JPH0215305A - 入力指令の先読み変換による応答制御と自動加減速制御 - 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】

ロ１コ産業上の利用分野： ノくルス比伊り巾ＩＪ　１４和４二よるアクチエータを
用シする分野全てが対象となるが、中でも高速高精文の
連続位置決めが要求される、磁気ヘッド駆動装置、ＮＣ
プロッター、ＮＣ木工機械−ＮＣ工作機械、ＮＣ鍛圧機
械、ＮＣロボット等が考えられる。 ［２］従来の技術： こうしたノくルス比イダリｆｌ（り律ｎ４二おし）でζ
よ、一定の時間遅れ等の応答遅れが宿命的に存在し一当
然ながら位置としての遅れは指令速度に比例して太き（
なる。従来はこの遅れが支障を来す（入出力ゲインの低
下・六Ｉ−ローク誤差−同時複数軸制御での軌跡狽差、
などを生ず皿上菖土土−などの試みが為されてきた。 また自動力ロ減速ζ二つりＳでｌよ、Ｖ足来−船釣ζこ
用いられてきた補間後自動加減速（指数関数形−ベル形
−直線形等力（ある力く、−）づ−れも応答遅れと同様
の支障を来すため−と二では比較対象外とする）の他、
（３−を 方法などがとられできた。 ［３コ発明が解決しようとする問題点二′ｎｊＴ１！Ｉ
己の従来技術（二お０て−　（１）の場合（友時間的な
１１巳率イ氏下を招（〜たり一市り（部系の周波数特１
生力（悪くなり、（２）の場合は１り御系の安定性を損
なうことになり一遅れ時間をゼロに近ずけることは擺め
て回能である。 また（３）による自動加減速の方法では、応答出力とし
てアクチエータが実際に要求されている加減速度を把握
せず、入力指令の速度変化のみで加減速の要否推定を行
うため、０たずら（二級や力１なカロ減速となリカ（ち
な上−力ロ減速要否半り断屯二用（Ｓる演算もジμ常４
二複雑となる（離散的な入力指令では、隣合う指令間に
速度差がある場合、時間ゼロでその速度変化を要求する
加減速度無限大の形になっており、その大小判断が極め
て回能なため）。 ［４コ問題点を解決するための手段： 速続位置決め制御において一アクチエータや機械系に与
えられる移動指令は、これらの１貫１生の影響で急、激
な変イヒを号令＆よ巾り阪される。 し力蔦し電子回路ｆｆＪ’Ｊで（よそのｆ＋ｔす１（Ｊ
ｌカ（Ｃよとλ２ど無い。すなわち、第１図において、
１号ｃ、ｄの間で比例制御系の遅れを生じ、信号ａ、ｂ
Ｃ上で急激な変化を伴う指令変換を行っても、信号ｄ以
降にはそのまま急激な変化指令は伝わらない。本発明［
１１はこの現象を利用したもので、指令変換の方法は次
のように構成される。 ■、最初の第１入力指令は、その終点を当該制御系の応
答遅れ特性に合わせて一定時間分、伸長し、 ■、伸長後の第１指令終点から、第２入力すけ令力丈そ
の始、截力１ら前ｎ己一定時間と初Ｉｉ謂演算周期の和
の時間分進んだ場合の想定点まで１補間演算周ｊｌＪ１
で戻るす号令を追カロしく二〇追カロ指令の速度はその
長さを補間演算周期で除した値となるが、応答出力には
通常現れない）。 ■−第２指令の始点を上記想定点にシフｌ−すると共に
〜その終点を前記一定時量分伸長させる（第２入力を号
令の移動量力’　１　＊＋ｉ１間γ寅算周１Ｕ分の長さ
だりな場合、このり台、哉と終５県４よ一致するため■
のステップは省く）。−−一−−−−以降一最終指令ま
で上記■■と同様の指令変換を繰り返し、 ■、最ｒ＆　＜二、イ申長？麦の最終す号令の糸冬、哉
