JP7381270B2 - サーボモータの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、サーボモータの制御装置に関する。
従来より、工作機械等の制御装置においては、不感帯が設定された制御が行われている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１には、「不感帯処理部２５０は、図３に示すように、フィルタ部２４２からの制御補正量が「０」に近い場合に、出力値を「０」とする。不感帯処理部２５０は、不感帯処理を行った制御補正量をリミッタ処理部２６０に出力する。」と記載されている。また、特許文献２には、「適応係数μｍ（ｎ）は速度と結合トルクＴｃの大きさに反比例し、速度が所定値以下の場合にはゼロとなるように不感帯を設けることができる。」と記載されている。
特開２０１２－０４５７０２号公報 特開２０１３－１２８３８７号公報
サーボモータの静摩擦抵抗に対する補正を行わないための不感帯が設けられ、且つ、補正を行う際には、補正の遅延を抑えられることが望まれている。
（１） 本開示の一態様は、サーボモータの動作を取得する動作取得部と、前記サーボモータの加速量を取得する加速量取得部と、前記サーボモータの動作の補正を行う補正部と、前記サーボモータの動作に応じて前記補正部による補正の開始を判定する補正開始判定部と、を備え、前記補正開始判定部は、前記サーボモータの動作に対する所定の値の範囲である不感帯範囲を設定する不感帯部を有し、前記不感帯部は、前記加速量取得部により取得された加速量に基いて前記不感帯範囲を変更するサーボモータの制御装置に関する。
一態様によれば、不感帯が設けられていても補正の遅延を抑えることが可能である。
一実施形態に係る制御装置の構成を説明する図である。 一実施形態に係る制御装置の補正開始判定部の部分の構成を説明する図である。 一実施形態に係る制御装置の不感帯設定部により設定される不感帯範囲と加速量との関係を示すグラフである。 不感帯が無い場合に、微小な反転が不感帯範囲内にあり、反転補正を行う様子を示すグラフである。 不感帯が無い場合に、反転補正の開始が遅れない様子を示すグラフである。 微小な反転が不感帯範囲内にある場合に反転補正を行わない様子を示すグラフである。 不感帯がある場合に反転補正の開始が遅れる様子を示すグラフである。 微小な反転が不感帯範囲内にある場合に、反転補正を行うタイミングを示すグラフである。 不感帯がある場合に、不感帯範囲を小さく設定したときの反転補正の開始の様子を示すグラフである。
以下、実施形態の一例について説明する。図１は、制御装置１の構成を説明する図である。
サーボモータ制御装置１は、工作機械等のサーボモータ１７が動き始めるとき（動き出し）や、反転するときに行われる静摩擦補正を可能とする制御装置であり、図１に示すように、指令作成部１１と、摩擦補正量生成部１２と、補正開始判定部１３と、不感帯演算部１４と、加速量取得部１５と、制御部１６と、サーボモータ１７としての電動機と、を有している。
サーボモータ１７は、制御部１６からの電気信号に基づき、例えば、図示しないボールねじを正逆方向に回転させることにより、図示しないナットを介して図示しないテーブルを水平方向に移動させる。
指令作成部１１は、サーボモータ１７に対する位置指令値を作成する。補正部としての摩擦補正量生成部１２は、指令作成部１１が作成した位置指令値を用いて、サーボモータ１７が停止しているか否かを判断する。また、摩擦補正量生成部１２は、停止した状態から動き出したか否か、又は、反転したか否かを判断する。具体的には、摩擦補正量生成部１２は、指令作成部１１により作成された速度指令の大きさ、又は、符号の変化に基づいてサーボモータ１７の動き出し、および、反転を検出する。また、摩擦補正量生成部１２は、サーボモータ１７の静摩擦補正量を計算し、補正開始判定部１３へ出力する。
補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の動作に対する所定の値の範囲である不感帯範囲を設定する不感帯部を有している。具体的には、補正開始判定部１３は、不感帯部を構成する不感帯設定部１３１を有しており、不感帯設定部１３１は、後述する不感帯演算部１４により算出された所定の不感帯範囲を有する不感帯を、図２に示すように、サーボモータ１７の停止位置に設定する。補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の移動量が、不感帯範囲内にあるか否かを判断する。
図２は、制御装置１の補正開始判定部１３の部分の構成を説明する図である。
不感帯範囲は、具体的には、サーボモータ１７が停止していた後の動き出しの場合には、例えば、サーボモータ１７が一の方向に動作していた後に停止し、当該停止していた位置から再び一の方向に動作した場合における、「当該停止していた位置から再び一の方向に２０μｍの範囲」のように設定される。また、サーボモータ１７が反転する場合には、例えば、図８、図９において矢印Ａで示すように、サーボモータ１７が一の方向に動作していた後に停止し、当該停止していた位置から当該一の方向に対して反対の方向に動作し始めた場合における、「当該停止していた位置から当該反対の方向に２０μｍの範囲」のように設定される。この「２０μｍ」等の値は、後述のように、不感帯部の不感帯演算部１４によって適切な値が算出されて決定され、固定された一定の値ではない。
