JPH04362702A - 繰り返し制御における速度制御方法 - 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、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
。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータの制御において、所定周期
で同じパターンで繰返される指令に対し、位置偏差を零
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、繰り返し制御方式が用いられてる。

【０００３】図５は、上記繰り返し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。 図５において、ｒは位置指令、Ｅは該位置指令ｒと実際
の位置ωとの差である位置偏差、２は位置ループ伝達関
数でＫｐはポジションゲインである。また、３は速度ル
ープの伝達関数で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、繰り返し制御を行うために繰り
返しコントローラ１が付加されており、該繰り返しコン
トローラ１は帯域制限フィルタ５、所定周期Ｌで繰返さ
れる１周期分のデータを記憶する遅れ要素６、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７で構成されている。

【０００４】上記繰り返しコントローラ１は所定サンプ
リング周期Ｔ毎に位置偏差Ｅに遅れ要素６から出力され
る１周期Ｌ前のサンプリング時のデータＥＬ　を加算し
、帯域制限フィルタ５の処理を行って遅れ要素６にその
データを格納する。遅れ要素６はＮ（＝Ｌ／Ｔ）個のメ
モリを有し、１周期Ｌ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０番地のメモリに入力データ
を格納し、Ｎ−１番地のデータを出力する。その結果、
遅れ要素６の出力は１周期Ｌ分遅れたサンプリングデー
タが出力される。そのため、周期Ｌで同一パターンの位
置指令ｒが与えられるから、位置偏差Ｅと遅れ要素６の
出力が加算されて、位置指令ｒのパターン上において同
一位置のデータが補正用のデータとして記憶されること
となる。

【０００５】また、遅れ要素６の出力は動特性補償要素
７で制御対象の位相遅れ、ゲイン低下が補償されて、繰
り返しコントローラ１の出力として補正データｙが出力
され、該補正データｙが位置偏差Ｅに加算されて、この
加算データによって位置ループ処理が実行される。

【０００６】その結果、所定周期Ｌ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位置偏差
Ｅが大きな値の場合には、今周期においては、繰り返し
コントローラ１から大きな値の出力ｙが出力され、位置
偏差に加算されることとなるから、位置ループ処理に入
力される位置偏差は大きく変り、実位置ωもそれに対し
て変化するから、位置偏差Ｅ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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した繰り返し制御
によるサーボモータの制御では、位置指令の初めの１周
期間は、遅れ要素６にデータが記憶されておらず、補正
データｙは０のため、繰り返しコントローラによる補正
がなされずに制御が行なわれ、２周期目になって初めて
０でない補正データｙが出力される。そのため、繰り返
しコントローラから出力ｙが始まる２周期の始めに補正
された位置偏差が非常に大きくなり、位置ループ処理に
よりこの位置偏差にポジションゲインを乗じて得られる
速度指令が非常に大きくなるため、サーボモータの最高
速度を越えてしまうことがあり危険である。

【０００８】この点についてさらに説明すると、図６は
繰り返し制御を行なわない時のシュミレーションおける
サーボモータの位置，速度及び位置偏差を示す図である
。図６（ａ）に実線で示すように指令速度で移動指令が
与えられても、サーボモータはただちに指令速度まで達
せず、６図（ｂ）に破線で示すように速度は遅れ、位置
偏差が図６（ｃ）に示すように順次増大し、所定位置偏
差（Ｖｃｍｄ　／Ｋｐ）になると、サーボモータの速度
は指令速度（図６（ｂ）の実線）に達し、その速度を維
持し、サーボモータの実速度，位置偏差は一定となる。 その結果、サーボモータの実際の位置（図６（ａ）の破
線）は位置偏差分だけ指令位置から遅れて移動すること
になる。

【０００９】説明を簡単にするために一定速度の指令の
場合について説明する。図７は図５で示す繰り返し制御
を行なったときのシミュレーションおけるサーボモータ
の位置，速度及び位置偏差を示す図である。繰り返し周
期Ｌが経過する前までは、繰り返し制御が行われない状
態と同一であるから図６で示す状態と同じであるが、繰
り返し周期Ｌが経過すると（実際は動特性補償要素７で
制御対象の位相遅れ補正分だけ、移動指令が進められて
いるので、この位相遅れ分だけ前）、図７（ｃ）に示す
ように補正データｙが出力されるので、補正された位置
偏差（Ｅ＋ｙ）は図７（ｃ）に示すように増大し、その
結果速度指令Ｖｃｍｄ　も図７（ｂ）に示すように増大
する。そして、実際のモータ速度（図７（ｂ）破線）も
増大し、サーボモータの最高速度を越えてしまうことが
ある。そして、サーボモータの実速度が増大することか
ら、位置偏差Ｅは図７（ｃ）に示すように、減少する。 以下、１周期Ｌになる毎に上記現象が生じるが、繰り返
しコントローラ１の制御によって順次補正されて図７に
示すように、速度変動，位置偏差Ｅも小さくなり、補正
された位置偏差は収束し、補正された指令速度も収束す
る。図７（ａ）に示すようにサーボモータの位置は指令
位置に追従することになる。

