JPH04112306A - Control system for velocity loop integration - Google Patents
Control system for velocity loop integrationInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は主軸制御回路で速度ループの補償器としてPI
(比例積分)制御を行う速度ループ積分制御方式に関し
、特に主軸モータに対して位置決約サーボのゲインを大
きく設定した速度ループ積分制御方式に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention provides a main shaft control circuit using a PI as a speed loop compensator.
The present invention relates to a speed loop integral control method that performs (proportional integral) control, and particularly relates to a speed loop integral control method in which the gain of a position determination servo is set large for a main shaft motor.
一般に、NC工作機械の主軸モータは主軸を正確に設定
された回転速度で回転させることが必要とされる。その
ため、主軸モータを制御する主軸制御回路には、速度ル
ープの補償器としてPI制御回路が使用されている。Generally, the spindle motor of an NC machine tool is required to rotate the spindle at an accurately set rotation speed. Therefore, a PI control circuit is used as a speed loop compensator in a spindle control circuit that controls the spindle motor.
近年になって、こうした主軸モータを使用し速度ループ
の外側に位置ループを組んで位置制御を行い、1つの主
軸モータによってC軸輪郭加工をも行うことが考えられ
ている。これにより主軸の位置決めはC軸周サーボモー
タを付加することなしに実行できる。従って主軸位置決
めのためにCNCに新たなハードウェアを付加する必要
がなくなる。In recent years, it has been considered to use such a spindle motor to perform position control by constructing a position loop outside the speed loop, and to also perform C-axis contour machining with one spindle motor. As a result, positioning of the main shaft can be performed without adding a C-axis circumferential servo motor. Therefore, there is no need to add new hardware to the CNC for spindle positioning.
この場合に、主軸制御回路に速度指令が与えられる時に
は位置ループが無効にされ、C軸輪郭制御などで位置指
令が与えられる時には、主軸モータに取り付けられた位
置検出器からの帰還パルスが位置ループを介して位置フ
ィードバック信号として利用される。In this case, when a speed command is given to the spindle control circuit, the position loop is disabled, and when a position command is given, such as in C-axis contour control, the feedback pulse from the position detector attached to the spindle motor is sent to the position loop. It is used as a position feedback signal via the
こうした速度ループと位置ループとを有する主軸制御回
路によって主軸モータをPI副制御る場合、通常の速度
制御を行うためには積分ゲインはそれ程に大きくする必
要はないが、C軸輪郭加工のような位置制御ではエンド
ミルなどからの切削負荷が主軸に加わるため、速度ルー
プの積分ゲインを大きく設定しなくてはならない。When performing PI sub-control of the spindle motor using a spindle control circuit that has such a speed loop and a position loop, the integral gain does not need to be that large in order to perform normal speed control, but for C-axis contour machining, etc. In position control, the cutting load from an end mill etc. is applied to the spindle, so the integral gain of the speed loop must be set large.
しかし、従来の速度ループ積分制御方式においては、位
置制御モード時及び通常速度制御モード時で同じ速度ル
ープの積分ゲインが選択されていた。そのため、位置制
御に際して速度ループの積分ゲインを上げて位置の精度
を高くしようとすれば、指令制御モードが速度制御に切
り換えられたときに、低速回転指令に対して積分器が飽
和し、速度ループが発振を起こすおそれがあった。However, in the conventional speed loop integral control method, the same speed loop integral gain is selected in the position control mode and the normal speed control mode. Therefore, if you try to increase the integral gain of the speed loop during position control to improve position accuracy, when the command control mode is switched to speed control, the integrator will become saturated for low-speed rotation commands, and the speed loop will become saturated. could cause oscillation.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、位
置制御時に主軸に加わる外乱トルクによる位置変動を、
速度ループの積分ゲインを利用し有効に抑制できる速度
ループ積分制御方式を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of these points, and is designed to reduce position fluctuations caused by disturbance torque applied to the main shaft during position control.
It is an object of the present invention to provide a speed loop integral control method that can effectively suppress the speed loop by using the integral gain of the speed loop.
