JPH03175502A - 間引き学習制御方式 - 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、工作機械等に用いられるサーボモータの制御
に関するもので、特に、所定周期で同一パターンが繰返
し指令されるような制御に関する。

従来の技術 サーボモータの制御において、所定周期で同しパターン
で繰返される指令に対し、制御偏差を零に収束させ高い
精度のモータ制御を行い加工精度を向上させる方法とし
て、学習制御方式が用いられてる。

第６図は、上記学習制御方式を適用したサーボモータの
制御における要部ブロック線図である。

第６図において、ｒは速度指令、εは該速度指令ｒと実
際の速度ωとの差である速度偏差、２２は速度ループ伝
達関数で、位置偏差を知るための積分器が加わった従来
から公知のようにＰＩ制御等を行うものである。そして
、学習制御を行うために学習コントローラ２４が付加さ
れており、該学習コントローラ２４は帯域制限フィルタ
２８、所定周期りで繰返される１周期分のデータを記憶
する遅れ要素３０、及び、制御対象の位相遅れ、ゲイン
低下を補償するための動特性補償要素３２で構成されて
いる。

上記学習コントローラ２４は所定サンプリング周期Ｔ毎
に速度偏差εに遅れ要素３０から出力される１周期り前
のサンプリング時のデータＸを加算し、帯域制限フィル
タ２８の処理を行って遅れ要素３０にそのデータを格納
する。遅れ要素３０はｎ（−Ｌ／Ｔ）個のメモリを有し
、■周期り分の各サンプリングデータを記憶できるよう
になっており、各サンプリング時には一番古いデータを
出力するようになっている。即ち、各サンプリング毎１
番地シフトして１番地のメモリに入力データを格納し、
ｎ番地のデータを出力する。その結果、遅れ要素３０の
出力は１周期り労連れたサンプリングデータが出力され
る。そのため、周期りで同一パターンの速度指令ｒが与
えられるから、加算器２６で加算される速度偏差εと遅
れ要素３０の出力は、速度指令ｒのパターン上において
同一位置のデータが加算されることとなる。

また、遅れ要素３０の出力は動特性補償要素３２で制御
対象の位相遅れ、ゲイン以下が補償されて、学習コント
ローラ２４の出力ｙとして出力され、該出力ｙが速度偏
差εに加算されて、この加算データによって速度ループ
処理が実行される。

その結果、所定周期りで同一パターンの処置が繰返され
、あるサンプリング時において前周期で当該サンプリン
グ時に対応するサンプリング時の速度偏差εが大きな値
の場合には、今周期においては、学習コントローラ２４
から大きな値の出力ｙが出力され、速度偏差に加算され
ることとなるから、速度ループ処理に入力される速度偏
差は大きく変り、実速度ωもそれに対して変化するから
、速度偏差εはその値が零に収束するように修正される
ことになり、高精度のモータ制御が可能となる。

発明が解決しようとする課題 上述したように学習制御においては、一定パターンの指
令ｒが繰り返される周期りをサンプリング周期Ｔで除し
た数ｎ　＝　Ｌ　／　７個のメモリＭが遅れ要素３０と
して必要となる。そのため、上記パターンの周期りが長
い場合、遅れ要素３０のメモＪＭの数も増大し用意され
たメモリの数よりも大きくなると、学習制御が不可能と
なる。

そこで、本願発明の目的は必要とするメモリの数（Ｌ　
／　Ｔ　＝　ｎ　）よりも少ないメモリ数でも、学習制
御を可能にする間引き学習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 指令が所定周期で繰り返されるサーボモータの制御であ
って、上記所定１周期分の各サンプリング時の操作量の
補正データを前周期の制御偏差を用いて計算し、該補正
データに基いて操作量を補正してサーボモータを制御す
る学習制御方式において、本発明は、上記各サンプリン
グ時に求められる制御偏差を間引いてメモリに記憶し、
間引かれた間の各サンプリング時の制御偏差は、スムー
ジングフィルタの処理によって求めて補正データを算出
することにより、制御偏差を記憶するメモリの数が、上
記所定１の周期分の各サンプリング時の制御偏差を記憶
するに必要なメモリ数に達しなくても学習制御を行うこ
とができるようにした。

