JPH03150084A - サーボモータの速度制御方式 - 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、工作機械の送り軸等の駆動に利用されるサー
ボモータの速度制御方法に関する。

従来の技術 サーボモータにエンコーダを取り付け、該エンコーダか
らの単位時間（制御周期）当りの出力パルス数を速度フ
ィードバック信号としている。この場合、エンコーダか
らの出力パルス数をそのまま用いると、量子化誤差のた
めに、サーボモータの速度が微速あるいは一定速の送り
の場合でも、速度フィードバックに１パルスの段差が生
じる場合がある。これを回避するために、エンコーダか
らの出力パルスにフィルタを掛けて該フィルタから出力
される推定速度を速度フィードバック信号として使用し
、速度ループ制御を行う制御が行われる場合がある。− 第４図はこのエンコーダからの出力パルスにフィルタを
掛けて推定速度で速度ループ制御を行う速度制御系のブ
ロック図である。

図中、１０は速度制御部で、この例ではＰＩ（比例積分
）制御の例を示している。１１は積分項でに１は積分ゲ
イン、１２は比例項でに２は比例ゲインである。１３は
電流ループ、１４はインバータ等で構成されるパワーア
ンプ、１５はサーボモータ、１６はサーボモータ１５に
取り付けたエンコーダから出力される人相、Ｂ相の信号
から単位時間当りのフィードバックパルスＸを出力する
ＬＳＩ、１７はフィルタである。

従来は、上記フィルタ１７の伝達関数をｒｌＪとして、
単位時間当りのフィードバックパルスＸをそのまま評価
速度として使用するか、量子化による±１パルスのばら
つきの影響を低減するためにフィルタ１７をローパスフ
ィルタとして推定速度Ｙを求め、これを速度フィードバ
ック信号として用いる場合がある。

位置ループから出力された速度指令Ｖｃとフィルタから
出力された速度フィードバック信号Ｙの差を求め、速度
制御部１０でＰＩ制御を行って電流指令１ｃを求め、電
流ループで各相の電流指令値を計算し、ＰＷＭ回路でＰ
ＷＭ（パルス幅変調）信号を作り、パワーアンプ１４を
駆動してサーボモータ１５を駆動する。そして、デジタ
ルサーボにおいては、各相の電流指令値を作るまではソ
フトウェアによりプロセッサによって処理される。

上記ローパスフィルタ１７は第５図（ａ）に示すような
１次のローパスフィルタや第５図（ｂ）に示すような２
次のローパスフィルタが使用される。

なお、第５図（ａ）（ｂ）において、符号２１゜２３．
２６は積分項で、符号２２のａは積分ゲインを示し、符
号２４のにｌは積分ゲイン、符号２５のに２は比例ゲイ
ンを示している。

発明が解決しようとする課題 速度フィードバックパルスＸにフィルタを掛けないと、
即ち、フィルタ１７の伝達関数を「１」とすれば、上述
したように、速度が微速または一定速の送りの場合、量
子化の影響で速度フィードバックパルスに±１パルスの
段差が生じ、速度むらが生じる。

またフィルタを掛けた場合、量子化の影響を小さくする
ことができるが、全域強いローパスフィルタを掛けると
、フィルタへの時間遅れによってサーボ系全体の制御性
が劣化する。即ち、第５図（ａ）に示す１次のローパス
フィルタ、２次のローパスフィルタを使用した場合、こ
のフィルタの伝達関数（Ｙ／Ｘ）は次のようになる。

Ｙ　　　　　Ｓｋ２＋ｋｌ　　　　　＋＋＋＋＋＋　（
２゜Ｘ　　　　Ｓ　＋ＳｋＺ十ｋｌ この伝達関数が示すように、入力Ｘに対し出力Ｙは１次
遅れ、２次遅れとなり、サーボ系全体の制御性を悪（し
、サーボ系全体の剛性（外乱トルクに対する強さ）を悪
くする。

そこで、本発明の目的は、サーボ系全体の剛性を強くす
ると共に速度むらのない速度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 サーボモータの速度をエンコーダで検出して該エンコー
ダの出力パルスをローパスフィルタに入力し、該ローパ
スフィルタの出力を推定速度とし、該推定速度を速度フ
ィードバック信号として速度制御を行うサーボモータの
速度制御方式において、本発明は、上記推定速度を積算
して得られる推定位置と実際の位置の差が小さいときに
は上記ローパスフィルタの帯域を低くし、差が大きいと
きには上記ローパスフィルタの帯域を高くすることによ
って、サーボ系全体の剛性を損なわず、かつ、量子化に
より生じる速度むらをなくした。

