面における4点の座標値が指定されているとする。以下、xy平面における座標値を(x座標値,y座標値)として表記する。 Next, step S2 and step S3 described above will be described with specific examples. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the section set in the present embodiment and the electronic cam pattern at the driven shaft position. In the example shown in FIG. 4, it is assumed that the coordinate values of four points on the xy plane are specified as the positions to pass through, where the above-described main shaft position is x and the slave shaft position is y. Hereinafter, coordinate values on the xy plane are expressed as (x coordinate value, y coordinate value).
図4に示した例では、通過すべき位置である4点の座標値をそれぞれ(0,P0)、(m1,P1)、(m2,P2)、(m3,P3)としている。図4に示した例では、主軸位置が0からm1までが区間#1、主軸位置がm1からm2までが区間#2、主軸位置がm2からm3までが区間#3と設定されている。以下、区間#1、区間#2、区間#3に対応したパターンすなわち関数を、各区間の開始位置を主軸位置の原点とした主軸位置であるkを用いて、それぞれF1(k)、F2(k)、F3(k)とする。図4では、主軸位置はある基準位置を限定としたxで示されている。各区間の開始位置の主軸位置のx座標値をxsとすると、k=x−xsである。図4に示した例では、区間#1では、k=xであり、区間#2では、k=x−m1であり、区間#3では、k=x−m2である。In the example shown in FIG. 4, the coordinate values of the four points that are positions to be passed are (0, P0), (m1, P1), (m2, P2), and (m3, P3), respectively. In the example shown in FIG. 4, the spindle position from 0 to m1 is set as section # 1, the spindle position from m1 to m2 is set as
区間#2については、固有波形が定められているとする。したがって、F2(k)は固有波形を示す関数となる。ここでは、F2(k)は、傾きが固定値βの一次関数であるとする。すなわち、F2(k)=βk+P1である。F2(k)は、上述したステップS2で生成される。It is assumed that a unique waveform is determined for the
区間#1については、F1(k)を、以下の式(1)に示すようにkの7次関数として定義する。A0からA7は、係数である。
F1(k)=A0+A1k+A2k2+A3k3+A4k4+A5k5+A6k6+A7k7 …(1)For section # 1, F 1 (k) is defined as a seventh-order function of k as shown in the following equation (1). A0 to A7 are coefficients.
F 1 (k) = A0 + A1k + A2k 2 + A3k 3 + A4k 4 + A5k 5 + A6k 6 + A7k 7 (1)
区間設定部11は、区間#1の境界条件として、区間長X1、区間の開始位置での従軸位置をP0、区間の終了位置での従軸位置P1、区間の開始位置での従軸の速度をV0、区間の終了位置での従軸の速度をV1と定める。また、さらに、境界条件として区間の開始位置および終了位置で、従軸の加速度およびジャークは0とする。このように、境界条件は、区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークである。なお、各区間における、区間の開始位置での速度、区間の終了位置での速度については、外部から入力されてもよいし、あらかじめ定められていてもよい。The
従軸の速度は式(1)をkで微分したものすなわちdF1(k)/dkであり、以下の式(2)で示される。
dF1(k)/dk=A1+2A2k+3A3k2+4A4k3+5A5k4+6A6k5+7A7k6 …(2)The speed of the slave shaft is obtained by differentiating equation (1) by k, that is, dF 1 (k) / dk, and is represented by the following equation (2).