作　　　用 各サンプリング時に求められる制御偏差を間弓いて所定
間隔毎にメモリに記憶させ、上記所定（周期分の制御偏
差のデータを順次記憶する。そして、所定■周期遅れた
時点で補正データを算出する際は、上記所定間隔毎に制
御偏差を記憶したタイミングに対応する時点において砥
該記憶された制御偏差を用いて補正データを計算し、間
引かれたタイミング時の補正データは、その間引かれた
両端時点の記憶する制御偏差に基いてスムージングフィ
ルタ処理を行って制御偏差を推定して補正データを求め
る。

実施例 第１図は本発明の一実施例の学習制御方式を適用したサ
ーボモータの制御における要部ブロック図である。

第１図において、符号４０は学習コントローラであり、
第６図に示した従来の学習コントローラ２４と比べ、サ
ンプラ４２．スムージングフィルタ４４が加わっている
点が相違する。さらに遅れ要素３０のメモリ数をＬ／　
（２に−Ｔ）とした点で相違する。そして、第６図示す
従来の方式と同一の要素は同一符号を符している。

速度偏差εとスムージングフィルタ４４の出力との加算
値は帯域制限フィルタ２８で処理され、その出力はサン
プラ１２により２に回に１回サンプリングされ、遅れ要
素３０のメモリに記憶される。遅れ要素３０からの出力
はスムージングフィルタ４４を介して動特性補償要素３
２に入力され、位相遅れ、ゲイン低下等が補償されて、
学習コントローラ４０の出力ｙとして出力され、速度偏
差εに加算されてこの加算データによって速度ループ処
理が実行される。

上述した学習制御コントローラ４０の処理周期（速度ル
ープの処理周期）をＴ、指令ｒの周期をＬとすると、従
来の学習制御コントローラであれば遅れ要素３０のメモ
リ数はＬ／Ｔが必要であった。しかし、本発明において
はサンプラ１２が２に回に１回しかサンプリングを行わ
ないので、メモリ数ｎは（Ｌ／Ｔ）＋２”　＝Ｌ／（Ｔ
−２’　）となる。即ち、遅れ要素３０のメモリ個数の
最大値をｎｍａｘとすると次の第（１）式が成立するよ
うにｋの値を選択しメモリ数ｎ＝Ｌ／（Ｔ・ｋ ） とすればよい。

１０ｇ’　　ｎｍａｘ−Ｔ　　≦ｋ　　°（１）（ただ
しに＝１．２．３．・・・・・・）第２図は遅れ要素３
０のメモリ数がｎで、遅れ要素３０の出力であるｎ番目
のメモリＭ−ｎからの出力がＥ　（ｔ）で、１番目のメ
モリＭ−１に指令ｒの一周期り進んだ、サンプリング値
Ｅ（ｔ＋Ｌ）が入力されようとするときの各メモリＭ−
１〜〜ｉ−ｎの出力状態を説明する図で、メモリＭ−１
は人力Ｅ（ｔ＋Ｌ）より２’−Ｔ遅れたサンプリング値
が記憶されており、メモリ（Ｍ−２）〜（Ｍ−ｎ）には
ｉつ前のメモリより２’−Ｔだけ遅れた値が記憶されて
いるから各メモリの記憶値は次のようになる。ただし、
ｎ＝Ｌ／　（２”　　−Ｔ）である。

メモリ 記 憶 値 −Ｉ −２ Ｅ　（ｔ＋Ｌ−２’　　◆Ｔ） Ｅ　（ｔ＋Ｌ−２’　　−Ｔ−２） Ｍ−（ｎ−１）　　　　　Ｅ　（ｔ　＋Ｌ−２”　　・
Ｔ　・（ｎ−１）＝　（ｔ＋２’　　−Ｔ） Ｍ−ｎ　　　　　　　Ｅ　（ｔ＋ｔ、　　２’　　−Ｔ
−ｎ）＝Ｅ　（ｔ＋Ｌ−Ｌ）＝Ｅ　（ｔ） 第３図（ａ）　〜（ｂ）は、ｋ＝２として、４回に１回
サンプラ１２でサンプリングするときの帯域制限フィル
タ２８の出力（第３図（ａ））、サンプラ４２の出力（
第３図（ｂ））、スムージングフィルタ４４の出力（第
３図（Ｃ））の−例を示したもので、第３図（ａ）に示
すように、帯域制限フィルタ２８はある時点ｔから（ｔ
＋１２Ｔ）時点までの出力列があったとし、サンプラ４
２は２’　＝２’　＝４回に１回、サンプリングして出
力を出すので第３図（ｂ）に実線で示すようになる。

