JPH0227409A - サーボモータの制御装置 - 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〕 本発明は複数軸の協調補間制御を行うサーボモータの制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

このような制御装置で２軸サーボの補間制御を行うとき
、補間形状が直線の場合には軌跡誤差は生じないため問
題ないが、直線以外の場合には制御系の位置ループの遅
れ等に起因して、軌跡が理想的な曲線（ユーザがプログ
ラムにより指示した形状の曲ｗｃ）の中心側にずれる現
象があり、精度上の問題となる。以下このずれ幅を曲線
誤差と称する。曲線誤差を最小化するため従来は日経メ
カニカル１−１１号（１９８８）Ｐ５３〜Ｐ５４記載の
ように、位置制御部に微分要素を有したフィードフォワ
ードループを組み込み、位置偏差から作られる速度指令
に位置指令を微分した値を加算し、指令値に対するサー
ボの追従遅れを低減する方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術には以下の問題点があった。すなわち曲線
の補間制御を行う場合、軌跡は位置ループの遅れにより
内側にずれるとともに、速度ループの遅れにより外側に
ずれる。またいわゆるソフトウェアサーボ方式で制御系
を構成した場合、速度指令に代表される制御指令が演算
の周期でしか切替わらないため、この周期（以下サンプ
リング周期）に起因して同様に軌跡は外側へずれる現象
が生じる。上記従来技術はこれらの点について配慮がさ
れていないため、速度ループの遅れやサンプリング周期
が十分に小さい場合には高精度の軌跡制御を実現できる
が、これらが大きくなると軌跡が外側へずれ、精度が逆
に低下する問題があった。

本発明の目的は上記現象に配慮してフィードフォワード
の効果を調節することで、高精度の軌跡制御を行うサー
ボモータの制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、前記フィードフォワードループにおいて、
微分要素と直列に比例要素を挿入することにより達成さ
れる。

〔作用〕

比例要素は、そのゲインを適当に設定することによりフ
ィードフォワードの効果を調節する働きをする。したが
って速度ループの遅れ時間やサンプリング時間が大きく
、微分要素のみのフィードフォワードでは軌跡が外側へ
ずれる場合には、比例要素のゲインを１より小さな値に
設定することにより、軌跡を内側へ遷移させることが可
能となる。またゲインを最適な値に設定すれば、軌跡の
ずれを極めて小さい高精度な軌跡制御が実現される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従って詳細に説明する。第
１図に本発明において実現された。サーボモータの制御
装置における位置制御部の構成を示す。また第２＠に本
発明を適用するサーボモータの制御装置の構成を示す。

まず第２図により装置全体の構成を説明する。

サーボモータの制御装置（以下制御装置と称する）２０
１には、被制御機器としてサーボ機器２０２゜２０’３
と、出力リレー２０４，２０５、入力スイッチ２０６，
２０７が接続されている。サーボ機器２０２はＨｌを通
して出力される速度指令により動作し、現在位置を特定
する情報をＦｌを通し制御装置２０１に帰還する。サー
ボ機器２０３もＨ２，Ｆ２を通して同様の動作を行う。

リレー２０４．２０５を開閉する信号は、それぞれ出力
接点Ｙｌ、Ｙ２から出力する。またスイッチ２０６゜２
０７の信号は入力接点Ｘｉ、Ｘ２より入力する。

制御装置２０１を動作させるプログラムはプログラム入
力装！２０８から入力される、プログラム入力装置２０
８は、入力されたプログラムをプログラム変換手段２０
９により制御部［２０１で実行できる形に翻訳する。そ
の後制御装置２０１に転送する。第２図ではコントロー
ラ２０１が制御する機器として、サーボ機器２０２，２
０３、リレー２０４，２０５、スイッチ２０６，２０７
を接続したが、システム全体としては、さらに他のサー
ボ機器、リレー、スイッチであってもよい。