力箋ら元の最終入力す号令の糸冬、ａまで１１１甫間′
を直算周期で戻る指令を追加する。 また−第２図、第３図、第４図は、同時２車山のノｆル
ス比伊り市りＷＣ二より、連続イ立置決めｆｔｔｌＪ（
卸をする場合の入力指令と１次遅れ系応答出力の関係を
示しており、応答遅れ時定数４０ｍ５−偏差演算周期１
　ｒｎ　ｓ、速度一定指令６０　ｒｎ　ｒｎ　、／　ｓ
、の条件下で補間演算周期を８゜１６、３２ｒｒ＋ｓの
３通りに変丸な時のものである。この図からもわかるよ
うに、通常応答では応答遅れ時定数の倍以上の時間をか
けて曲カ（る（２願口夫々のＬど答出力ヵ（速変変イヒ
を終える）のに対し一指令変換した場合の応答はるよｃ
ｒｌ補間泪（算周期でＦＪＪ３力くるのカ（わ力する。 本発明［ＩＩ］＜！、二の現象をｆｌＪ用したもので、
機械系の許容加減速度限界をαｍｍ、／秒２〜補ｔ１謂
７１算眉１期を８秒−ある−っ０）市制御系での速度変
化指令をＰ　＋　ｒｎ　ｒｎ　／／秒とＦ　２　ｒｎ　
ｒｒｘ　、／秒とした時、 ２−Ｆｌ ≦　α 上式を常（こ満足するよう４３指令をカロ減速ｍｌＪ御
する方式をとっている。 尚、このカロ減速市り御るよ、ＮＣＪ截群データを処理
する場合、補間演算周期に合わせて端数処理をする前の
生指令に対して施すのが効率的であり、仮４二端数処理
１表の入力を旨令（二対して施すと、この加減遠制■の
後、再度一端数処理する必要がある。 ［５コ発明の効果； 本発明

【■］（±前言己のようζ二構成されて０るので
、隣り合う入力指令間に速度変化や移動方向度イヒカ（
ある場合でも、従来のようζこ応答遅れ時定数の倍以上
の時間をかけて断次変化するのでなく、はぼ１補間演算
周期で変化できる。従りで一応答遅れ時定数に比べて十
分〕」為さな初１間演算周３男を用いれ（ｆ、応答出力
４よ入ブフｔｉｔ令どおりのイ装置軌跡を辿ること力（
でき、従来は周波数や速度の増大と共に顕在化していた
入出力ゲインの低下（スｌ−ローク誤差）−同時複数軸
曲ｊ御下での騙し跡誤差（ｌｈ率縮小誤差、位相ずれ誤
差、コーナのダレ）等の問題を一掃できる。 また−本発明［０１による自動加減速制御を併せ用いる
とともに、補間演算周期よりも十分小さい偏差演算周期
とすることで一実際にアクチエータに要求される応答出
力の加減速度を精度よ（把握できると共に、その能力に
合わせて、制御はずれ等を起こさずに連続位置決めがで
きるギリギリの加減速制御をすることができる。 ［６］発明［Ｉ］の実施例： 第５図は本発明の１実施例で、一つのパルス比例制御系
で連続位置決めする場合の１次遅れ応答を、通常制御と
本発明【！】の制御とで比較した線図である。図中、実
線で示す折れ線Ｉは通常入力指令、−点鎖線■は本発明
による変換後指令、二点鎮櫟工０は入力指令工に対する
応答出力、点線■ゝは変換後指令Ｈに対する応答出力で
ある。この図からも判るように、■の入力指令を減速さ
せながらＸ＝６８５０でＵターンし、加速させながらＸ
＝４５００で急停止を命じても、通常応答Ｉ９　はＸ＝
５８５０あたりでＵターンしでしまい、Ｘ　＝　４５０
０までの位置決めにも時間がかかる。一方一変換後指令
■に対する応答ｒｘ＃は、元の入力指令をちょうど時間
軸方向に応答遅れ時定数分ズラしただけで、はぼ同じ位
輩変化を辿る。 さらに、この図における入力指令の変換方法を示すと、
点ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｔ＝−ｆ−ｇｈ−ｉは夫々点Ａ−Ｂ
−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−０−Ｈ−１までの入力指令を応答遅
れ特性に合わせた一定時間分（通常、この一定時間は、
全応答遅れ晴間から補間演算周期の半分を引いた時間に
した時、最適な補正効果が得られ、３５−５　＝　３０
　ｒｒｘ　ａとなる）伸長した点であり、　−ｔ＃ｃ　
ａｂと点ｈ　１１！、入カナ斤令Ａ　−Ｂ　、　Ｈ−１
の長さが】補間演算周期分の長さではないため（いずれ
も２補間演算周期分）夫々点Ａや、俄Ｈ力１ら前記一定
時間と補間演算周期との矛口の時間分（３０−４−１０
＝　４０　ｒｒｘ　ａ　）進んだ場合の想定点である。 また、点＋１は入力指令の最終点！と同じ座標までの戻
し指令の終点である。 なお、第５図では、図の煩雑さを避けるため、指令変換
後の一点Ａ−点ａ間の時間長さが補間演算周期の整数倍
となるような応答遅れ時間（前記一定時間）を選んだが
一実際には任意の応答遅れ時間に対応せねばならず−そ
のため、最初の第１指令だけは、伸長分を含めて点ａま
でを補間演算周期の整数倍になるよう、再度、端数処理
する（予め、生指令を１度端数処理した入力指令が夫々
持っている速度のうち、第１指令の速度だけを再度速度
変更して、伸長後第１指令の時間長さを補間演算周期の
整数倍にする）必要がある。第１指令以外は、入力指令
が１度端数処理されている限り、指令変換後も必ず補間
演算周期の整数倍になる（本発明［１１で記した方法（
こよれ４ｆ、第１指令以外シ±、変換後のす斤令の時間
長さは一全て１補間演算劇期分−ある一１ζ裏人カナ斤
令の時°間長さ力１ら１補間演算周期分を引いた長さに
なるため）。 第６図＆ｆ、−同時２ｍ山で連続位置決めノ４ルス比例
制御をする場合の、１次遅れ系でみたシミ具し−シーン
結果で一通常応答と、本発明［１１ζ二よる（斤令変換
した場合の応答との軌跡誤差の違いを比べた図である。 ［７］発明［ＩＩ］の実方龜伊り： 当該ｆｆ１ｌＪ９ＩＩ系で用いるアクチエータのカロ減
速能力（機械系を含めた）をｅｘ　ｒｎ　ｒｎ　７秒２
、初Ｔ間演算周期を８秒とした時、アクチエ−タカくず
則御はずれを生ぜずに追従するための加減速の方法を次
に示す。 最も一般的な例として、同時３軸の連続位置決め巾ＩＮ
卸で一割を数的（二ｔＪｚ亥りみの移動ペクトノー１斤
令（接線速度４よ一定）カ（与えられる場合を考える。 隣合うベクトルｍ令をＩＩＩＩＩＮ番４二Ｌｎ４＝　（
Ｘｎ−１，’ｗ’ｎ−１，Ｚｎ−１）　−Ｌｎ＝　（Ｘ
ｎ、　’ｙ’ｎ、　Ｚｎ）　。 Ｌ　ｎｉｌ　＝　（Ｘ　ｎ÷１．Ｙｎ口、ＺｎＨ）　、
夫々の単位ベクｌ−ル′４：ａｎ−１，ａｎ、ａｎ台ｌ
、接線速度はいずれもＦｍｍ／秒とすれ＆ｆ、ベク１〜
ルＬｎとＬｎ＋１との方位変更角度はｌ　ａｎ＋Ｉ　−
ａｎ　ｌラジアンとなり、この間の速度変イヒ＆＊　Ｆ
　・ｌ　ａｎｉｌ　−ａｎ　ｌとなる。よりて、夫々三
つの匍Ｊ御系ζ二を斤令される速度変イヒ＆よ、Ｆ・１
ｎ　ｎｉｌ　−ａｎ　ｌを夫々の方向余弦で分配したも
のとなり−Ｆ・１ａｎＵ−ａｎｌを越える二と＆裏ない
。従ってｍ＝つのうち最もカロ減速能力の（ａいアクチ
エ−タカく８秒でＦ・１ａｎｉｌ　−ａｎ　ｌの速鷹変