遅れ要素３０はこの値を記憶することとなるが、スムー
ジングフィルタ４４がないと指令ｒの１周期り後のＬ＋
ｔからは処理周期Ｔ毎、第３図（ｂ）に破線で示すよう
な出力が出されることとなり、これで学習を行うと速度
偏差に含まれる高調波成分が零に収束しない。

そこで、第３図（Ｃ）に示すようにスムージングフィル
タ４４によって遅れ要素３０の出力をなめらかにして出
力するようにする。なお第３図（Ｃ）においてｔ”＝ｔ
＋Ｌで、指令の周期りだけ遅れた時の各処理周期毎の出
力Ｘを示している。

このスムージングフィルタ４４の処理は次のように行わ
れる。ある時刻ｔより指令の１周期り遅れたｔ−（＝ｔ
＋Ｌ）の遅れ要素３０の出力（遅れ要素３０のｎ番目の
メモリの記憶値）をＥ（ｔ′）とすると、遅れ要素３０
の（ｎ−１）番目のメモリの出力は２ｋ　−Ｔだけ時刻
ｔ′より遅れた時刻（ｔ−＋２に−Ｔ）の出力Ｅ（ｔ−
＋２”−Ｔ）となる。

そこで、その差Ｃを第（２）式のようにとる。

ｃ＝Ｅ　（ｔ　−＋２’　−Ｔ）　−Ｅ　（ｔ　−）　
　　−（２）上記差Ｃを２にで割った商をＱ＋、余りを
ｒ。

とし、この余りｒ、に上記差Ｃを加えたものを２にで割
った商をＱ２、余りをｒ２とする。以下、この処理を繰
り返し商Ｑ２’まで求める。即ち、次のようにしてｑ１
〜ｑ２には求まる。

ｃ＝２’　　−ｑ＋　　＋　ｒ＋　　　　　　　　　　
　・・　（３−１）ｒ、　＋ｃ＝２’　ｑ２　＋ｒ２−
＝　（３−２）ｒ２＋ｃ＝２’　　ｑ、＋ｒｔ　　　　
　　　　　＋＋＋　　［３−３）２ ２ ２＋ｃ＝２に 、＋ｃ、＝２’ ２ ２ ＋ｒ２ ＋ｒ２ ・・・　（３−（２’−１）） ・・・　（３−２’） 次に、上記間ｑ１〜Ｑ２’を用い、各処理周間のスムー
ジングフィルタ１４の出力Ｘを次のようにして求める。

（ｔ′） ＝Ｅ （を−） （４−０） （ｔ−＋Ｔ） ＝ｑＩ ＋Ｘ （を−） １ ＋Ｅ （ｔ−） （４−１） （ｔ−＋２Ｔ） ＝ｑ２ ＋Ｘ （ｔ ＋Ｔ） ２ ＋　４１ ＋Ｅ （ｔ′） （４−２） Ｘ（ｔ”＋２’ ・Ｔ Ｔ）＝ｑ２ ２＋Ｘ　（ｔ ＋２ｋ ・Ｔ−２Ｔ） ＝ｑ２ １＋ｑ２ ２＋ °“’ｑ＋ ＋Ｅ　（ｔ　−） （４−（２ｋ Ｉ） ） Ｘ（ｔ ＋２ｋ ・Ｔ）　＝ｑ２に＋Ｘ　（ｔ ＋２に Ｔ Ｔ） ”Ｑ２＋Ｑ２ １＋ °“’ｑ＋ ＋Ｅ　（ｔ　−） （４ ２ｋ） こうして、 各出力Ｘ （１′＋Ｔ） 〜Ｘ （ｔ　　′ ｋ Ｔ−Ｔ） は、 Ｅ（１） とＥ （ｔ ＋２’ Ｔ） 間をなめらかに近似したものとなる。

