JPH04289057A - 数値制御装置におけるサ−ボ制御方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファジ−理論を応用し
た工作機械等に使用する数値制御装置におけるサ−ボ制
御方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械やロボット等の数値制御装置に
よりサ−ボを制御するものにあっては、作業効率を向上
するためには、移動する速度を早くすることが望ましい
。サ−ボの移動の最高速度は、サ−ボを駆動するモ−タ
に最大荷重がかかったときのモ−タの能力により決定さ
れる。また、静止状態から最高速度に加速する時定数や
、最高速度から静止状態に減速する時定数は、モ−タの
最大トルクから決まるのであるが、特に加速時定数は、
モ−タの立ち上がりの平均電流がアンプの電流容量を超
えない範囲で設定される。工作機械やロボットのサ−ボ
にあっては、現在位置から目的位置まで移動する際の加
減速のパタ−ンを種々に設定して、移動時間の短縮に努
める。

【０００３】例えば、図６は、縦軸にサ−ボの指令速度
を、横軸に時間をとったときの変化を示すグラフであっ
て、特開昭６３−６１３０６号公報に開示された数値制
御装置により達成される。パタ−ンＣ１は指令速度に対
応して時定数が設定されるもので、指令速度の高低に応
じて時定数Ｔ１，Ｔ２が変化する。本公報の装置にあっ
ては、指令速度の最高速度は、切削時か、または非切削
時かにより分けられているだけで、目標移動距離に応じ
て決められるものではない。　　図７は、時定数Ｔを固
定した場合のシンプルなパタ−ンＣ２、Ｃ３であって、
指令速度に対応する加減速は、直線的なものとして与え
られている。図８のパタ−ンＣ４は、加減速がベル型の
カ−ブとして与えられるもので、機械本体へ与えるショ
ックを押さえつつ、指令速度に達するまでの時定数を短
縮することができるパタ−ンである。

【０００４】いずれのパタ−ンにおいても、従来のサ−
ボ時定数は最大荷重で、しかも指令速度が最高速度に達
する見込で機械にダメ−ジをあたえないように設定され
ていた。即ち、時定数はサ−ボモ−タの立ち上がりの平
均電流がアンプの電流容量を超えない範囲で設定されて
いた。同様に、位置ル−プゲインも、最大荷重を基に一
元的に設定されていた。即ち、位置ル−プゲインは、で
きるだけ高い方が追従性が良く望ましいが、位置ル−プ
ゲインをあまり高くしすぎると、ハンチングを起こすの
で、ハンチングを起こさない程度に設定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
のパタ−ンであっても、移動距離が短い場合には、最大
指令速度に達する以前に減速が開始されるために、サー
ボモータ、アンプの性能を充分に引き出すことがない。 つまり、パタ−ンＣ１〜Ｃ３で示す直線的なパタ−ンで
あっても、トルクの立ち上がりは遅れを伴うので、実際
には直線的な立ち上がりとはならず、パタ−ンＣ４に近
い立ち上がり特性となってしまう。そしてベル型のパタ
−ンＣ４にあっても、移動距離が短い場合にはパタ−ン
Ｃ５となり、移動時間が延長される不都合がある。また
、軸の負荷によっても移動速度は影響を受ける。

【０００６】ところで、時定数を設定する要因としては
送り速度や軸の負荷があるが、この演算を関数式を開い
て実行するには複雑な制御装置を必要とし、リアルタイ
ムで応答するのは困難である。同様に、位置ル−プゲイ
ンも機械の負荷状態、機械特性、送り速度に基づいて算
出することができるが、この演算をリアルタイムで実行
するのは困難である。結局、従来は短い移動距離に対し
ては、移動時間を短縮させる配慮はなされていなかった
。そこで本発明は、移動距離が短いときであっても、サ
−ボ時定数と位置ル−プゲインの最高値をファジ−理論
によりプログラムから演算し、工作機械やロボット等の
軸移動を制御する装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の制御方法はプロ
グラム中で目標位置までの軸移動距離に応じた最高速度
を演算するステップと、最高速度に対応する加減速時定
数及び、または位置ル−プゲインを設定するステップを
含むものである。そして、これらの演算や設定をファジ
−理論により実行する手段を備える。さらに、軸負荷を
加味し、軸負荷から求まる加減速時定数および、または
位置ル−プゲインと、最高速度から求まる加減速時定数
及び、または位置ル−プゲインとを比較し、加減速定数
が小さく、かつ位置ル−プゲインが小さい方を優先する
手段を備える。