補正開始判定部１３は、動作取得部１６１により取得されたサーボモータ１７の移動量が不感帯範囲以上である場合に、摩擦補正量生成部１２による静摩擦補正量での補正の開始を行うために、静摩擦補正量を制御部１６へ出力する。補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の移動量が不感帯範囲内である場合には、摩擦補正量生成部１２による静摩擦補正量による補正を行わないように、静摩擦補正量を制御部１６へ出力しない制御を行う。
制御部１６は、位置制御部、速度制御部、電流制御部を有して構成されており、位置制御部は、指令作成部１１から位置偏差が入力されて、それに対応する速度指令を速度制御部に出力する。速度制御部は、位置制御部から速度指令が入力されて、それに対応する電流指令を電流制御部に出力する。電流制御部は、速度制御部から電流指令が入力されて、それに対応する電気信号を、図示しないアンプで増幅してサーボモータ１７に出力する。
制御ループＬ１は、サーボモータ１７の位置（具体的には、回転角度）、及び、サーボモータ１７の速度（具体的には、回転速度）をフィードバック制御するためのものである。制御部１６の動作取得部１６１は、位置指令値を取得することによりサーボモータ１７の動作（指令移動量）を取得する。また、動作取得部１６１は、制御ループＬ１を介してサーボモータ１７の動作（実移動量）を取得する。加速量取得部１５は、速度指令値を微分した値として得られる指令加速度から加速量を取得する。不感帯部を構成する不感帯演算部１４は、加速量取得部１５が取得した加速量に基いて、当該加速量に適した不感帯範囲を算出する。即ち、不感帯演算部１４は、不感帯範囲を加速量取得部１５により取得された加速量に基いて適切な範囲に変更する。
具体的には、前述のように、図２に示すように不感帯設定部１３１は、不感帯演算部１４により算出された不感帯範囲を有する不感帯をサーボモータ１７の停止位置に設定する。例えば、不感帯演算部１４により算出され不感帯設定部１３１により設定される、不感帯範囲は、横軸を指令とし、縦軸を移動量とする図２中に示すグラフにおいて矢印Ａで示される範囲であり、この範囲は、加速量取得部１５が取得した加速量に基いて伸縮される。
また、加速量の値に対する移動量における不感帯範囲は、指令を作成するＣＡＤ／ＣＡＭの性能等に基いて適宜決定される。例えば、不感帯範囲の値のグラフとしては、図３において直線Ｂ１で示すように右下がりの直線が用いられたり、図３において曲線Ｂ２で示すように反比例の曲線が用いられたり、図３において折れ線Ｂ３で示すように加速量が所定の値までは不感帯範囲は一定であり、当該所定の範囲を超えると、不感帯範囲は０となるグラフが用いられたりする等、適切なグラフが用いられる。
図３は、制御装置１の不感帯設定部１３１により設定される不感帯範囲と加速量との関係を示すグラフである。
これらのグラフにおいては、いずれも、加速量が大きくなるほど不感帯範囲が小さくなっている。即ち、不感帯部を構成する不感帯設定部１３１は、加速量が大きくなるほど不感帯範囲を小さく設定する。
以上説明した本実施形態は、以下のような効果を奏する。
本実施形態では、サーボモータ１７の制御装置は、サーボモータ１７の動作に応じて補正部としての摩擦補正量生成部１２による補正の開始を判定する補正開始判定部１３を備え、補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の動作に対する所定の値の範囲である不感帯範囲を設定する不感帯部（不感帯演算部１４、不感帯設定部１３１）を有し、不感帯部は、加速量取得部１５により取得された加速量に基いて不感帯範囲を変更する。
これにより、不感帯範囲を加速量取得部１５により取得された加速量に基いて適宜変更することができるため、例えば、図８に示すように、いわゆる「ＣＡＤごみ」と呼ばれる指令における微小な反転を含むように不感帯範囲（図８における矢印Ａで示す幅）を設定することが可能である。この結果、微小な反転に対して、サーボモータ１７の摩擦抵抗に対する補正を、過度に開始することを回避すること（図６における反転補正Ｃを行わないこと）が可能となる。
即ち、従来の不感帯を設けない構成では、図４に示すように、いわゆる「ＣＡＤごみ」と呼ばれる指令における微小な反転を含む場合には、当該微小な反転に対して、サーボモータ１７の摩擦抵抗に対する補正が開始されていた。しかし、本実施形態においては、不感帯が設けられているため、いわゆる「ＣＡＤごみ」と呼ばれる指令における微小な反転に対して、図６における破線で示す補正を行わずに、大きな反転に対して、図６、図８における実線で示す補正を行うことが可能となる。これにより、サーボモータ１７を備える工作機械により加工される加工面に、キズ等が生ずることを抑えることが可能となる。
図４は、不感帯が無い場合に、微小な反転が不感帯範囲内にあり、反転補正を行う様子を示すグラフである。図６は、微小な反転が不感帯範囲内にある場合に反転補正を行わない様子を示すグラフである。図８は、微小な反転が不感帯範囲内にある場合に、反転補正を行うタイミングを示すグラフである。
