JPH01303507A - 加減速制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はサーボ系の加減速制御方式に係り、特に数ｆａ
制御工作機械やロホットの腕等の駆動部に適用して好適
な加減速制御方式に関する。

（従来の技術） 工作機械や工業用ロボット等の軸移動の制御を行なう場
合、一般に軸移動の開始時（加速時）及び終了時（減速
時）に、駆動対象である機械系に振動やショックを与え
ないようにする為に、加速処理あるいは減速処理が行な
われる。

第３図は加減速処理部２を含んだ軸移動制御系の一例を
示すものであり、数値制御（以下、単にＮＣとする）工
作機械においては実行すべきＮＣプログラムを１ブロツ
クずつプログラム解釈部（図示せず）にて解釈し、各軸
筋の軸移動データを算出する。関数発生部ｌは、この各
軸筋の軸移動データを指定された補間軌跡（例えば直線
補間や円弧補間等）に乗せる為の計算を行ない、さらに
ＮＣプログラムで指定される速度で電動機５が動作する
ように単位時間毎の軸移動指令値を生成する。この単位
時間毎の軸移動指令値の生成を一般に関数発生と称し、
ここではその周期を関数発生周期Ｔとする。関数発生部
１で生成された単位時間毎の軸移動指令値は、加減速処
理部２で加減速処理を施され、加減速処理後の軸移動指
令値へＭが算出される。加減速処理部２における加減速
の処理内容は、指数加減速あるいは直線形加減速等の公
知技術によるものであり、いずれの場合も加減速処理後
の１軸わ動指令値静は関数発生周期Ｔ毎に生成される。

この関数発生周期Ｔ毎に生成される加減速処理後の軸移
動指令値ＡＭが電動機制御部３に入力され、これによっ
て駆動源としての電動機５が駆動制御される。なお、電
動機制御部３は絶対値方式による位置制御ループを含ん
だ公知の技術により電動機５を制御するものであり、電
動機５には絶対位置検出器６が接続されている。

関数発生周期Ｔ　Ｔ　′ＦＬ動機制御部３に入力された
加減速処理後のＩＴｌｂ　％多動指令値へＭは先ず位置
誤差算出部３１て絶対位置指令値Ｘｒｅｆに変換され、
電動機５の位置を検出する絶対位置検出器６からの現在
位置検出値Ｘとの差をとることによって位置誤差量ｏ＋
ＦＦが算出される。すなわち ＤＩＦＦ−Ｘｒｅｆ　−ｘ　　　　　　　　・”・（１
）である。この位置誤差量ＤＩＦＦは位置制御部３２に
入力され、位置制御ループゲインをＫｖとしたとき次式
により速度指令値Ｖｒｅｆが算出される。

Ｖｒｅｆ−にｖ（Ｘｒｅｆ　−ｘ）−にｖＪＩＦＦ　　
・”　−（２）この速度指令値Ｖｒｅｆは速度誤差算出
部３３に入力される。速度誤差算出部３３は、絶対位置
検出器６の位置検出値Ｘから速度検出部３６で周知技術
により検出された速度検出値Ｖとの差をとることにより
速度誤差Ｖｅｒｒを生成し、これを速度制御部３４へ転
送する。速度制御部３４は入力された速度誤差Ｖｅｒｒ
に基づき、周知の技術にて電流制御部３５へ与えるトル
ク指令（電流指令）値を算出し、電流制御部３５は周知
の技術により電動機６への各相電流を決定するとともに
、サーボ増幅器（図示せず）を介して電動機６への駆動
電流を制御する。これら−連の制御動作を経ることによ
り、電ｔ）Ｊ＋機６に対する所定の運動制御が行なわれ
る。

電動機制御部３には上述したように複数の制御ループが
存在する。すなわち、 ０位首制御ループ ■速度制ｆｌｌ＋ループ ■電流制御ループ である。最近の技術進歩に伴ない、これら各制御をディ
ジタル化することが広く行なわれている。

そして、これらの制御周期は目標とする制御性能と、そ
れを実現するコストとのトレードオフによって決められ
る性質のものであるが、一般には可能な範囲内で短くす
る傾向にある。現状のディジタルサーボ制御システムで
は位置制御部の＋ＭＪ御周期は１”−ＩＯｍｓ、速度制
御部の制御周期は０．１〜１ｍｓ程度である。関数発生
周期についても同揉に目標性能と実現コストを考慮して
決められるが、通常は位置、速度の制御周期とは独立し
て決められることが多く、現状では５〜２Ｑｍｓ程度の
値が一般的であると考えられる。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来は関数発生周期と位置制御周期を
特に意識して一致させるような事を行なっていないが、
この不一致のために位置誤差量算出時に不必要な振動が
発生し、結果として安定を目的とする電動機制御の上で
障害となっていた。