例えば、ｋ＝２とすると ｃ＝Ｅ　（ｔ　−＋４７）　−Ｅ　（ｔ　−）ｃ＝４ｑ
、　＋ｒ。

ｒ、　＋Ｃ＝４Ｑ２　＋ｒ２ ｒ２＋Ｃ＝４ｑ３＋ｒ３ ｒｉ　＋ｃ＝４ｑ４＋ｒ４ Ｘ　（ｔ　＝）　＝Ｅ　（ｔ　−） ｘ　（ｔ　＝＋Ｔ）　＝ｑ、　＋ｘ　（ｔ　−）　＝ｑ
、　＋Ｅ　（ｔ　−）（５） （６−１ （６−２ （６−３ （６−４ （７−０ ・・・（７−１） Ｘ（ｔ−＋２７）＝４２＋Ｘ（ｔ−＋Ｔ）＝ｑ２＋Ｑ＋
　＋Ｅ（ｔ−）・・・　（７−２） Ｘ　（ｔ　”＋３７）＝ｑ３＋ｘ　（ｔ　＝＋２Ｔ）”
ｑｒ　＋Ｑ２　＋ｑＩ　＋Ｅ　（ｔ　−）（７−３） Ｘ　（ｔ　＝＋４７）＝ｑ４＋ｘ　（ｔ　′＋３Ｔ）＝
ｑ４＋　ｑ　ｉ　＋　ｑ２　＋ｑ　Ｈ＋Ｅ　（ｔ　”） （７−４１ 第４図は、本発明を実施する工作機械のサーボモータ制
御の一実施例のブロック図である。

図中、■０は工作機械を制御する数値制御装置、１２は
該数値制御装置１０から出力される工作機械のサーボモ
ータへの位置指令等を受信し、デジタルサーボ回路１４
のプロセッサに受は渡すための共有メモリ、１４はデジ
タルサーボ回路であり、プロセッサによってサーボモー
タ１８の位置、速度、電流制御などを行うと共に学習制
御の処理をも行うものである。１６はトランジスタイン
バータ等で構成されるサーボアンプ、１８はサーボモー
タ、２０はサーボモータ１回当りに所定数のフィードバ
ックパルスを発生しデジタルサーボ回路１４に出力する
パルスコーダである。なお、１４ａはデジタルサーボ回
路１４内に設けられているＲＯＭ、ＲＡＭで構成される
メモリである。

上記構成は工作機械等のサーボモータの制御において、
デジタルサーボ回路として公知な事項であり、詳細な説
明は省略する。

そこで、所定周期りで同一パターンで繰り返し、加工を
行う加ニブログラムを数値制御装置１０に入力し、また
第（１）式で導き出されるｋの値を設定し、加ニブログ
ラムを実行させる。数値制御装置１０は加ニブログラム
にしたがって位置指令の分配を開始し、共有メモリ１２
を介してデジタルサーボ回路１４に位置指令を出力する
。デジタルサーボ回路１４のプロセッサは共有メモリ１
２１を介して読取った位置指令に基いて従来と同様に位
置ループ処理を行って速度指令ｒを算出する。

そして、次に速度ループ処理を行う。

第５図は本実施例が行う速度ループ処理のフローチャー
トであり、デジタルサーボ回路１４のプロセッサは該処
理を速度ループ周期Ｔ毎に実行する。

まず、位置ループ処理によって得られた速度指令ｒとパ
ルスコーダ２０から得られるサーボモータ実速度ωとの
差である速度偏差εを求め（ステップＳ１）、次に、指
標ｉ　（初期設定で、初めはｉ＝０と設定されている）
が「０」か否か判断しくステップＳ２）、ｒＯＪである
とスムージングフィルタの出力としてレジスタに記憶さ
れている値Ｘ（初めは、初期設定でＸ＝０と設定されて
いる）とステップＳ１で算出した速度偏差εを加算し、
その加算値（ε＋Ｘ）に対し、帯域制限フィルタ２８の
処理を行ってその出力Ｅを求める（ステップＳ３）。

次に、遅れ要素３０のメモリＭ　（ｎ）〜Ｍ（１）の記
憶内容をシフトし、すなわち、Ｍ（ｎ）にメモリＭ　（
ｎ−１１の記憶内容を、Ｍ　（ｎ−１）にＭ　（ｎ−２
）の内容を。以下、順にシフトし、メモリＭ（１）にス
テップＳ３で算出した出力Ｅを格納する（ステップＳ４
）。

次に、第（２）式、第（３−１）〜（３−（２，、’１
））式の演算を行って各間ｑ、〜ｑ２’−＋を求め（ｑ
２′は求める必要はない）、それぞれレジスタに格納す
る（ステップＳ５）。