【００１０】以上のように、繰り返し制御を行なったと
き、始めの１周期Ｌが経過した直後において、補正され
た速度指令Ｖｃｍｄ　が大きくなり、サーボモータの最
高速度を越え、危険な状態を生じることがある。

【００１１】そこで本発明の目的は、繰り返し制御を行
なったときにサーボモータが最高速度を越えないように
制御する繰り返し制御における速度制御方式を提供する
ことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】所定周期で繰り返される
位置指令によってサーボモータを制御し、当該サンプリ
ング時に対応する上記所定周期の１周期前の位置偏差に
基づいて補正データを求め、該補正データで当該サンプ
リング時の位置偏差を補正する繰り返しコントローラを
有したサーボモータの制御方式において、本発明は、上
記補正された位置偏差に基づいて得られる速度指令が設
定されたクランプ値を越えるときは、そのクランプ値を
速度指令値として、サーボモータが所定速度を越えて駆
動されないように制御する

【００１３】

【作用】補正された位置偏差に基づいて得られる速度指
令が設定されたクランプ値を越えるときは、そのクラン
プ値を速度指令値とすることによって、シミュレーショ
ン結果を示す図４に示すように、補正された指令速度Ｖ
ｃｍｄ　がクランプされる結果、サーボモータの実速度
はサーボモータの最高速度をこえることなく制御される
ことになる。ただし、補正された指令速度Ｖｃｍｄ　を
クランプすることによって、位置偏差Ｅ，指令速度の収
束に時間がかかるようになるが、収束した後は、位置偏
差Ｅはほぼ零となり、クランプしない場合と同等になる
。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の一実施例の繰り返し制御方式
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。

【００１５】図１において、図５に示した従来の繰り返
し制御を適用したサーボモータの制御方式と比べ、クラ
ンプ回路８が加わっている点が相違する。そして、図５
に示す従来の方式と同一の要素は同一符号を符している
。

【００１６】繰り返しコントローラ１のサンプリング周
期（位置・速度ループの処理周期）をＴ，所定処理パタ
ーンで繰り返される位置指令ｒの周期をＬとすると、遅
れ要素６にはＬ／Ｔ＝Ｎ個のメモリを有し、１周期Ｌ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０番地のメモリに入力データを格納し、Ｎ−１番地の
データを出力する。その結果、遅れ要素６の出力は１周
期Ｌ分遅れたデータが出力される。このデータに制御対
象の位相遅れ、ゲイン低下が補償されて補正データｙを
求め、位置偏差Ｅに加算されることとなる。そのため、
後述するように、周期Ｌで同一パターンの位置指令ｒが
与えられるから、位置指令ｒのパターン上において同一
位置の補正データが位置偏差Ｅに加算されることとなる
。各サンプリング周期Ｔごと位置指令ｒから実位置ωを
減じて位置偏差Ｅを求め、該位置偏差Ｅに１周期Ｌ前の
当該サンプリング時に対応するデータＥＬ　（メモリの
Ｎ−１番地に記憶するデータ）が加算され、その加算値
に対して帯域制限フイルタ処理５が行われ、その出力を
メモリの０番地に格納すると共にメモリ記憶内容を１番
地づつシフトする。

【００１７】また、遅れ要素６の出力は動特性補償要素
７で制御対象の位相遅れ、ゲイン以下が補償されて、繰
り返しコントローラ１の出力ｙとして出力され、該出力
ｙが位置偏差Ｅに加算されて、この加算データによって
位置ループ処理が実行される。すなわち、上記加算デー
タにポジションゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃｍｄ　
が求められる。そして、本発明においては、この速度指
令Ｖｃｍｄ　をクランプ回路８に入力し、該クランプ回
路８では予め設定されたクランプ値で上記速度指令Ｖｃ
ｍｄ　をクランプし、補正された速度指令Ｖｃｍｄ’を
出力する。この補正された速度指令Ｖｃｍｄ’により従
来と同様に速度ループ処理を実行し、トルク指令（電流
指令）を求め、さらにはこのトルク指令に基づいて電流
ループ処理を行ないサーボモータを制御することになる
。

【００１８】以上が本発明の作用の説明であるが、次に
本発明の一実施例について説明する。

【００１９】図２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。

【００２０】図２中、２０は工作機械を制御する数値制
御装置、２１は該数値制御装置２０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２２のプロセッサに受け渡すための共有メモ
リ、２２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２４の位置，位置，電流制御などを行
うと共に繰り返し制御の処理をも行うものである。２３
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
、２４はサーボモータ、２５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２２に出力するパルスコーダである。なお、２２ａ
はデジタルサーボ回路２２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。