以下、この障害について説明する。

まず位置誤差算出部３１で絶対位置指令値Ｘｒ’ｅｆか
連続的に生成され、位置制御もアナログ制御により連続
的に制御されている場合について考える。

このような制御条件下で速度一定の電動機制御を行なう
と、絶対位置指令値Ｘｒｅｆと時間ｔとの関係は第４図
に示す如く直線となる。ここで、電動機制御部３内の速
度制御部以降が時間に遅れることなく、理想的に速度指
令値Ｖｒｅｆに対して応答するとすれば、前記（２）式
より Ｌ ・　一定（定速運転） であり、これより （Ｘｒｅｆ　−ｘ）　−Ｖｒｅｆ／Ｋｖ　　　　　−−
（３）となる。つまり、定速運転の定常状態においては
、上記（３）式の関係で絶対位置指令値ｘｒｅｆに対し
て実際の軸位置検出値Ｘが追従することが分る。ずなわ
ち、位置指令値Ｘｒｅｆ及び検出値Ｘは第４図に示す如
く一定の偏差Ｖｒｅｆ／にＶを保って時間的に変化する
。したがフて、速度制御ループに対する指令値Ｖｒｅｆ
も一定となる。

これに対して絶対位置指令値Ｘｒｅｆが関数発生周期Ｔ
で離散的に生成され、電動機制御部３の各部もディジタ
ル化され、位置制御周期ｔｃ　（ｔｃ　ｆ−Ｔ）毎に位
置検出を行なって位置制御を行なう場合を考える。この
場合、関数発生周期Ｔと位置制御周期ｔｃとは同期はと
れているが、Ｔ　−２ｔｃの関係、すなわち関数発生処
理１回について位置制御処理が２回行なわれるものとし
て、前述の定速度制御の場合を考える。第５図に示す如
く定速度運転指令が生成されて十分時間が経過した定常
状態時のある時点ｔｎにおける絶対位置指令値をＸｒｅ
ｆｏ　、この指令値Ｘｒｅｆｏに対応する時点ｔｎにお
ける実際の位置検出値をＸ。とすると、 ＤＩＦＦ　　ｌ　　ｔ、−ｕｎ　　−Ｘｒｅｆｏ　　−
ＸＯ＋＋　・＋　　（４）であり、故に時点Ｌ−ｔｎに
おける速度指令値Ｖｒｅｆ。