dF 1 (k) / dk = A1 + 2A2k + 3A3k 2 + 4A4k 3 + 5A5k 4 + 6A6k 5 + 7A7k 6 (2)
また、従軸の加速度d2F1(k)/dk2、従軸のジャークd3F1(k)/dk3はそれぞれ以下の式(3)、式(4)となる。
d2F1(k)/dk2=2A2+6A3k+12A4k2+20A5k3+30A6k4+42A7k5 …(3)
d3F1(k)/dk3=6A3+24A4k+60A5k2+120A6k3+210A7k4 …(4)In addition, the acceleration d 2 F 1 (k) / dk 2 of the slave shaft and the jerk d 3 F 1 (k) / dk 3 of the slave shaft are expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
d 2 F 1 (k) / dk 2 = 2A2 + 6A3k + 12A4k 2 + 20A5k 3 + 30A6k 4 + 42A7k 5 (3)
d 3 F 1 (k) / dk 3 = 6A3 + 24A4k + 60A5k 2 + 120A6k 3 + 210A7k 4 (4)
以上の式(1)から式(4)に、区間の開始位置での終了位置における、位置、速度、加速度およびジャークの各境界条件を代入して、連立方程式を解くと、以下の式(5)に示すように係数A0からA7が得られる。
A0=P0、A1=V0、A2=0、A3=0、
A4=−(15V1+20V0)/X1 3+(35P1−35P0)/X1 4
A5= (39V1+45V0)/X1 4−(84P1−84P0)/X1 5
A6=−(34V1+36V0)/X1 5+(70P1−70P0)/X1 6
A7= (10V1+10V0)/X1 6−(20P1−20P0)/X1 7 …(5)Substituting the boundary conditions of the position, velocity, acceleration, and jerk at the end position at the start position of the section into the above expression (1) to expression (4), and solving the simultaneous equations, the following expression (5 The coefficients A0 to A7 are obtained as shown in FIG.
A0 = P0, A1 = V0, A2 = 0, A3 = 0,
A4 = − (15V1 + 20V0) / X 1 3 + (35P1-35P0) / X 1 4
A5 = (39V1 + 45V0) / X 1 4 - (84P1-84P0) / X 1 5
A6 = − (34V1 + 36V0) / X 1 5 + (70P1-70P0) / X 1 6
A7 = (10V1 + 10V0) / X 1 6 − (20P1-20P0) / X 1 7 (5)
区間#nの開始位置の従軸位置をPns、区間#nの終了位置の従軸位置をPne、区間#nに対応する関数をFn(x)、区間#nの開始位置での速度をVns、区間#nの終了位置での速度をVne、区間#nの区間長をXnとして一般化すると、式(1)および式(5)は、以下の式(6)および式(7)となる。
Fn(k)=A0+A1k+A2k2+A3k3+A4k4+A5k5+A6k6+A7k7
…(6)
A0=Pn、A1=Vn、A2=0、A3=0、
A4=−(15Vne+20Vns)/Xn 3+(35Pne−35Pns)/Xn 4
A5= (39Vne+45Vns)/Xn 4−(84Pne−84Pns)/Xn 5
A6=−(34Vne+36Vns)/Xn 5+(70Pne−70Pns)/Xn 6
A7= (10Vne+10Vns)/Xn 6−(20Pne−20Pns)/Xn 7
…(7)The slave shaft position at the start position of section #n is Pns, the slave shaft position at the end position of section #n is Pne, the function corresponding to section #n is F n (x), and the speed at the start position of section #n is Vns, when the velocity at the end position of the section #n Vne, generalizes the section length of the section #n as X n, equation (1) and (5), the following equation (6) and (7) It becomes.
F n (k) = A0 + A1k + A2k 2 + A3k 3 + A4k 4 + A5k 5 + A6k 6 + A7k 7
... (6)
A0 = Pn, A1 = Vn, A2 = 0, A3 = 0,
A4 = - (15Vne + 20Vns) /
A5 = (39Vne + 45Vns) / X n 4 - (84Pne-84Pns) /
A6 = - (34Vne + 36Vns) /
A7 = (10Vne + 10Vns) / X n 6 - (20Pne-20Pns) / X n 7
... (7)
上述したステップS3において、パターン生成部12は、固有波形が定められていない各区間について上記の式(7)に従って係数を算出し、式(6)のように関数を決定する。そして、連結部14が、各区間の関数を連結することで、図4に示したように電子カムパターンを得ることができる。
In step S3 described above, the pattern generation unit 12 calculates a coefficient in accordance with the above equation (7) for each section for which the specific waveform is not determined, and determines a function as in the equation (6). And the
以上のように、本実施の形態の同期制御システム100における電子カムパターン生成方法は、制御装置1が、主軸位置に応じた複数の区間を設定する第1のステップと複数の区間の境界条件を設定する第2のステップとである上述したステップS1を含む。また、本実施の形態の同期制御システム100における電子カムパターン生成方法は、複数の区間の少なくとも1つの区間において、境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、主軸位置の7次関数として生成する第3のステップであるステップS3およびステップS4と、を含む。
As described above, in the electronic cam pattern generation method in the
図5は、図4に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸速度を示す図である。図6は、図4に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸加速度を示す図である。図7は、図4に示したように従軸位置の電子カムパターンを定めた場合の、従軸のジャークを示す図である。本実施の形態の電子カムパターンを用いることにより、各区間の境界における加速度およびジャークが0となる。すなわち、電子カムパターンの生成に5次関数を用いた場合と比べて、サーボモータの動きがより滑らかになり、衝撃および振動による機械装置への負荷が抑制され、機械装置の長寿命化が期待できる。 FIG. 5 is a diagram showing the driven shaft speed when the electronic cam pattern at the driven shaft position is determined as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the driven shaft acceleration when the driven cam position electronic cam pattern is determined as shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing the jerk of the driven shaft when the electronic cam pattern at the driven shaft position is determined as shown in FIG. By using the electronic cam pattern of the present embodiment, the acceleration and jerk at the boundary of each section become zero. In other words, compared to the case where a quintic function is used to generate an electronic cam pattern, the movement of the servo motor becomes smoother, the load on the mechanical device due to impact and vibration is suppressed, and a longer life of the mechanical device is expected. it can.