次に、メモリＭ　（ｎ）に格納された値をスムージング
フィルタ４４の出力Ｘとして出力しくステップＳ６）、
該出力Ｘに対し、動特性補償処理Ｇｘを行い、学習制御
コントローラ１０の出力ｙとしくステップＳ７）、この
出力ＹにステップＳ１で求めた速度偏差εを加算し、学
習制御によって補正された速度偏差ε′を求め（ステッ
プＳ８）、速度ループ処理を行って（ステップＳ９）、
指標ｉを「１」インクリメントする（ステップ５１０）
。次に、該指標ｉが２’　　（ｋ＝２の場合を以後カッ
コ内に記す）か否か判断しくステップ５１１）、達して
なければ当該速度ループ処理周期の処理を終了する。

次の周期では、前述同様速度偏差εを求め、指標ｉが「
１」となっているから、ステップＳ２からステップＳ１
３へ移行してステップＳ５で求められた商ｑ＋＝Ｑ＋を
読み出し、現在のスムージングフィルタの出力Ｘの値に
この商ｑｌ＝ｑ１を加算し、更新されたスムージングフ
ィルタの出力Ｘとする（ステップ５１４）（第（４−１
）式または第（７−１）式の処理）。この出力Ｘに対し
−、ステップ８７〜Ｓ９の処理を行い、指標ｉ＝２とし
、次の周期ではステップＳＬ、Ｓ２．Ｓ１３．Ｓ１４の
処理を行ってＸ＋ｑ２を更新されたスムージングフィル
タの出力Ｘとする。以下、指令ｊが２’　　（４）にな
るまで各速度ループ処理局期毎ステップＳ１．Ｓ２．Ｓ
１３．Ｓ１４．Ｓ７〜Ｓ１１の処理を繰り返す。すなわ
ち、ｉ＝０〜　量２’　−１（ｉ＝ｏ　−１＝３）まで
スムージングフィルタの出力Ｘが上述した処理で出力さ
れる。

そして、指標ｉ＝２’　　（ｉ＝４）となったとき指標
ｉを「０」にセットしくステップＳ１１．３１２）、次
の周期ではステップ１．Ｓ２．Ｓ３〜Ｓ１１の処理を行
わせる。

以下、上述した処理を繰り返し行い、指令ｒの所定パタ
ーンの周期りが長く、遅れ要素として確保されているメ
モリの個数が少なくても、学習制御を行わせることがで
きる。

発明の効果 本発明は、所定パターン繰り返して加工する場合のその
パターンの周期りが長く、該周期りを学習制御コントロ
ーラのサンプリング周期（速度ループ周期）Ｔで除した
値（Ｌ／Ｔ）以上のメモ理数を遅れ要素として確保でき
ない場合でも、遅れ要素のメモリに記憶させる情報を間
引きして記憶させることにより、遅れ要素のメモリ数を
少なくし、かつ、スムージングフィルタを通すことによ
って性能を劣化させることなく学習制御を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の学習制御方式を適用したサ
ーボモータの制御における要部ブロック図、第２図は同
実施例における遅れ要素のメモリの記憶内容を示す図、
第３図（ａ）〜（ｃ）は同実施例における帯域制限フィ
ルタの出力、サンプラの出力及びスムージングフィルタ
の出力の一例を説明する説明図、第４図は同実施例を実
施するサーボモータ制御のブロック図、第５図は同実施
例における学習制御を行う速度ループ処理のフローチャ
ート、第６図は従来の学習制御方式を適用したサーボモ
ータの制御における要部ブロック図である。 １０・・・数値制御装置、１２・・・共有メモリ、（４
・・・デジタルサーボ回路、１６・・・サーボアンプ、
１８・・・サーボモータ、２０・・・パルスコーダ、２
２・・・速度ループ伝達関数、２４．４０・・・学習コ
ントローラ、２８・・・帯域制限フィルタ、３ｏ・・・
遅れ要素、３２・・・動特性補償要素、４２・・・サン
プラ、４４・・・スムージングフィルタ、Ｍ−１〜Ｍ−
ｎ・・・メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 指令が所定周期で繰り返されるサーボモータの制御であ
   って、上記所定１周期分の各サンプリング時の操作量の
   補正データを前周期の制御偏差を用いて計算し、該補正
   データに基いて操作量を補正してサーボモータを制御す
   る学習制御方式において、上記各サンプリング時に求め
   られる制御偏差を間引いてメモリに記憶し、間引かれた
   間の各サンプリング時の制御偏差はスムージングフィル
   タの処理によって補正データを算出することを特徴とす
   る間引き学習制御方式。