は ＶｒｅＬ）　　−にｖ　　（Ｘｒｅｆｏ　　−ｘｏ）　
　　　　　−−（５）となる。次に、ｔ−ｔｏ＋　、　
（−ｔｎ＋ｔｃ）時を考えると、絶対位置指令値はｔｎ
時と同じ（Ｘｒｅｆｏであるが、実際の位置検出値×１
は ｘ、　＝　Ｘｏ　＋　Ｖｒｅｆｏ−ｔｃ　　ｆ−Ｘｏ　
　・・・・・・（６）となり、 ＤＩＦＦ　　ｌ　　ｊ−ｊ、＋１　−　　Ｘｒｅｆｏ　
　−ＸＩ−Ｘｒｅｆ、　−Ｘｏ　−Ｖｒｅｆ、、ｔｃ−
ＤＩＦＦ　　　ｌ　　ｔ−ｔｎ　　−Ｖｒｅｆｏ・しＣ
・・・・・・（７） である。故に時点１−１．や、における速度指令値Ｖｒ
ｅｆｌは、 Ｖｒｅｆ、−Ｋｖ（Ｘｒｅｆ、−Ｘｏ　　−Ｖｒｅｆ、
−ｔｃ）−Ｖｒｅｆ、　　−にｖ−Ｖｒｅｆｏ　　・　
ｔｃ　　　−・−−−−（８）となる。ここで、前記（
５）式と（８）式とを比較すると、一定速度運転指令で
あるにもかかわらず速度指令値か異なって算出されるこ
とになり、非１駆動電動機の動作にも必然的に振動とな
って悪影響が発生ずることになる。この振動の原因は、
電動機制御部３の入力となる絶対位置指令値の生成周期
（＝関数発生周期）と位置誤差算出周期（＝位置制御周
期）とが異なる為であり、非定速制御状態においても当
然発生する不具合である。この不具合は、昨今の高速、
高精度の加工要求が高まりつつある状況においては非常
に重大なデメリットとなっている。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本
発明の目的は、電動機制御部の制御性能を犠牲にするこ
となく加減速処理を行なうことにより、機械系の駆動を
円滑かつ的確になし得るとともに、関数発生周期と位置
制御周期とが異なることに起因する不要な振動を生じな
いようにした加減速制御方式を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、関数発生周期Ｔ毎の軸移動指令値を指令速度
まで加速或いは減速する加減速制御方式に関するもので
、本発明の上記目的は、前記ｌｌ１ｔｈ穆動指令値を入
力し前記関数発生周期Ｔで所定の加減速処理を行なう加
減速処理部と、この加減速処理部より前記周期Ｔ毎に出
力される加減速処理後の軸移動指令値を入力し、電動機
制御周期ｔｃ（但し、Ｔ　＞　ｔｃ：かツＴ＝ｎ−ｔｃ
、　ｎは２以上の自然数）等の加減速処理後の軸移動指
令値を算出する補間周期変換部とを直列に接続し、所定
の加減速処理を行なった軸移動指令値を、前記関数発生
周期Ｔによらず前記電動機制御周期ｔＣ＠に生成するこ
とによって達成される。また、前記加減速制御部を、前
記関数発生周期Ｔ毎の軸移動指令値を入力し、時定数で
、（ただし、τ＋−ｎ−Ｔ、ｎは自然数）の直線形加減
速を行なう第１の直線加減速処理部と、前記周１１ＪＩ
Ｔ毎に第１の直線加減速処理部から出力される加減速処
理後の軸移動指令値を入力し、前記電動機制御周期ｔｃ
毎の軸移動指令値を生成する補間周期変換部と、前記Ｔ
Ｌ動機制御周期ｔｃ毎に補間周期変換部から出力される
軸移動指令値を入力して時定数で２　（ただし、τ２−
　ｎ＋−ｔｃ　、ｍは自然数）の直線形加減速を行なう
第２の直線加減速処理部とで構成し、Ｓ字形加減速制御
を前記電動機制御周期ｔｃ毎に行なうことによっても達
成される。

（作用） 本発明では、加減速制御部を、従来の加減速処理部と、
関数発生周期毎に生成される指令値から位置ＩＩＪ御周
期毎の指令値を生成する補間周期変換部とを直列に接続
して構成している。補間周期変換部の作用により、関数
発生周期によらず位置制御周期に合せて加減速処理後の
軸移動指令値を生成できる為、不要な信号を生じること
なく円滑に加減速動作を行なうことかできる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る加減速制御方式を採用した軸移動
システムを示すものであり、従来技術を示す第３図と同
一番号にて示されている構成要素についての機能、処理
は同一であるので説明を省略し、本発明の加減速制御部
２へのみを以下に説明する。

すなわち、本発明の加減速制御部２Ａは、第１の直線加
減速処理部２１．補間周期変換部２２及び第２の直線加
減速処理部２３が直列に接続された構成となっている。

第１の直線加減速処理部２１は、従来技術を示す第１図
中の加減速処理部２と全く同一の機能を有するものであ
り、関数発生周期Ｔ＠に生成される軸移動指令値を時定
数で１　（但し、τ、−〇・Ｔでｎは自然数）にて直線
加減速処理を行ない、関数発生周期Ｔ毎に加減速処理後
の軸移動指令値×Ｐ１（時点ｔ−＋４での値でｉは自然
数）を出力するものである。また、補間周期変換部２２
は関数発生周期Ｔ毎に生成される前記！ＴｑＩ１８動指
令値ＸＰ＋の時系列指令値を入力として、位置制御周期
ｔｃに等しい周期の時系列指令値を生成するものである
。すなわち、時点ｔ・ｆｉ＋１）Ｔにおいて、第１の直
線加減速処理部２１から指令値ＸＰＩ＋１が入力される
と、時点ｔ＝ｉ４　（７）出力ＸＰ、とＸＰ１＊１　と
の値を用いてこの区間を＋ｆｉ−１）点補間するもので
ある。