更に、加速量が大きい場合に、不感帯範囲（図８、図９における矢印Ａで示す幅）を極めて小さく設定することが可能であり、これにより、指令の反転後に、すぐに補正を開始することが可能となる。この結果、図７に示すように、不感帯範囲（図７における矢印Ａで示す幅）が大きいことによる補正の開始の遅れ（矢印Ｄ）が発生することを抑えることが可能となる。
即ち、従来の不感帯を設けない構成では、図５に示すように、反転に対して遅延を発生させずに補正を行うことが可能であるが、不感帯を設けると、図７に示すように補正開始が遅延する。特に、不感帯範囲が大きいと、補正の開始の遅れ（矢印Ｄ）も大きくなる。しかし、本実施形態においては、図９に示すように、不感帯範囲Ａを極めて小さく設定することが可能であるため、補正の開始の遅れ（矢印Ｄ）も極めて小さくすることが可能となる。
図５は、不感帯が無い場合に、反転補正の開始が遅れない様子を示すグラフである。図７は、不感帯がある場合に反転補正の開始が遅れる様子を示すグラフである。図９は、不感帯がある場合に、不感帯範囲を小さく設定したときの反転補正の開始の様子を示すグラフである。
また、本実施形態では、加速量は、サーボモータ１７への指令加速度である。これにより、サーボモータ１７が反転前に、予め反転の指令の前後に微小な反転が存在するか否かを把握することが可能となり、適切な不感帯範囲を予め設定することが可能となる。
また、本実施形態では、動作取得部１６１は、サーボモータ１７の指令移動量を取得し、補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の移動量が不感帯範囲以上の動作をした場合に補正を開始する。これにより、補正を、指令移動量に基づく反転や動き出しが始まるときに用いることが可能となり、より精度の高い補正を行うことが可能となる。
また、本実施形態では、不感帯部を構成する不感帯設定部１３１は、加速量が大きくなるほど、不感帯範囲を小さく設定する。これより、補正の開始が遅れないことが特に要求される加速量が高い領域において、補正の開始が遅れることを極力抑えることが可能となる。
以上本実施形態について説明をした。上述した実施形態は、好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変更を施した形態での実施が可能である。例えば、以下に説明する変形例のように変形をして実施することが可能である。
本実施形態においては、補正開始判定部１３は、サーボモータ１７の移動量が、指令加速度に基づく加速量に基づいて変更される不感帯範囲外にある場合には、摩擦補正量生成部１２による静摩擦補正量での補正の開始を行うために、静摩擦補正量を制御部１６へ出力したが、この構成に限定されない。例えば、指令加速度に基づく加速量、サーボモータ１７の実加速度に基づく加速量、サーボモータ１７へのトルク指令、サーボモータ１７の実トルク、のうちの少なくとも１つを加速量として用いてもよい。
また、本実施形態においては、補正開始判定部１３は、動作取得部１６１により取得されたサーボモータ１７の移動量（指令移動量）が不感帯範囲以上である場合には、摩擦補正量生成部１２による静摩擦補正量での補正の開始を行ったが、この構成に限定されない。例えば、補正開始判定部１３が判定に際に用いる動作取得部１６１により取得されたサーボモータ１７の移動量は、実移動量であってもよい。
また、動作取得部、加速量取得部、補正部、補正開始判定部、不感帯部等の構成は、動作取得部１６１、加速量取得部１５、摩擦補正量生成部１２、補正開始判定部１３、不感帯設定部１３１、不感帯演算部１４等の構成に限定されない。
１ サーボモータ制御装置
１１ 指令作成部
１２ 摩擦補正量生成部（補正部）
１３ 補正開始判定部
１４ 不感帯演算部（不感帯部）
１５ 加速量取得部
１６ 制御部
１７ サーボモータ
１３１ 不感帯設定部（不感帯部）
１６１ 動作取得部

Claims (4)

  1. サーボモータの動作を取得する動作取得部と、
    前記サーボモータの加速量を取得する加速量取得部と、
    前記サーボモータの動作の補正を行う補正部と、
    前記サーボモータの動作に応じて前記補正部による補正の開始を判定する補正開始判定部と、を備え、
    前記補正開始判定部は、前記サーボモータの動作に対する所定の値の範囲である不感帯範囲を設定する不感帯部を有し、
    前記不感帯部は、前記加速量取得部により取得された加速量に基いて前記不感帯範囲を設定するとともに変更するサーボモータの制御装置。
  2. 前記加速量は、前記サーボモータへの指令加速度、前記サーボモータの実加速度、前記指令加速度と比例関係にある前記サーボモータへのトルク指令、前記実加速度と比例関係にある前記サーボモータの実トルク、の少なくとも１つである請求項１に記載のサーボモータの制御装置。
  3. 前記動作取得部は、前記サーボモータの指令移動量或いは実移動量により構成される移動量を取得し、
    前記補正開始判定部は、前記サーボモータの移動量が不感帯範囲以上の動作をした場合に補正を開始する請求項１又は請求項２に記載のサーボモータの制御装置。
  4. 前記不感帯部は、前記加速量が大きくなるほど、前記不感帯範囲を小さく設定する請求項１～請求項３のいずれかに記載のサーボモータの制御装置。
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