【０００８】

【作用】以上の手段を備えることにより、工作機械やロ
ボットのサ−ボ機構にダメ−ジを与えない範囲内で移動
時間を最短にする制御が達成される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明のソフトウェアア−キテクチュ
アを含めた制御装置の構成を示すブロック図である。主
制御部１０は、ＮＣプログラム解析処理部２０に連結さ
れ、ＮＣプログラム解析処理部２０は、ＮＣプログラム
ファイル３０から必要なＮＣプログラムの供給を受けて
、ブロックデ−タをブロックデ−タ移動指令部４０へ送
る。ブロックデ−タ移動指令部４０は、軸移動距離指令
をサーボコントローラ８０のインタフェ−ス７０へ出力
するとともに、軸移動距離デ−タをファジ−制御部５０
へ送る。ファジ−制御部５０はメンバ−シップ関数デ−
タファイル６０から必要なデ−タの供給を受け、ファジ
−理論を利用して時定数、位置ル−プゲインを演算し、
その出力をインタ−フェ−ス７０へ送る。サーボコント
ローラ８０は、インタフェ−ス７０を介して入力する軸
移動指令を時定数、位置ル−プゲインのパラメータに応
じてサ−ボを制御する。サーボコントローラ８０から出
力された位置指令は、サ−ボ装置９０の補間器９１０へ
入力され、位置増幅器９２０へ送られる。この信号は更
に電圧増幅器９３０、電流増幅器９４０へ送られ、サ−
ボアンプ９５０へ入力する。サ−ボアンプ９５０の出力
は、サ−ボモ−タ９７０を駆動する。電流検出器９６０
の測定結果は、電流増幅器９４０の入力側にフィ−ドバ
ックされる。モ−タ９７０はサ−ボ機構を駆動するとと
もに、その回転量、回転速度はパルスエンコ−ダ９８０
により検出され、位置増幅器９２０および電圧増幅器９
３０の入力側にフィ−ドバックされる。

【００１０】本発明の制御方法は、まず、与えられた軸
移動距離に対応する軸移動最高速度を変換テーブルデー
タから得る。あるいは図４で示す手法により算出する。 図４は、たて軸に指令速度を、横軸に時間をとったとき
の速度変化を示すもので、最大速度Ｖに加速する際の時
定数ｔを示している。いま、この時定数ｔで時間ａだけ
加速したときに減速を始めてグラフのように変化すると
、このときの軸移動最大速度ｂは、

【数１】 の関係となる。面積Ｓは、軸移動量であるから、Ｓ＝ａ
×ｂ となり、

【数２】

【数３】 から、軸移動最大速度が算出される。そして、与えられ
た最高速度に対応する加減速時定数、および又は、位置
ル−プゲインを設定することにより、機械にダメ−ジを
与えない範囲で最短時間の移動を達成する。

【００１１】そして、本発明の制御装置は、最高速度に
対応する加減速時定数、および又は、位置ル−プゲイン
の演算処理にファジ−理論を利用するものである。基本
的には、軸移動距離に対応する最高速度と加減速時定数
の関係は、最高速度が高いときには時定数を長くし、最
高速度が低いときには時定数を短くする。最高速度と位
置ル−プゲインの関係は、最高速度が高いときは、例え
ば、非切削状態であるので位置ル−プゲインを小とし、
速度が低いときは位置ル−プゲインを大とする。

【００１２】最高速度と時定数、および又は、位置ル−
プゲインの関係においては、次のル−ルを適用するもの
とする。 ル−ル１。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも非常
に高ければ、時定数を長くせよ。 ル−ル１ａ。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも非常
に高ければ、位置ル−プゲインを小さくせよ。 ル−ル２。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも少し
高ければ、時定数をやや長くせよ。 ル−ル２ａ。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも少し
高ければ、位置ル−プゲインをやや小さくせよ。 ル−ル３。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも少し
低ければ、時定数をやや短くせよ。 ル−ル３ａ。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも少し
低ければ、やや大きくせよ。 ル−ル４。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも非常
に低ければ、時定数を短くせよ。 ル−ル４ａ。 軸移動指令から得られる最高速度が切削速度よりも非常
に低ければ、大きくせよ。