また、通過する位置は、各機械装置によって決定されるものであって、任意の区間数および区間長を設定することができる。また、任意の区間が装置特有の固有波形であったとしても、この固有波形の区間の境界条件にしたがって該区間の前後の区間のパターンを決定すればよい。なお、固有波形となる区間が存在しない場合には、制御装置1は固有波形生成部13を備える必要はなく、全区間の関数をパターン生成部12により決定すればよい。
The passing position is determined by each mechanical device, and an arbitrary number of sections and section length can be set. Further, even if an arbitrary section is a unique waveform unique to the apparatus, the patterns of the sections before and after the section may be determined according to the boundary condition of the section of the specific waveform. Note that when there is no section having a natural waveform, the control device 1 does not need to include the natural
なお、以上の例では、制御装置1が、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置としての機能を有するようにしたが、制御装置1の代わりに、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置と主軸位置と電子カムパターンとに基づいてサーボアンプ2に対する指令を生成する制御装置とを備えてもよい。この場合、電子カムパターン装置は、図1に示した電子カムパターン生成部10を備え、電子カムパターン生成部10から出力される電子カムパターンが制御装置へ入力され、制御装置は主軸位置と電子カムパターンとに基づいて、サーボアンプ2に対する指令を生成してサーボアンプ2へ出力する。
In the above example, the control device 1 has a function as an electronic cam pattern device that generates an electronic cam pattern. Instead of the control device 1, an electronic cam pattern device that generates an electronic cam pattern is used. You may provide the control apparatus which produces | generates the instruction | command with respect to the
実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2にかかる同期制御システムの構成例を示す図である。図8に示すように、実施の形態2の同期制御システム100aは、制御装置1a、サーボアンプ2およびモータ3を備える。制御装置1aは、実施の形態1の電子カムパターン生成部10の代わりに電子カムパターン生成部10aを備える以外は実施の形態1の制御装置1と同様である。電子カムパターン生成部10aは、実施の形態1の電子カムパターン生成部10に誤差評価部16を追加し、パターン生成部12の代わりにパターン生成部12aを備える以外は、実施の形態1の制御装置1と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態1と異なる点を主に説明する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronization control system according to the second exemplary embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the
本実施の形態の電子カムパターン生成部10aは、実施の形態1の電子カムパターン生成部10と同様に処理回路により実現される。この処理回路は実施の形態1と同様に専用のハードウェアであってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。 The electronic cam pattern generation unit 10a of the present embodiment is realized by a processing circuit in the same manner as the electronic cam pattern generation unit 10 of the first embodiment. This processing circuit may be dedicated hardware as in the first embodiment, or may be a control circuit including a processor.
本実施の形態では、電子カムパターンを生成する際の浮動小数点演算における計算誤差を考慮した電子カムパターンの生成方法について説明する。図9は、本実施の形態の電子カムパターン生成部10aにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。図9に示すように、本実施の形態の電子カムパターン生成部10aにおける処理手順は、図3で説明した処理のステップS3とステップS4との間にステップS11からステップS13を追加する以外は実施の形態1と同様である。 In the present embodiment, a method for generating an electronic cam pattern in consideration of a calculation error in floating point arithmetic when generating an electronic cam pattern will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in the electronic cam pattern generation unit 10a of the present embodiment. As shown in FIG. 9, the processing procedure in the electronic cam pattern generation unit 10a of the present embodiment is performed except that steps S11 to S13 are added between step S3 and step S4 of the processing described in FIG. This is the same as the first embodiment.