本発明では上記課題を解決するた約に、速度ループと位
置ループとを有する主軸制御回路を比例積分制御する速
度ループ積分制御方式において、前記速度ループ内に設
けられ切り換え可能な大小2つの積分ゲインを含む比例
積分手段と、前記主軸制御回路への指令制御モードが位
置制御モード或いは速度制御モードのいずれであるかを
判別する判別手段と、この判別手段の判別結果により位
置制御モード時には前記比例積分手段を大きな積分ゲイ
ンに、速度制御モード時には小さな積分ゲインに切り換
える切換手段とを有することを特徴とする速度ループ積
分制御方式が提供される。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a speed loop-integral control method that performs proportional-integral control on a spindle control circuit having a speed loop and a position loop. a determining means for determining whether the command control mode for the spindle control circuit is the position control mode or the speed control mode; A speed loop integral control method is provided, which is characterized by having a switching means for switching the means to a large integral gain and to a small integral gain when in a speed control mode.
本発明の速度ループ積分制御方式では、速度ループ内に
設けられた比例積分手段の大小2つの積分ゲインが、速
度制御モードと位置制御モードとで別々に設定され、位
置制御を行う場合には位置制御中であることを示す信号
に基づいて、通常の速度制御より大きな積分ゲインを選
択して、外乱トルクによる位置変動を有効に抑制できる
。In the speed loop integral control method of the present invention, the two large and small integral gains of the proportional integral means provided in the speed loop are set separately for the speed control mode and the position control mode, and when position control is performed, the Based on the signal indicating that control is in progress, an integral gain larger than that of normal speed control can be selected to effectively suppress position fluctuations caused by disturbance torque.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図面は、速度ループと位置ループとを有する主軸制御回
路を示すブロック図である。The drawing is a block diagram showing a spindle control circuit having a velocity loop and a position loop.
主軸モータ1を比例積分制御する補償器は、速度ループ
比例ゲイン2と2つの積分ゲイン3.4とから構成され
、主軸モータlからの速度フィードバック信号は速度ル
ープ5を介して加算器6に入力している。この加算器6
には更に、図示しないCNC装置からの数値制御指令に
含まれる速度指令VCMDが切換スイッチS2を介して
入力され、加算器6の出力端子は上記速度ループ比例ゲ
イン2と接続されるとともに、切換スイッチSIを介し
て2つの積分ゲイン3或いは4のいずれかと接続可能に
構成されている。The compensator that performs proportional-integral control on the main shaft motor 1 is composed of a speed loop proportional gain 2 and two integral gains 3.4, and the speed feedback signal from the main shaft motor 1 is input to the adder 6 via the speed loop 5. are doing. This adder 6
Further, a speed command VCMD included in a numerical control command from a CNC device (not shown) is inputted via a changeover switch S2, and the output terminal of the adder 6 is connected to the speed loop proportional gain 2, and the changeover switch It is configured to be connectable to either of two integral gains 3 or 4 via SI.
これら2つの積分ゲイン3.4は、前者が通常速度制御
時速度ループ積分ゲインに1からなり、後者が位置制御
モードループ積分ゲインに2からなるものであって、各
ゲインに1、K2は、Kl<K2
の関係を有している。これら2つの積分ゲイン3.4の
出力は、加算器7において速度ループ比例ゲイン2の出
力と加算される。この加算器7は上記サーボモータ1の
トルク定数回路8と接続され、主軸モータ1に駆動指令
を出力するものである。These two integral gains 3.4 are, the former consists of 1 for the speed loop integral gain during normal speed control, and the latter consists of 2 for the position control mode loop integral gain, and K2 is 1 for each gain. The relationship is Kl<K2. The outputs of these two integral gains of 3.4 are added to the output of the velocity loop proportional gain of 2 in an adder 7. This adder 7 is connected to the torque constant circuit 8 of the servo motor 1 and outputs a drive command to the main shaft motor 1.
なお、Jmはモータイナーシャである。Note that Jm is motor inertia.
上記主軸モータ1は主軸とギヤ機構9などを介して接続
され、その位置信号は積分要素(1/S)の出力として
位置ループ10によってフィードバックされている。加
算器11はCNC装置からの位置指令PCMDと主軸モ
ータ1の位置信号との差分を演算するものであって、そ
の差分出力はポジションゲイン12に人力されている。The main shaft motor 1 is connected to the main shaft via a gear mechanism 9, etc., and its position signal is fed back through a position loop 10 as an output of an integral element (1/S). The adder 11 calculates the difference between the position command PCMD from the CNC device and the position signal of the spindle motor 1, and the output of the difference is manually input to the position gain 12.