【００１３】図２は、横軸に最高速度を、たて軸に度合
（グレ−ド）をとったときの前件部のメンバ−シップ関
数を示し、図中の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、
それぞれ、ル−ル１からル−ル４の前件部を表現してい
る。図３は、横軸に時定数を、たて軸に度合（グレ−ド
）をとったときの後件部のメンバ−シップ関数を示し、
「Ｈ」は送り速度が速いときのメンバ−シップ関数を、
「Ｉ」は送り速度がやや速いときのメンバ−シップ関数
を、「Ｊ」は送り速度がやや遅いときのメンバ−シップ
関数を、「Ｋ」は送り速度が遅いときのメンバ−シップ
関数をそれぞれ示している。以上のようなファジ−演算
のル−ルを規定することにより、例えば、図２の「Ｅ」
で示す最高速度が高い（事実）場合には、この送り速度
に対応する時定数を関数式を用いることなく、ファジ−
理論により算出することができる。同様の手法により、
最高速度に対する位置ル−プゲインもファジ−理論によ
り演算することができる。この演算処理は、処理手法が
極めて簡素化されているために、送り速度に応じた時定
数をリアルタイムで得ることができる。

【００１４】次に、本発明の他の実施例においては、（
１）軸の負荷と時定数に関するメンバ−シップ関数（２
）軸の負荷と位置ル−プゲインに関するメンバ−シップ
関数 を作成する。軸の負荷と時定数に関するル−ルとしては
、軸の負荷が大のときは、時定数を長くし、軸の負荷が
小のときは、時定数を短くする。軸の負荷は、サ−ボモ
−タの電流値から決定するのがベストであるが、リアル
タイムで応答するのは難しいので、本実施例においては
、あらかじめプログラム中にデ−タとして書き込んでお
く。軸の負荷と位置ル−プゲインに関するル−ルとして
は、軸の負荷が大のときは、位置ル−プゲインを小とし
、軸の負荷が小のときは、位置ル−プゲインを大とする
。以上のようなル−ルを設定することにより、それぞれ
のメンバ−シップ関数を求めることができる。次に、最
高速度から求まる加減速時定数が比較され、時定数の大
きな方が採用される。これにより、移動時間を最短に押
さえつつ機械に与えるダメ−ジが防止される。同時に、
最高速度から求まる位置ル−プゲインと軸負荷から求ま
る位置ル−プゲインとが比較され、位置ル−プゲインの
小さい方が採用される。これにより、追従性を保ちつつ
、ハンチングの発生が防止される。

【００１５】図５は、本発明の制御装置による制御処理
のフロ−を示す。ステップ１００でスタ−トした処理は
、ステップ１１０で軸移動指令ブロックデ−タを作成す
る。この軸移動指令ブロックデ−タは、軸移動距離デ−
タ、最高速度指令デ−タ等が記載される。なお、最高速
度指令デ−タは、移動距離デ−タに無関係であって、非
切削時には一元的に設定される。ステップ１２０では、
軸移動指令ブロックデ−タで与えられる軸移動距離が、
軸移動速度が最大スピ−ドに達するに充分な距離である
か否かを判断する。軸移動距離が最大スピ−ドに達する
距離以上であれば、ステップ１３０へ進み、機械パラメ
ータとして与えられる加減速時定数と位置ル−プゲイン
を読み込む。ステップ１２０で軸移動距離が最大スピ−
ドに達する距離未満であると判断されると、ステップ１
５０へ進む。ステップ１５０では、最高指令速度デ−タ
から軸移動距離デ−タに応じて新たな最高速度を決定し
、この最高速度に応じてファジ−理論を利用して加減速
時定数と位置ル−プゲインを演算する。

【００１６】図２、図３は、最高速度に応じて加減速時
定数を演算する例を示したもので、先に説明したル−ル
１からル−ル４までの前件部（ＩＦ）と後件部（ＴＨＥ
Ｎ）を図式化したものである。いま、前件部に最高速度
が高いという事実「Ｅ」が伝えられると、これに対応す
る後件部のメンバ−シップ関数が演算される。メンバ−
シップ関数の演算方式としては、種々の方式が提案され
ているが、例えば、領域「Ｈ」、「Ｉ」、「Ｊ」、「Ｋ
」により区画される平面図形の重心位置を求めて、この
重心の座標を確定値として採用する。この演算は、複雑
な関数計算を必要とせず、加算、減算といった極めて簡
素化されているので、その時の最高速度に応じた時定数
をリアルタイムで演算することができる。ステップ２０
０では、与えられた加減速時定数、位置ル−プゲインの
デ−タをサーボコントローラにセットし、ステップ２１
０でこれらのデ−タに基づく軸移動指令デ−タをサ−ボ
側へ出力して、ステップ２２０で初期状態に復帰する。

