JPH046009B2 - - Google Patents

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JPH046009B2
JPH046009B2 JP57200821A JP20082182A JPH046009B2 JP H046009 B2 JPH046009 B2 JP H046009B2 JP 57200821 A JP57200821 A JP 57200821A JP 20082182 A JP20082182 A JP 20082182A JP H046009 B2 JPH046009 B2 JP H046009B2
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JP
Japan
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spindle
fixed position
stop
speed
main shaft
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JP57200821A
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JPS5991514A (ja
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Katsuyoshi Kitagawa
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OOKUMA KK
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OOKUMA KK
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工作機械等の主軸を所定の位置に
最短時間で位置決めするための主軸定位置停止制
御システムに関する。
第1図は従来の主軸定位置停止制御装置の一例
を示すものであり、速度制御回路1が主軸4駆動
用のモータ2を回転駆動するようになつており、
モータ2に連結された速度検出器としてのタコジ
エネレータ3の速度出力VACTが速度制御回路
1にフイードバツクされている。また、モータ2
は歯車、プーリ等で構成された主軸4の変速機構
5が接続されており、主軸4にはその回転位置を
検出するための位置検出器としてのパルスエンコ
ーダ6が接続されており、パルスエンコーダ6か
らのパルス信号APAが主軸定位置停止制御回路
7に入力されている。そして、速度制御回路1の
入力部には切換スイツチ8が設けられており、切
換スイツチ8の接点aには図示しない速度指令回
路から速度指令電圧VCONが入力されており、
接点bには主軸定位置停止制御回路7からの出力
DIFが入力されており、接点a,bは主軸定位置
停止指令MCが入力された時に接点aから接点b
に切換えられるようになつている。
このような構成において、第2図A〜Cのタイ
ミングキヤートを参照してその動作を説明する
と、速度制御モードにおいては切換スイツチ8は
接点a型に接続されており、速度指令電圧
VCONが指令信号VSとして速度制御回路1に入
力され(第2図B)、これによりモータ2を回転
駆動する。モータ2は変速機構5を介して主軸4
を回転させると共に、タコジエネレータ3によつ
てその速度が測定されて速度制御回路1にフイー
ドバツクされているので、速度制御回路1は速度
指令電圧VCON(VS)と実速度VACTとの差が
零となるようにモータ2を回転制御し、これによ
り所望の速度V1を得るようになつている。かか
る速度制御状態において、第2図Aに示すような
主軸定位置停止指令MCが入力されると(時点t
1)、切換スイツチ8の接点aからbに切換えら
れ、主軸定位置停止制御回路7から同図Bに示す
ような低速の割出し速度指令電圧DIFが入力さ
れ、これによりモータ2の速度が減速する(第2
図C)。そして、実速度がV2に達すると(時点
t2)、その速度V2のまま位置クローズドルー
プ制御を開始する回転位置(たとえば主軸停止位
置の90°手前、120°手前の位置)まで主軸4を回
転させ、この位置以降(時点t3)、主軸定位置
停止制御回路7は指令停止位置と実際の位置との
偏差に対応した電圧を切換スイツチ8を経て速度
制御回路1に入力し、位置偏差が零となるように
位置制御を行ない、主軸4を所定の位置に停止さ
せる。
このことを第3図A,Bに示す主軸4の回転説
明図に従つて説明すると、主軸4の固定部41の
下に回転部42が突出しており、この回転部42
の回転部基準点Sを固定部41の停止位置Oに停
止するものである。そして、固定部41のP点が
速度制御モードから位置制御モードに切換えるた
めの開始点であり、回転部42の回転部基準点S