ステップS3の後、パターン生成部12aは、算出した係数を、誤差評価部16へ出力する。誤差評価部16は、パターン生成部12aから取得した係数を用いて誤差評価を実施する(ステップS11)。具体的には、誤差評価部16は、例えば、浮動小数点演算によって生じる誤差を算出する。同期制御システムによっては、指令生成部15が倍精度実数を扱えないなどのように、電子カムパターンを用いた演算を行う場合の演算誤差が生じる場合がある。特に、安価な装置では倍精度実数を用いた演算ができないなど演算の精度に制約がある場合がある。また、各区間では、開始位置では主軸位置が0であるが終了位置へ向かい主軸位置の値が大きくなる。本実施の形態では、主軸位置の7次の演算を行うことになるため、主軸位置の値が大きくなると演算誤差が大きくなる傾向がある。このため、本実施の形態では、このような演算誤差を考慮して、演算誤差が大きい場合には、後述するように区間を分割する。具体的には、誤差評価部16は、例えば、単精度実数を用いた場合に生じる誤差の最大値を算出する。
After step S <b> 3, the
誤差評価部16は、区間内で誤差がしきい値を超える場合があるか否かを判断し(ステップS12)、誤差がしきい値を超えない場合(ステップS12 No)、パターン生成部12aへその旨を通知する。これにより、ステップS4以降が実施される。誤差がしきい値を超える場合(ステップS12 Yes)、誤差評価部16は、パターン生成部12aへ区間の分割を指示する。これにより、パターン生成部12aは、区間分割を実施し(ステップS13)、ステップS3へ戻る。パターン生成部12aは、区間分割においては、分割区間の境界条件も設定する。以上のように、制御装置1aは、電子カムパターンを演算する際の演算誤差に応じて区間を分割するか否かを決定する。
The
図10は、電子カムパターンに浮動小数点演算における計算誤差が生じた場合の電子カムパターンの一例を示す図である。図10に示した例では、曲線300は、実施の形態1において図4で示した電子カムパターンを示し、曲線301は、浮動小数点演算における計算誤差が生じた場合の電子カムパターンを示している。曲線301では、区間#3の終点付近において、浮動小数点演算における計算誤差により誤差が生じている。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the electronic cam pattern in the case where a calculation error occurs in the floating point calculation in the electronic cam pattern. In the example shown in FIG. 10, the
このような場合、本実施の形態では、区間#3を2分割し、分割された区間について、実施の形態1と同様に7次関数を決定する。図11は、区間分割が行われた後の電子カムパターンの一例を示す図である。図11では、図10に示した電子カムパターンが生成された後、区間#3について、上述したステップS13が実施される。これにより、区間#3は、区間#3aと区間#3bに分割される。分割の方法はどのような方法を用いてもよいが、図11に示した例では、元の区間を2つに等分割している。
In such a case, in the present embodiment,
区間の開始時には主軸位置の値が小さいため、浮動小数点演算における計算誤差は区間の前半では後半に比べて小さい。したがって、分割した区間のうち前半の区間#3aでは、実施の形態1で述べた方法により、区間#3用に算出された関数を用いる。すなわち、区間#3aの関数F3a(k)はF3(k)と同一のものを用い、区間長を区間#3の区間長の半分すなわちX3/2として決定することができる。これにより、区間#3aの境界条件、すなわち開始位置および終了位置における従軸位置、速度を定めることができる。Since the value of the spindle position is small at the start of the section, the calculation error in the floating point calculation is smaller in the first half of the section than in the second half. Therefore, in the first
次に、後半の区間である区間#3bの関数F3b(X3−k)は、F3(k)に、kの代わりにX3−kを代入し、区間#3と同じ境界条件P2およびP3を使用することで、以下の式(8)、式(9)により得られる。A0’からA7’は係数である。
F3b(X3−k)=A0’+A1’k+A2’k2+A3’k3+A4’k4+A5’k5+A6’k6+A7’k7 …(8)
A0’=P3、A1’=−V3、A2’=0、A3’=0、
A4’= (20V3+15V2)/X3 3−(35P3−35P2)/X3 4
A5’=−(45V3+39V2)/X3 4+(84P3−84P2)/X3 5
A6’= (36V3+34V2)/X3 5−(70P3−70P2)/X3 6
A7’=−(10V3+10V2)/X3 6+(20P3−20P2)/X3 7 …(9)Next, the function F 3b (X 3 −k) of the
F 3b (X 3 −k) = A0 ′ + A1′k + A2′k 2 + A3′k 3 + A4′k 4 + A5′k 5 + A6′k 6 + A7′k 7 (8)
A0 ′ = P3, A1 ′ = − V3, A2 ′ = 0, A3 ′ = 0,