またプログラム入力装置２０８、サーボ機器２０２゜２
０３は、制御装置２０１と一体化してもよい。

またＨｌ、Ｈ２を通してサーボ機器２０２，２０３に与
える制御信号を速度指令としたが５位置指令やトルク指
令、電流指令でもよい。

第３図は第２図の制御装置２０１によって制御される自
動機械の一例として、レーザ加工機の構成を示したもの
である。レーザ発振器３０１より出力されるレーザ光３
０２はペンドミラー３０３によって方向を変えられ、加
工ヘッド３０６に設置された加工レンズ３０７へ入力さ
れる。加工レンズ３０７は被削物３０４を焦点位置とし
てレーザ光を絞り、テーブル３０５に備えられた被削物
３０４へ照射する。テーブル３０５は、第２図のサーボ
機器２０２，２０３により駆動されるギア３０８．３０
９によッテ、位置をＸ軸、Ｙ軸の２軸方向へ制御される
。また制御装置２０１は、サーボ機器２０２，２０３の
電源をリレー２０４゜２０５によりそれぞれ開閉し、Ｘ
軸方向のテーブルのストロークの両端を示すアラーム信
号を、スイッチ２０６，２０７により検出する。他のス
イッチを追加すれば、Ｙ軸方向のストロークの両端も検
出できる。サーボ機器２０２，２０３、リレー２０４，
２０５．スイッチ２０６，２０７はユーザにより入力さ
れたプログラムにしたがって動作し、これにより被削物
３０４に任意の形状のレーザ加工を施すことができる。

一今、サーボ機器中の速度ループの応答時定数をＡＳＲ
の応答遅れ１位置ループの応答時定数をＡＰＲの応答遅
れと称する。曲線補間制御時には。

これら二つの遅れに起因して、実際の加工ヘッドの移動
軌跡が、理想軌跡（プログラムで指示された軌跡）の内
側、あるいは外側へずれる現象が起こる。定性的には、
ＡＰＲの遅れに起因して軌跡は曲線の内側へ遷移し、Ａ
ＳＲの遅れに起因して軌跡は曲線の外側へ遷移するが、
実用的な範囲では通常内側へ遷移する。

以下円弧補間を行った場合を例に説明する。第４図は１
円弧補間を行い軌跡が定常状態に達したときの軌跡誤差
の様子を示す。ユーザがプログラムで指示した半径Ｒｒ
　ｅ　ｘの指令軌跡４０１に対し、実際の軌跡は４０２
のように誤差ΔＲを含んだものとなる。この誤差を以下
円弧誤差と称する。

第１図に戻り１本発明で実現した、サーボモータの制御
装置における位置制御部の構成を示す。

位置指令発生部１０１は、補間形状、加工ヘッド３０６
の移動速度に応じてＸ軸、Ｙ軸の位置指令ＰＸ＊、　Ｐ
Ｙ＊を演算する。そしてサーボ機器２０２゜２０３から
接点Ｆｌ、Ｆ２を介してそれぞれ帰還される現在位置ｐ
Ｘ、Ｐｖとの間で、偏差ΔＰｘ　。

ΔＰｖを求める。そして比例要素１０４，１０７で所定
のゲインＫｐをかけ合わせる。微分要素１０２．１０５
．比例要素１０３，１０６からなる各軸のフィードフォ
ワード部は円弧誤差を最小化するために付加されている
１本発明の特徴は微分要素と直列に比例要素を組み込ん
だことである。

通常フィードフォワード部は微分要素のみで構成され、
各軸の位置指令Ｐｘ＊、　Ｐｙ＊を微分した遅れのない
速度指令を、位置偏差ΔＰＸ、ΔＰＹからつくった速度
指令に加算し、その結果を実際の速度指令Ｖχ・、ＶＹ
”として、接点Ｈ１，Ｈ２から各軸のサーボ機器に出力
する。この方法には円弧誤差のうちＡＰＲの遅れに起因
した部分を補正し、軌跡を外側に遷移させる効果がある
。しかし前述したように１円弧誤差にはＡＳＲの遅れも
寄与する。

これにより軌跡は外側へ遷移するので、ＡＳＲの遅れが
大きい場合には軌跡の半径が過大となり逆に円弧誤差が
大きくなる。この点を解決するために、比例要素１０３
，１０６はフィードフォワードの効果を調節する。すな
わち比例要素１０３゜１０６のゲインＫｉを１未満の適
当な値に設定し、軌跡の外側への遷移を調節することに
より、軌跡を指令軌跡と一致させることが可能となる。