作用 定常状態、あるいは速度変動がフィルタの時定数に対し
て十分小さい場合、このような場合には、推定位置と実
際の位置の差は小さくなるので、口一パスフィルタの帯
域を小さくしてフィルタの伝達関数のゲインを小さくし
、フィルタ効果を強くする。その結果、量子化の影響を
抑え、速度むらを小さくすることができる。一方、推定
位置と実際の位置の差が大きく速度変動が大きい場合に
は、ローパスフィルタの帯域を高くしてフィルタの伝達
関数のゲインを上げ、フィルタ効果を弱くしてフィルタ
の時間遅れを小さくしてサーボ系の剛性を高めることが
できる。

実施例 第２図は、本発明を実施する一実施例のフィルタ１７の
ブロック図で、本実施例では、第５図（ｂ）に示す２次
のローパスフィルタを使用した例を示している。

第５図（ｂ）に示した２次のローパスフィルタと相違す
る点は積分ゲインｋｌ、比例ゲインに２を可変にしたこ
とである。また、積分項２３．２６をプロセッサにより
デジタルに処理を行うことから、積分項１．４とした点
で相違している。

エンコーダからの単位時間当りの出力パルス数Ｘ（実速
度）からローパスフィルタの出力パルス数Ｙ（推定速度
）を減じた差を積分項１で積算すれば、積分項１の出力
Ｅはサーボモータの実際の位置とローパスフィルタで推
定された推定位置の差となる。この差に積分ゲインに１
を乗じた値に、エンコーダからの単位時間当りの出力パ
ルス数Ｘからローパスフィルタの出力パルス数Ｙを減じ
た値（Ｘ　−Ｙ）に比例ゲインに２を乗じた値を加算し
、その加算した値を積分項４で積算してフィルタの出力
Ｙとすることによって２次のローパスフィルタを形成し
ている。

この２次のローパスフィルタの伝達関数は第（２）式と
なる。そして、このフィルタの帯域周波数をｆｎ（フィ
ルタの時定数１／ｆｎ）とし、ダンピング定数をξ、上
記フィルタの処理のサンプリング周期をＴｓとすれば、
積分ゲインｋｌ。

比例ゲインに２は次のようになる。

ｋｌ＝　（２ｚｆｎ）　・Ｔｓ”　　　　・−（３）ｋ
２＝２−ξＣ２ｘｆｎ）・Ｔｓ　　　−（４）その結果
、フィルタの帯域周波数ｆｎを低下させれば、ゲインｋ
１．に２は小さくなり、第（２）式の伝達関数から、２
次遅れが強（なりフィルタ効果が高くなる。一方、フィ
ルタの帯域周波数ｆｎを高くすればゲインｋｌ、に２は
大きくなり、第（２）式に示す伝達関数は「１」に近く
なり、フィルタ効果は減少する。

そこで、サーボモータの実際の位置とローパスフィルタ
で推定される推定位置の差、即ち、積分項１の出力Ｅが
小さくなればフィルタの周波数帯域ｆｎを低くし、太き
くなれば周波数帯域ｆｎを高くし、量子化による速度む
らをなくし、かつ、サーボ系全体の剛性を強くする。

本実施例においては、第３図に示すように、サーボモー
タの実際の位置と推定位置の差、即ち、積分項１の出力
Ｅ　（＝Σ（Ｘ−Ｙ））が１パルス以下の場合にはフィ
ルタの帯域周波数ｆｎを低い周波数ｆ１とし、出力Ｅが
２パルス以上の場合には帯域周波数ｆｎを高い周波数ｆ
２とする。また、出力Ｅが１パルスと２パルス間であれ
ば、出力Ｅの値に比例した帯域周波数ｆｌからｆ２まで
の周波数とする。

以下、この実施例を実施するデジタルサーボのプロセッ
サが行う処理を第１図に示すフローチャートで示す。

デジタルサーボのプロセッサは速度処理周期（＝サンプ
リング周期Ｔｓ）毎第１図に示す処理を実行する。

まず、エンコーダから出力される単位時間（速度処理周
期）当りのパルス数Ｘを読み（ステップＳ１）、積分項
ｌとして作用するレジスタＲ（Ｅ）にこのパルス数Ｘを
加算すると共に、前周期のフィルタの出力Ｙを記憶する
レジスタＲ（Ｙ）の値Ｙを減じて、実際の位置と推定位
置の差ＥをレジスタＲ（Ｅ）に格納する（ステップ３２
）。次に、このレジスタＲ（Ｅ）に格納された、実際の
位置と推定位置の差Ｅの絶対値ＩＥＩ（１以下か２以上
か、または１から２の間か判断しくステップＳ３）、１
以下ならばフィルタの帯域周波数ｆｎをｆｌに設定し、
２以上ならば帯域周波数ｆｎをｆ２に設定する。また、
１と２の間であれば、次の第（５）式の演算を行って帯
域周期ｆｎを決定する（ステップＳ４〜Ｓ６）。