【００１７】

【発明の効果】本発明は以上のように、軸移動を操作す
るサ−ボ機構の制御方法及び装置にあって、与えられた
軸移動指令による移動距離が最大スピ−ドに達するに充
分な距離か否かを判断する手段を備え、最大スピ−ドに
達する距離以上の移動であれば、機械パラメータとして
与えられる加減速時定数、および又は、位置ル−プゲイ
ンのデ−タをサーボコントローラにセットして迅速かつ
応答性のよい軸移動を達成する。移動距離が最大スピ−
ドに達する距離未満の場合には、その移動距離に対応す
る送り速度と軸の負荷からファジ−理論を利用して加減
速時定数、および又は、位置ル−プゲインをリアルタイ
ムで演算してサーボコントローラにセットするパラメー
タを変更する。サーボコントローラは与えられた最適な
加減速時定数、および又は、位置ル−プゲインに基づい
てサ−ボ機構を制御するので、移動時間の短縮化をはか
り、応答性の向上を達成することができる。この結果、
例えば、図８のパタ−ンＣ６で示すような移動速度の変
化のパタ−ンを得ることができ、移動時間が短縮される
。さらに、軸負荷に基づいて加減速時定数、および又は
、位置ル−プゲインを演算し、加減速時定数のより小な
る値、および又は、位置ル−プゲインのより小なる値を
パラメータとして与えることにより、より安全な制御を
達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置のブロック図。

【図２】ファジ−制御による前件部のメンバ−シップ関
数。

【図３】ファジ−制御による後件部のメンバ−シップ関
数。

【図４】最大速度への加速と時定数との関係を示すグラ
フ。

【図５】制御処理のフロ−図。

【図６】軸移動指令速度と加減速時定数の関係を示すグ
ラフ。

【図７】軸移動指令速度と加減速時定数の関係を示す他
のグラフ。

【図８】軸移動指令速度と加減速時定数の関係を示す他
のグラフ。

【符号の説明】

１０　　主制御部 ２０　　ＮＣプログラム解析処理部 ４０　　ブロックデ−タ移動指令部 ５０　　ファジ−制御部 ８０　　サーボコントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主制御部と、ＮＣプログラム解析処理
   部と、軸移動指令部と、軸移動指令を受けて軸移動用サ
   −ボ機構を制御するサーボコントローラとを備えた数値
   制御装置のサ−ボ制御方法において、軸移動距離に対応
   する軸移動の最高速度を求める工程と、求められた軸移
   動の最高速度から加減速時定数および、又は位置ル−プ
   ゲインを設定する工程とを有する数値制御装置における
   サ−ボ制御方法。
2. 【請求項２】　　主制御部と、ＮＣプログラム解析処理
   部と、軸移動指令部と、軸移動指令を受けて軸移動用サ
   −ボ機構を制御するサーボコントローラとを備えた数値
   制御装置において、指令された軸移動距離が最高移動速
   度に達する距離以上であるか否かを判断する手段と、フ
   ァジ−制御部とを備え、指令された軸移動距離が最高移
   動速度に達する距離以上のときには、機械パラメータと
   して設定された加減速時定数、および又は、位置ル−プ
   ゲインをサーボコントローラのパラメータとして与え、
   指令された軸移動距離が最高移動速度に達する距離未満
   のときには、ファジ−制御部は少なくとも軸移動距離と
   加減速時定数、および又は、軸移動距離と位置ル−プゲ
   インのメンバ−シップ関数から加減速時定数、および又
   は、位置ル−プゲインを演算し、サーボコントローラの
   パラメータとして与える手段を備えてなる数値制御装置
   におけるサ−ボ制御装置。
3. 【請求項３】　　請求項２記載の数値制御装置における
   サ−ボ制御装置において、移動軸の軸負荷を検知する手
   段を備え、ファジ−制御部は軸負荷と加減速時定数、お
   よび又は、軸負荷と位置ル−プゲインのメンバ−シップ
   関数から加減速時定数、および又は、位置ル−プゲイン
   を演算し、加減速時定数のより小なる方の値、および又
   は、位置ル−プゲインのより小なる値をサーボコントロ
   ーラのパラメータとして与える手段を備えてなる数値制
   御装置におけるサ−ボ制御装置。