また、このポジションゲイン12は出力側の切換スイッ
チS3を介して上記加算器6と接続されている。Further, this position gain 12 is connected to the adder 6 via a changeover switch S3 on the output side.
上記主軸モータ1をCNC装置からの数値制御指令によ
り制御する時、この主軸制御回路へ速度指令VCMDが
人力していると判断すれば、切換スイッチS2がオンさ
れるとともに、切換スイッチS1によって積分ゲイン3
が選択される。すなわち、旋削モードが指令されて、通
常の速度制御を行う場合に主軸モータ1を精度良く速度
制御するためには、積分ゲインに1をそれ程大きくする
必要はなく、低速回転指令時の発振を防止するためには
、例えば10kw程度の主軸モータであれば帯域周波数
(積分ゲインに、)を5〜10Hz程度とすればよい。When the spindle motor 1 is controlled by a numerical control command from a CNC device, if it is determined that the speed command VCMD is manually input to this spindle control circuit, the changeover switch S2 is turned on, and the changeover switch S1 is activated to control the integral gain. 3
is selected. In other words, in order to accurately control the speed of the spindle motor 1 when the turning mode is commanded and normal speed control is performed, it is not necessary to make the integral gain 1 that large, and to prevent oscillation when low speed rotation is commanded. In order to do this, for example, in the case of a main shaft motor of about 10 kW, the band frequency (in terms of integral gain) may be set to about 5 to 10 Hz.
CNC装置からの数値制御指令がたとえばC軸輪郭加工
指令に切り換わると、位置指令P CMDが加算器11
に与えられ、切換スイッチS1は積分ゲイン4側に切り
換えられるとともに、切換スイッチS2、S3はそれぞ
れ図示した状態に切り換えられる。すなわち指令制御モ
ードが位置制御モードとなることで、位置制御時速度ル
ープ積分ゲイン4が選択される。主軸モータ1が10k
w程度のものであれば、積分ゲインに2の帯域周波数を
20〜30Hz程度に設定することにより、エンドミル
等からの切削負荷が加わっても、比例積分回路における
補償機能によって位置変動を有効に抑制できる。When the numerical control command from the CNC device is switched to, for example, a C-axis contour machining command, the position command P CMD is sent to the adder 11.
The changeover switch S1 is switched to the integral gain 4 side, and the changeover switches S2 and S3 are switched to the states shown in the figure. That is, when the command control mode becomes the position control mode, the position control speed loop integral gain 4 is selected. Main shaft motor 1 is 10k
If it is about W, by setting the band frequency of 2 for the integral gain to about 20 to 30 Hz, even if cutting load from an end mill etc. is applied, position fluctuation can be effectively suppressed by the compensation function in the proportional-integral circuit. can.
このように本発明では、制御モードに応じてゲインを別
個に設定するようにしている。従って、従来の速度ルー
プ積分制御方式では位置制御モードに切り換えられても
速度ループ積分ゲインは速度制御時と同じものを使用し
ていたが、本発明において・は、用途に応じて別々にパ
ラメータ設定されるゲインにより、C軸制御モードでの
切削時に外乱トルクによる位置変動を抑え、かつ通常速
度制御時に低速回転でも速度ループが発振しないだけの
積分ゲインを選択することができる。なお、電動機出力
が10kwより大きな主軸モータでは、位置制御時速度
ループ積分ゲイン4は20〜30Hzより小さく設定し
てもよい。In this way, in the present invention, the gains are set separately depending on the control mode. Therefore, in the conventional speed loop integral control method, the same speed loop integral gain was used as during speed control even if the mode was switched to position control mode, but in the present invention, parameters can be set separately depending on the application. With the gain, it is possible to select an integral gain that suppresses positional fluctuations due to disturbance torque during cutting in the C-axis control mode, and prevents the speed loop from oscillating even at low speed rotation during normal speed control. Note that for a main shaft motor with a motor output greater than 10 kW, the velocity loop integral gain 4 during position control may be set smaller than 20 to 30 Hz.