ｆｎ＝　（ｆ２−ｆｌ）　・ＩＥＩ−ｆ２＋２ｆｌ−・
・・・−（５） こうして設定された帯域周波数ｆｎに基いて第（３）式
、第（４）式の演算を行って積分ゲインｋ１．比例ゲイ
ンに２を求める（ステップ３７）。

次に、積分項４の作用を行うレジスタＲ（Ｙ）に、上記
算出された積分ゲインに１に実際の位置と推定位置の差
Ｅを乗じた値、及び、エンコーダからの単位時間当りの
パルス数Ｘ（実速度）からレジスタＲ（Ｙ）に記憶する
前周期のフィルタの出力Ｙ（推定速度）を減じた値に比
例定数に２を乗じた値を加算して、当該周期のフィルタ
１７の出力Ｙを求め、レジスタＲ（Ｙ）に格納し、この
出力Ｙを速度ループ処理へ引き渡す（ステップ３８゜３
９）。速度ループ処理では、このフィルタ１７から出力
された推定速度Ｙを速度フィードバック信号として使用
し、速度ループ処理を行うこととなる。

発明の効果 本発明は、サーボモータの速度が微速の場合や、一定速
の送りで速度変動が小さい場合に、エンコーダからの単
位時間当りのパルス数に±１パルスの段差が生じるが、
サーボモータの実際の位置と、フィルタから出力される
推定速度を積算して得られる推定位置の差が小さくなる
と、フィルタの帯域周波数を低くし、フィルタ効果を高
めるので、推定速度は滑らかとなり、速度むらが生じる
ことはない。

また、サーボモータの実際の位置と推定位置の差が大き
いとき、即ち速度変動が大きいときには、フィルタの帯
域周波数を高くしてフィルタ効果を弱くするので、サー
ボ系全体の剛性を高めることができ、サーボ系の剛性と
定常状態での動きの滑らかさを両立させる速度制御系が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の動作フローチャート、第２
図は同実施例におけるフィルタのブロック図、第３図は
同実施例におけるサーボモータの実際の位置と推定位置
との差とフィルタの帯域周波数との関係を説明する説明
図、第４図は速度フィードバック信号にフィルタを掛け
た速度制御系のブロック図、第５図（ａ）（ｂ）は第４
図におけるフィルタとして使用されるフィルタのブロッ
ク図である。 １．４・・・積分項、ｋｌ−・・積分ゲイン、ｋ２・・
・比例ゲイン、Ｅ・・・積分項出力、Ｘ・・・エンコー
ダからの単位時間当りのパルス数（実速度）、Ｙ・−・
フィルタからの出力パルス数（推定速度）、１０−・・
速度制御部、１フー・・フィルタ。 量 第１０ 刀−ドバラクパルス数Ｘを３表も １Ｒ（Ｙ）←Ｒ（Ｙ）＋に１−Ｅ＋に２［ｘ−Ｒ（Ｙ）
］　１社ｓ１１−１１１△

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータの速度をエンコーダで検出し、該エ
   ンコーダの出力パルスをローパスフィルタに入力し、該
   ローパスフィルタの出力を推定速度とし、該推定速度を
   速度フィードバック信号として速度制御を行うサーボモ
   ータの速度制御方式において、上記推定速度を積算して
   得られる推定位置と実際の位置の差が小さいときには上
   記ローパスフィルタの帯域を低くし、差が大きいときに
   は上記ローパスフィルタの帯域を高くすることを特徴と
   するサーボモータの速度制御方式。
2. （２）サーボモータの速度をエンコーダで検出し、該エ
   ンコーダの出力パルスをローパスフィルタに入力し、該
   ローパスフィルタの出力を推定速度とし、該推定速度を
   速度フィードバック信号として速度制御を行うサーボモ
   ータの速度制御方式において、上記エンコーダから検出
   された速度と上記推定速度の差の積算値が小さいときに
   は上記ローパスフィルタの帯域を低くし、差が大きいと
   きには上記ローパスフィルタの帯域を高くすることを特
   徴とするサーボモータの速度制御方式。