ここで、互は ｕ＝Ｔ／ｌｃ　　　　　　　　　　・・・・・・（９）
で決まる正整数であり、第２図においては℃＝４、つま
りｌ関数発生周期内に４回位置制御が実行され、×Ｐ１
゜、とｘＰｌ　との間を３点直線補間する場合の補間周
期変換部出力ＸＣｉ＋＋ｚ　ＸＣ４１４２゜ＸＣ４１＋
、＋　ｘｃ、、。ａ　−ＸＣ４ｕ＋ｎ　を示している。

補間周期変換部２２は、 なる変換を行ない、これらの補間周期変換部２２の出力
は位置制御周期ｔｃ毎に算出されて第２の直線加減速処
理部２３に入力される。第２の直線加減速処理部２３は
時定数τ２　（但し、τ２ａｍ−ｔｃでｍは自然数）の
直線加減速処理を公知の技術によって行ない、加減速処
理後のＩｔｂ　７３動指令値ＸＳ、を位置制御周期ｔｃ
毎に生成して電動機制御部３に入力する。なお、第２図
においては、ｍｉ　とした軸移動指令値ＸＳ、を示して
いる。　　　− 以上説明した如く、本発明においては加減速処理部と直
列に補間周期変換部を接続しているために、関数発生周
期Ｔの如何によらず位置制御周期ｊｃ毎の加減速処理後
の軸移動指令値を得ることがてき、従来問題であった電
動機制御部における不要な振動を未然に防止することか
できる。

なお、本実施例においては加減速制御部２Ａの内容を第
１の直線加減速処理部２１→補間周朋変換部２２−第２
の直線加減ｉ処理部２３という順に直列に接続した例を
示しているが、加減速処理の内容を指数加減速にしたも
のや、第２の直線加減速処理部を省略したもの、あるい
は直列接続の順序を変えたもの等種々の変形が考えられ
るが、いずれも技術的な効果は同様である。また、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の主
旨に基づいた種々の変形を本発明の範囲がら４ＪＦ除す
るものではない。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、電動機制御部の制御性能
を犠牲゛にすることなく加減速処理を行なうことにより
、機械系の駆動を円滑かつ的確になし得るとともに、関
数発生周期と位置制御周期とが異なることに起因する不
要な振動を生じないようにした加減速制御方式を提供で
き、高速かつ高精度な釉移動制御を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図はその動作を説明するだめの図、第３図は従来の一例
を示すブロック構成図、第４図及び第５図はその動作を
説明するための図である。 １・・・関数発生部、２・・・加減速処理部、２Ａ・・
・加減速制御部、３・・・電動機制御部、５用電動機、
６・・・絶対位置検出器、２１．２２・・・直線加減速
処理部、２３・・・補間周期変換部。 出願人代理人　　　安　形　雄　三 茶２目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、関数発生周期Ｔ毎の軸移動指令値を指令速度まで加
   速或いは減速する加減速制御方式において、前記軸移動
   指令値を入力して前記関数発生周期Ｔで所定の減速処理
   を行なう加減速処理部と、この加減速処理部より前記関
   数発生周期Ｔ毎に出力される加減速処理後の軸移動指令
   値を入力し、電動機制御周期ｔｃ（但し、Ｔ＞ｔｃかつ
   Ｔ＝ｎ・ｔｃ、ｎは２以上の自然数）毎の加減速処理後
   の軸移動指令値を算出する補間周期変換部とを直列接続
   に設け、所定の加減速処理を行なった軸移動指令値を、
   前記関数発生周期Ｔによらず前記電動機制御周期ｔｃ毎
   に生成するようにしたことを特徴とする加減速制御方式
   。 ２、前記加減速制御部を、前記関数発生周期Ｔ毎の軸移
   動指令値を入力して時定数τ＿１（ただし、τ＿１＝ｎ
   ・Ｔ、ｎは自然数）の直線形加減速を行なう第１の直線
   加減速処理部と、前記関数発生周期Ｔ毎に第１の直線加
   減速処理部から出力される加減速処理後の軸移動指令値
   を入力して前記電動機制御周期ｔｃ毎の軸移動指令値を
   生成する補間周期変換部と、前記電動機制御周期ｔｃ毎
   に前記補間周期変換部から出力される軸移動指令値を入
   力して時定数τ＿２（ただし、τ＿２＝ｍ・ｔｃ、ｍは
   自然数）の直線形加減速を行なう第２の直線加減速処理
   部とを直列に接続して構成し、Ｓ字形加減速制御を前記
   電動機制御周期ｔｃ毎に行なうようにしたことを特徴と
   する加減速制御方式。