イヒをできるか否か舒、自動加減速要否の分かれ目とな
る。 Ｆ　−ａ　ｎｊｌ　−ａｎ ≦α−・　・・　・−〇 入力されるベタ１−ルｔｋｔ令′４−１１ｒＩ！１次■
式でチエツクし、不成立の場合は、当該部ベクｌ−／し
の速度１′斤令Ｆを次のようζ二変更１−る。 ＬｎのＦを ａｎｎ＋１　　ａ　ｎ Ｌｎ−１のＦを ２　　　　　　　　（Ｌｎ−２のＦ＞Ｆｎ−＋の時のみ
）、Ｌｎ音１のＦを Ｌｎ＋２のＦ　−＋−Ｆ　ｎ Ｆ＋ｎｌ＝　　　　　　　　　　　　　　ζ二変更（第
１加速）、以上の速度変換を全入力指令に対し、順次繰
り返す二とによりｍ：の後で行なわれる本発明［Ｉ］に
よる指令変換後の応答出力は機械系の加減速能力をギリ
ギリまで駆使した高速応答となる。 ■：用語−図面一写真の説明 ［１コ用語の説明： ｉｌＴ　ｒｆｆｌ演算）？、ＨＸＪＪ・・・・１ｌｌｋ
散的なノくルスｆ口ＩＩＩＩ卸ζ二おいては一位置変化
量を意味するパルス数を連続的に指令することはなく、
ある、一定の時間毎に−その時その時の速度に見合った
パルス数を指令する。この時間の間隔を補間演算周期と
記した。 偏差演算周期・・・・ノクルスをトノを受（すたサーボ
ユニッ］−の比＃Ｌ文を寅算器ζ二お−１で−ナトノさ
れたノイルレス数とフィートノイックされたハリレス数
を一定の時間毎に比較演算する時間の間隔を偏差演算周
期と記した。一般にこの周期は補Ｎ、ｆｆｌ演算周期よ
りも十分／ＪＳ−さ（１゜端数処理・・・・・・・・速
度を持った一つ一つの直線移動指令において、その時間
長さが補間演算周期の整数倍となるよう、当該指令の速
度を必要最小限修正することを端数処理と記した。 匍Ｊ　％ｔ４１４よずれ−・−・嗜−サーボユニット力
（時々亥ＩＪ々とアクチエータに与える速度変化命令に
対し、アクチエータの速度応答が大きく遅れる」基台を
市す固１は１′れと５己した１２表現を変えれ（ｆ〜比
ノー　ｆｔ１ｌＪ　ｔＨ系ζ二おり）で、１貫１生４二
よる過渡的な遅れのＩＪＩＪ合力（大きくなり、１次遅
れ系力（成り立たなくなりだ場合を指すともい光る。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・・・・・アクチエータとして、一つのサー
ボ゛モータを用（・たノイノース比伊り市１９ｎ系の基
本構成図である。 第２図・第３図・第４図・・・・・入力指令でな（一応
答出力としての加減速度を把握するためのシミ＾レーシ
ーン図で、本発明［Ｉ］による応答制御を用いると、速
度変化を伴う入力指令の間を、はぼ１補間演算周期で滑
らかに加減速する応答出力となる二とが確認できる第５
図・・・・・・・一つの／＜／レスノー１ｆ４川御系で
連続位置決めする場合の１次遅れ応答を、通常制御と本
発明［１１の制御とで比較した線図である。 第６図・・・・・・・同Ｕ寺２軸のフィルレス比９’ｌ
Ｊ巾ＩＪ　’ＩＨ系で連続位置決めする場合の１次遅れ
応答の軌跡誤差を、通常制御と本発明［Ｉ］の制御とで
比較したシミへレーシーン図である。 ［３コ写真の説明： ０−Ｊ−れも同０寺２軸のノイノース比伊すｌ用御ζ二
よるマシニングセンタで、連続位置決めしナカラ切削加
工した時の軌跡誤差（加工誤差）を、通常制御と本発明
［Ｉ］　　［ＩＩ］の制御とで比畦文したものである。 写真１・・・・・・・・同じプログラムを条件を三つに
分けて、単純な円弧切削したもので、下段はプログラム