【００２１】次に、デジタルサーボ回路２２のプロセッ
サが行う処理における繰り返しコントローラ１の処理及
び位置・速度ループ処理について説明する。なお、繰り
返しコントローラ１の処理、及び速度ループ処理は従来
の処理と同一であるので、詳細は省略する。

【００２２】プロセッサはサンプリング周期（位置・速
度ループ処理周期）Ｔごと図３にフローチャートで示す
処理を実行し、まず、位置指令ｒからパルスコーダ２５
で検出されるモータの実位置ωを減じて位置偏差Ｅを求
め（ステップＳ１）、次に繰り返しコントローラ１の処
理を実行する（ステップＳ２）。すなわち、遅れ要素の
メモリの記憶データを１シフトし、且つ、遅れ要素のメ
モリのＮ−１番地から出力されるプリング周期ＴのＮ周
期前のデータＥＬ　（繰り返される所定周期がＬでサン
プリング周期Ｔとし、Ｌ／Ｔ＝Ｎとしているから、１周
期Ｌ前の当該サンプリング周期に対応するデータＥＬ　
が読み出される）を加算し、加算されたデータに対して
フィルタ処理を行なってメモリ０番地に格納する。また
、Ｎ−１番地から出力されたデータＥＬ　に対し制御対
象の位相遅れ、ゲイン低下の補償処理がされて補正デー
タｙを求める。

【００２３】次に、ステップＳ１で求めた位置偏差Ｅに
ステップＳ２の繰り返しコントローラの処理によって求
められた補正データｙを加算し、この加算値にポジショ
ンゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃｍｄ　を求め（ステ
ップＳ３）、該速度指令Ｖｃｍｄ　の絶対値が設定され
ているクランプ値Ｖｍａｘ　を越えているか否か判断し
（ステップＳ４）、越えていなければステップＳ８に進
み、越えていれば、該速度指令Ｖｃｍｄ　が正か否か判
断し、正ならば速度指令Ｖｃｍｄ　をクランプ値Ｖｍａ
ｘ　にし、負ならば負のクランプ値−Ｖｍａｘ　にする
（ステップＳ５〜Ｓ７）。そして、ステップＳ８に進み
、ステップＳ３で求めた速度指令若しくはステップＳ６
，Ｓ７でクランプされた速度指令Ｖｃｍｄ　に基づいて
従来と同様の速度ループ処理を行ないトルク指令（電流
指令）を求める。そして、求められたトルク指令を電流
ループに引き渡し（ステップＳ９）、該位置・速度ルー
プ処理周期の処理を終了する。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、繰り
返し制御において、非常に大きな補正量が出力された場
合でも、特に繰り返し制御開始から繰り返し周期１周期
後に大きな補正量が出力されたとしても、その補正量で
補正された速度指令を設定クランプ値でクランプするよ
うにしたから、サーボモータの最高速度以上の速度でサ
ーボモータが回転することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の繰り返しコントローラ方式
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。

【図２】同実施例を実施するサーボモータ制御部の要部
ブロック図である。

【図３】同実施例におけるデジタルサーボ回路のプロセ
ッサが位置・速度ループ処理周期毎実施する処理のフロ
ーチャートである。

【図４】同実施例のシミュレーションのサーボモータの
位置，速度及び位置偏差を示す図である。

【図５】従来の繰り返しコントローラを適用した繰り返
し制御を実施するサーボモータの制御における要部ブロ
ック図である。

【図６】繰り返しコントローラの処理を行なわない従来
の位置・速度・ループ処理によるサーボモータの制御の
シミュレーションの位置、速度及び位置偏差を示す図で
ある。

【図７】繰り返しコントローラの処理を行なった従来の
サーボモータ制御のシミュレーションの位置、速度及び
位置偏差を示す図である。

【符号の説明】

１　　繰り返しコントローラ ２　　位置ループ伝達関数 ３　　速度ループの伝達関数 ４　　クランプ回路 ５　　帯域制限フィルタ ６　　遅れ要素 ７　　動特性補償要素 ２０　　数値制御装置 ２１　　共有メモリ ２２　　デジタルサーボ回路 ２３　　サーボアンプ ２４　　サーボモータ ２５　　パルスコーダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同一パターンを所定周期で繰り返す位
   置指令によってサーボモータを制御し、当該サンプリン
   グ時に対応する上記所定周期の１周期前の位置偏差に基
   づいて補正データを求め、該補正データで当該サンプリ
   ング時の位置偏差を補正する繰り返し制御を行なうサー
   ボモータの制御方式において、上記補正された位置偏差
   に基づいて得られる速度指令が設定されたクランプ値を
   越えるときは、そのクランプ値を速度指令値とする繰り
   返し制御における速度制御方式。