A4 ′ = (20V3 + 15V2) / X 3 3 − (35P3-35P2) / X 3 4
A5 ′ = − (45V3 + 39V2) / X 3 4 + (84P3-84P2) / X 3 5
A6 ′ = (36V3 + 34V2) / X 3 5 − (70P3-70P2) / X 3 6
A7 ′ = − (10V3 + 10V2) / X 3 6 + (20P3-20P2) / X 3 7 (9)
本実施の形態を使用して得られた電子カムパターンは、実施の形態1に比べて浮動小数点演算時の計算誤差を少なくできる。これは、実施の形態1で述べた式(6)、式(7)に従って計算すると、浮動小数点演算によって、区間の終了位置付近で浮動小数点演算誤差が大きくなる恐れがあるのに対し、本実施の形態のように、区間を2分割し、分割した後半の区間では式(8)、式(9)を使用することによって終了位置から開始位置に向かって7次関数を計算すると、終了点付近の浮動小数点演算誤差を抑制することができるためである。換言すると、本実施の形態の電子カムパターン生成方法は、区間を分割して分割区間を設定する第4のステップであるステップS13と、分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンが主軸位置の7次関数として生成される第5のステップであるステップS4と、を含み、分割区間のうち区間の終了位置を含む分割区間の電子カムパターンは、分割区間の終了位置を開始点として区間の開始位置へ向かって計算される。これにより、同期制御システムにおいて演算性能が低い場合、例えば倍精度実数を扱えない場合にも、浮動小数点演算誤差を抑制して機械装置への衝撃および振動を抑制することができる。換言すると、本実施の形態では、安価なシステムで7次関数による電子カムパターンを計算することができる。 The electronic cam pattern obtained by using this embodiment can reduce the calculation error at the time of floating point calculation as compared with the first embodiment. This is because the floating point arithmetic error may increase near the end position of the section due to the floating point arithmetic when calculated according to the equations (6) and (7) described in the first embodiment. In the latter half of the divided section, using the equations (8) and (9) to calculate the 7th order function from the end position to the start position, the vicinity of the end point is obtained. This is because the floating-point arithmetic error can be suppressed. In other words, in the electronic cam pattern generation method of the present embodiment, the step S13, which is the fourth step of setting a divided section by dividing a section, and the electronic cam pattern of the divided section for each divided section is the main shaft position. Step S4, which is a fifth step generated as a seventh-order function of the divided section, and the electronic cam pattern of the divided section including the end position of the section among the divided sections includes the end position of the divided section as a starting point. Calculated toward the starting position. As a result, when the calculation performance is low in the synchronous control system, for example, even when a double precision real number cannot be handled, the floating point calculation error can be suppressed and the impact and vibration on the mechanical device can be suppressed. In other words, in this embodiment, an electronic cam pattern based on a seventh-order function can be calculated with an inexpensive system.