また、位置制御モードから速度制御モードに再び復帰す
る際には、主軸制御回路の位置ループ内に蓄積されたエ
ラー(差分)はクリアされる。Furthermore, when returning from the position control mode to the speed control mode, errors (differences) accumulated in the position loop of the spindle control circuit are cleared.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
速度ループと位置ループとを有する主軸制御回路に広く
適用でき、積分ゲインの大きさも適宜その用途によって
決定されるものである。Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
The present invention can be widely applied to spindle control circuits having a velocity loop and a position loop, and the magnitude of the integral gain is appropriately determined depending on the application.
以上説明したように本発明の速度ループ積分制御方式に
よれば、主軸制御回路の速度ループ積分ゲインを、速度
制御時と位置制御時とで別々に設定しており、これらを
切り換えて使用するようにしたので、指令制御モードに
応じて最適な積分制御を行うことができ、通常の速度制
御時にも速度ループの発振のおそれがなくなるという効
果がある。As explained above, according to the speed loop integral control method of the present invention, the speed loop integral gain of the spindle control circuit is set separately for speed control and position control, and can be used by switching between them. As a result, optimal integral control can be performed according to the command control mode, and there is no risk of speed loop oscillation even during normal speed control.
図面は本発明の一実施例方式を示すブロック図である。 1 ・ 主軸モータ 2 速度ループ比例ゲイン 3.4−・・・−積分ゲイン 31% 速度ループ 位置ループ S2、S3 切換スイッチ 特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 The drawing is a block diagram showing one embodiment of the present invention. 1. Main shaft motor 2 Speed loop proportional gain 3.4-...-integral gain 31% velocity loop position loop S2, S3 changeover switch Patent applicant: FANUC Corporation Agent: Patent Attorney: Takeshi Hattori
Claims (2)
を比例積分制御する速度ループ積分制御方式において、 前記速度ループ内に設けられ切り換え可能な大小2つの
積分ゲインを含む比例積分手段と、前記主軸制御回路へ
の指令制御モードが位置制御モード或いは速度制御モー
ドのいずれであるかを判別する判別手段と、 この判別手段の判別結果により位置制御モード時には前
記比例積分手段を大きな積分ゲインに、速度制御モード
時には小さな積分ゲインに切り換える切換制御手段と、 を有することを特徴とする速度ループ積分制御方式。(1) In a speed loop integral control method that performs proportional-integral control of a spindle control circuit having a speed loop and a position loop, a proportional-integral means provided in the speed loop and including two switchable large and small integral gains; a discriminating means for discriminating whether the command control mode for the control circuit is a position control mode or a speed control mode; and a discriminating means for determining whether the command control mode to the control circuit is a position control mode or a speed control mode; and a discriminating means for controlling the proportional and integral means to a large integral gain in the position control mode based on the discrimination result of the discriminating means; A speed loop integral control method comprising: switching control means for switching to a small integral gain when in mode; and a speed loop integral control method.
には通常速度制御モードと判別し、C軸輪郭加工指令の
場合には位置制御モードと判別することを特徴とする請
求項1記載の速度ループ積分制御方式。(2) The determining means determines the normal speed control mode when the numerical control command is a turning command, and determines the position control mode when the numerical control command is a C-axis contour machining command. velocity loop integral control method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23284790A JPH04112306A (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | Control system for velocity loop integration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23284790A JPH04112306A (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | Control system for velocity loop integration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04112306A true JPH04112306A (en) | 1992-04-14 |
Family
ID=16945740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23284790A Pending JPH04112306A (en) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | Control system for velocity loop integration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04112306A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6127749A (en) * | 1999-02-10 | 2000-10-03 | Nikon Corporation Of Japan | Two-dimensional electric motor |
-
1990
- 1990-09-03 JP JP23284790A patent/JPH04112306A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6127749A (en) * | 1999-02-10 | 2000-10-03 | Nikon Corporation Of Japan | Two-dimensional electric motor |
US6455956B1 (en) | 1999-02-10 | 2002-09-24 | Nikon Corporation | Two-dimensional electric motor |
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