の確認を兼ねて、通常制御で１０１００（７分）のｍｚ
　加工、 中段は本発明［Ｉ］　　［■１の制御で７０００（ｒｎ
　ｍ、７分）の加工。 上段は通常制御で７０００（ｍｍ７分）の加工である。 中段は下段と一致しているが、上段は第６図で示した曲
率縮小誤差を生じているのが確認できる。 写真２・・・・・・・・４−ｊ１１４な曲率を持ち一周
期性のある波形の同一プログラムを、速度も幾とおりか
に変えて比較加工したものである。全部で６通りの加工
をしており、最下段より順に、条件を変える都度、切込
み勝手の方に基準座標を−ｒらして０る。子細り３段（
よ通常中り御（こよるカロエで、Ｔｍりより速度をＪＩ
［ｃニ２００　（ｒｒ＋ｍ／分）　、　４０００　Ｃｒ
ｎｒｎ／分）、６０００　　（ｍｒｒ＋／分）と変えた
ものである。 上包１１３段４士本発明［Ｉ］　　［ＩＩ］の市り御ζ
二よる力ロエで、Ｔｍりより速度を１１旺に ２０００（ｍｍ７分）、４０００（ｍｍ７分）、　６０
００　　（ｒｎｒｒｍ、７分）と変えたものである。 最下段のみをプログラム確認のための微速送り（２００
（ｍｍ７分）−）とした。 下側３段では、第６図で示した曲率縮小誤差や位相ずれ
誤差により、速度が大きい程ゆカくみを生じて０るの力
く半Ｕす、上包１」３段でζよ（１ずれの速度において
もプログラムどおりに加工できてしするのカ（半りる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【 I 】：位置移動を離散的にパルス比例制御するシス
   テムにおいて、時々刻々と入力される、速度と移動量を
   持つた生指令を、制御系の補間演算周期に合わせた移動
   指令（以下、入力指令と略す）となるよう端数処理、あ
   るいは補間処理した後、 “ア”：最初の第１入力指令は、その終点を当該制御系
   の応答遅れ特性に合わせて一定時間分、伸長し、 “イ”：伸長後の第１指令終点から、第２入力指令がそ
   の始点から前記一定時間と１補間演算周期の和の時間分
   進んだ場合の想定点まで１補間演算周期で戻る指令を追
   加し、 “ウ”：第２指令の始点を上記想定点にシフトすると共
   に、その終点を前記一定時間分伸長させる（第２入力指
   令の移動量が１補間演算周期分の長さだつた場合、この
   始点と終点は一致するため“ウ”のステップは省く）。 ・・・・以降、最終指令まで上記“イ”“ウ” と同様の指令変換を繰り返し、 “エ”：最後に、伸長後の採集指令の終点から元の最終
   入力指令の終点まで１補間演算周期で戻る指令を追加す
   る。 こうして、入力指令を当該制御系の応答遅 れ特性に合わせて指令変換し、結果としての応答出力を
   、入出力ゲイン低下等の無い、元の入力指令どおりにす
   る方法。 【II】：前項の発明【 I 】による指令変換式応答制御
   を用いると、隣り合う入力指令に速度変化や方向変化が
   あつた場合、偏差演算周期を補間演算周期よりも十分小
   さくすることで、応答出力はその間をおよそ１補間演算
   周期時間で加減速する形となり、アクチエータにも、こ
   の加減速度が要求される。したがつて、応答出力で予想
   されるこの加減速度が予め設定された加減速度限界値を
   越えないよう見張ると共に、越える場合は、当該入力指
   令の速度を自動加減速し、限界値以内になるよう制御す
   る方法。