したがって高精度の軌跡制御が実現される。各軸の比例
要素１０３，１０６は微分要素１０２，１０５の前段に
挿入しても同じ効果が得られる。比例要素のゲインＫｇ
については、実際に運転を行いながらチューニングによ
り最適な値に設定してもよいし１円弧誤差に関する適当
な評価式を基に設定してもよい、評価式としては、速度
ループの応答時定数を一次遅れと仮定し、ＰＸ＊、　Ｐ
Ｙ傘、ｖｘ＊。

Ｖｖ・等の制御指令が連続的に更新されるとすると、例
えば、 ・・・（１） （但しＴＶは速度ループの応答時定数、ωは加工ヘッド
の移動角速度）のような形で表わされる。

（１）式は導出の仕方を変えたり、近似の仕方を変える
ことにより多少異った形にもなり得る。（１）式でΔＲ
＝ＯとしてＫｎ　を算出し、設定すればよい。またＫＮ
の設定を制御装置２０１が自動的に行える構成となって
いる場合には、（１）式に基づいたＫｚの算出とＫｚの
設定を制御装置２０１で自律的に行ってもよい。このよ
うな方法により、Ｋｔは制御系や加工条件に配慮した最
適値に設定される。

第１図の制御ブロックをソフトウェアで実現したソフト
ウェアサーボ方式の場合、速度指令Ｖ　Ｘ拳。

ＶＹ＃は演算の周期（以下サンプリング周期）で離散的
に更新される。このときサンプリング周期Ｔｓが大きく
なると、Ｔｓに起因して軌跡は円弧の外側へ遷移する。

これを補正するための式はやや複雑であるが、例えば（
１）式を ・・・（２） のように修正すればよい。またソフトウェアサーボ方式
の場合、（２）式によりに１をサーボ運転中にリアルタ
イムで変更するもできる。制御装置２０１にこのような
Ｋｉの算出手段と、Ｋｔの変更手段を設ければ、Ｋｘ　
として加工条件に応じた最適値を自動的に設定すること
が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば１曲線軌跡の補間制御を行うとき、位置
制御部のフィードフォワードゲインの値を調節するだけ
で曲線誤差を最小化できる。したがって高精度の軌跡制
御が容易な手法で実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系の構成図、第２図は
機器構成図、第３図は自動機械の一例を示す図、第４図
は軌跡誤差の一例を示す図である。 １０１・・・位置指令発生部、１０２，１０５・・・微
分要素、１０３，１０４，１０６，１０７・・・比例要
素、２０１・・・サーボモータの制御装置、２０２゜２
０３・・サーボ機器、２０８・・・プログラム入力手段
、２０９・・・プログラム変換手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数軸による曲線の補間制御を行う機能を有したサ
   ーボモータの制御装置に含まれ、各軸の位置指令を算出
   する手段と、該位置指令の変化率を算出する手段と、該
   位置指令と該サーボモータから帰還される現在位置との
   偏差にゲイン１を乗じて得られる値１を算出する手段を
   有した位置制御部において、該変化率を適当なゲイン２
   を乗じて得られる値２として算出する手段と、値１と値
   ２を加算する手段を備えたことを特徴とするサーボモー
   タの制御装置。 ２、前記サーボモータの制御装置において、前記位置制
   御ゲインと前記サーボモータの速度ループの遅れ、さら
   に前記曲線の曲率半径、制御対象の移動速度をパラメー
   タとして算出される軌跡誤差を最小化するようにゲイン
   ２を設定する手段を有したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のサーボモータの制御装置。 ３、前記サーボモータの制御装置が前記位置指令を定周
   期で離散的に発生して補間制御を行う場合には、前記位
   置制御ゲインと前記サーボモータの速度ループの遅れ、
   さらに前記曲線の曲率半径、制御対象の移動速度、前記
   位置指令の発生周期をパラメータとして算出される軌跡
   誤差を最小化するようにゲイン２を設定する手段を有し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ
   モータの制御装置。