また、区間分割を行う際に、区間を均等に2分割する必要はない。たとえば、誤差評価部16により評価した誤差に基づいて、誤差すなわち浮動小数点演算誤差がしきい値を超える前の部分で2分割してもよい。
In addition, when the section is divided, it is not necessary to equally divide the section into two. For example, based on the error evaluated by the
なお、以上の例では制御装置1aが、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置としての機能を有するようにしたが、制御装置1aの代わりに、電子カムパターンを生成する電子カムパターン装置と主軸位置と電子カムパターンとに基づいてサーボアンプ2に対する指令を生成する制御装置とを備えてもよい。
In the above example, the control device 1a has a function as an electronic cam pattern device that generates an electronic cam pattern. However, instead of the control device 1a, an electronic cam pattern device that generates an electronic cam pattern and a spindle You may provide the control apparatus which produces | generates the instruction | command with respect to the
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1,1a 制御装置、2 サーボアンプ、3 モータ、10,10a 電子カムパターン生成部、11 区間設定部、12,12a パターン生成部、13 固有波形生成部、14 連結部、15 指令生成部、16 誤差評価部、100,100a 同期制御システム。 1, 1a control device, 2 servo amplifier, 3 motor, 10, 10a electronic cam pattern generation unit, 11 section setting unit, 12, 12a pattern generation unit, 13 natural waveform generation unit, 14 connection unit, 15 command generation unit, 16 Error evaluation unit, 100, 100a Synchronous control system.
Claims (3)
前記主軸位置に応じた複数の区間を設定する第1のステップと、
前記複数の区間の境界条件を設定する第2のステップと、
前記複数の区間の少なくとも1つの区間において、前記境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、前記主軸位置の7次関数として生成する第3のステップと、
前記区間を分割して分割区間を設定する第4のステップと、
前記分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンが前記主軸位置の7次関数として生成される第5のステップと、
を含み、
前記分割区間のうち前記区間の終了位置を含む前記分割区間の前記電子カムパターンは、前記分割区間の終了位置を開始点として前記区間の開始位置へ向かって計算され、
前記境界条件は、前記区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、
前記境界条件における前記加速度および前記ジャークはともに0であることを特徴とする電子カムパターン生成方法。 An electronic cam pattern generation method in a synchronous control system for controlling a slave shaft in synchronization with a spindle position,
A first step of setting a plurality of sections according to the spindle position;
A second step of setting boundary conditions for the plurality of sections;
A third step of generating an electronic cam pattern indicating the position of the driven shaft based on the boundary condition as a seventh-order function of the spindle position in at least one section of the plurality of sections;
A fourth step of dividing the section and setting a divided section;
A fifth step in which, for each divided section, the electronic cam pattern of the divided section is generated as a seventh-order function of the spindle position;
Including
The electronic cam pattern of the divided section including the end position of the section among the divided sections is calculated toward the start position of the section using the end position of the divided section as a starting point ,
The boundary conditions are the position of the slave shaft at each of the start position and end position of the section, speed, acceleration, and jerk.
The acceleration and the jerk both electronic cam pattern generation method comprising 0 der Rukoto in the boundary conditions.
前記主軸位置に応じた複数の区間を設定し、複数の区間の境界条件を設定する区間設定部と、
前記複数の区間の少なくとも1つの区間において、前記境界条件に基づいて従軸の位置を示す電子カムパターンを、前記主軸位置の7次関数として生成し、前記区間を分割して分割区間を設定し、前記分割区間ごとに該分割区間の前記電子カムパターンを前記主軸位置の7次関数として生成するパターン生成部と、
を備え、
前記分割区間のうち前記区間の終了位置を含む前記分割区間の前記電子カムパターンは、前記分割区間の終了位置を開始点として前記区間の開始位置へ向かって計算され、
前記境界条件は、前記区間の開始位置および終了位置のそれぞれにおける従軸の位置、速度、加速度およびジャークであり、
前記境界条件における前記加速度および前記ジャークはともに0であることを特徴とする電子カムパターン生成装置。 An electronic cam pattern generation device for generating an electronic cam pattern used in a synchronous control system for controlling a slave shaft in synchronization with a main shaft position,
A section setting unit that sets a plurality of sections according to the spindle position and sets boundary conditions for the plurality of sections;
In at least one of the plurality of sections, an electronic cam pattern indicating the position of the driven shaft is generated as a seventh-order function of the spindle position based on the boundary condition, and the section is divided to set a divided section. A pattern generation unit that generates the electronic cam pattern of the divided section as a seventh-order function of the spindle position for each of the divided sections;
With
The electronic cam pattern of the divided section including the end position of the section among the divided sections is calculated toward the start position of the section using the end position of the divided section as a starting point ,
The boundary conditions are the position of the slave shaft at each of the start position and end position of the section, speed, acceleration, and jerk.
The acceleration and the jerk in the boundary conditions both electronic cam pattern generating apparatus according to claim 0 der Rukoto.
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