がこのP点に到達した時に位置制御モードを開始
するようにしている。すなわち、第2図の時点t
2において、回転部42のS点が領域Aにあつた
場合、基準のS点はP点まで一定の速度V2で回
転し、P点に達した時(時点t3)に位置制御モ
ードに切換えてO点に停止させる。しかしなが
ら、時点t2において基準のS点が領域Bにあつ
た場合には、S点はO点で停止することなく更に
回転を続け、時点t3においてP点に達した時に
初めて位置制御モードを開始し、O点に停止する
ようにしているのである。
このような従来の主軸定位置停止制御方式で
は、実速度が通常の速度V1から割出し速度V2
へ減速する時、速度V2に到達した時点での回転
位置が位置制御を開始する位置Pを既に通り過ぎ
でいる場合には、そのまま速度V2で位置制御の
開始位置Pまで更に回転させなければならず、最
長1/V2の時間を要することになり、このむだ
時間がどのような速度から主軸定位置停止を行な
うようにしても一定に発生する時間となつてい
る。かかるむだ時間発生のために、主軸の停止動
作が遅れてしまうといつた欠点があつた。よつ
て、この発明の目的はかかかるむだ時間を短縮す
ることにある。
以下にこの発明を説明する。
この発明は速度フイードバツクループを有し、
主軸モータを与えられた指令速度VCONに従つ
て回転制御すると共に、主軸定位置停止指令MC
が入力された時に、主軸モータ2により駆動され
る主軸4の回転位置を検出し、指令停止位置との
偏差に従つて主軸4を定位置に停止させる主軸定
位置停止制御システムに関するものであり、第1
図に対応させて第4図に示すように、速度制御に
おける主軸4の実速度VACT及び位置ループゲ
インKPによつて、実速度VACTから減速して指
令停止位置Oに停止するまでに要する距離DEC
を、 DEC=VACT・(1/KP) ……(1) によい予め主軸定位置停止制御回路10で演算し
て減速開始位置Pを求めておき、主軸定位置停止
指令MCが入力された時に、主軸4の回転位置S
が減速開始位置Pを通過すると同時に、切換信号
CHGによつて切換スイツチ8の接点を切換える
ことにより、位置制御モードに切換えて定位置に
停止させるようにしたものである。
なお、(1)式は位置フイードバツク制御系である
本発明の定位置停止制御装置の開ループ伝達関数
をG(S)とし、入力R(S)が定速度入力、すな
わちR(S)=V/S2であるときの定常偏差Erを
求める以下の数式より導かれる。
Er=lim s→oSR(S)/1+G(S) =lim s→oV/S/1+G(S) =lim s→oV/SG(S) ……(2) ここでKP=lim s→oSG(S)とおけば Er=V/KP ……(3) となる。ここで、定常偏差Erは距離DECに相当
し、Vは実速度VACTに相当する。一般に主軸
位置制御では、位置ループゲインKPは5〜10
[rad/sec]に設定するのが安定上好ましい。ま
た、主軸定位置停止制御回路10の構成は第5図
に示すようになつており、速度フイードバツクル
ープを形成する速度フイードバツ信号VACT及
びサーボ系の位置ループゲインKPの逆数から定
位置に停止するまでに要する回転距離DECを求
める乗算回路11と、回転距離DECからその端
数α(第3図B)を抽出する端数抽出回路12と、
主軸4の回転基準位置Sが停止定位置Oを通過す
るのに同期して主軸4に連結されたパルスエンコ
ーダ6の主軸1回転当りのパルス数Nをスタート
カウント値とし、このセツト値Nからパルスエン
コーダ6からの発生パルスAPAを順次減算して
Nから零までを繰り返しカウントするダウンカウ
ンタ13と、主軸定位置停止指令MCが入力され
た場合、端数α及びダウンカウンタ13の出力値
LSを比較して、一致した時に速度制御モードか
ら位置制御モードに切換えるための切換信号
CHGを出力する比較回路14と、主軸定位置停
止指令MCにより回転距離DECをプリセツトする
と共に、切換信号CHGが出力された時に発生パ
ルスAPAを順次減算するプリセツト・ダウンカ
ウンタ15と、このプリセツト・ダウンカウンタ
15の出力値をアナログ信号に変換して割出し位
置偏差アナログ電圧DIFとするDA変換器16と
で構成されている。なお、ここではパルスエンコ
ーダ6は主軸4の1回転に対して総計N個のパル
スを発生するようになつており、また、サーボ系
の位置ループゲインKPは主軸4のイナーシヤや
速度制御回路1のゲイン等によつて定まるもので
あり、あらかじめ主軸の位置制御時の追従性を評
価して求まつた数値を設定しておく。さらに、端
数抽出回路12は乗算回路11の出力DECがた
とえば5.3回転となつている場合、0.3回転に相当
する数値αを出力するようになつており、ダウン
カウンタ13はパルスエンコーダ6がパルス
APAを発生する毎に前記Nから1個ずつ減算す
るようになつており、その計数値が0になつた時
に再度繰り返しNから減算するようになつている
(第7図参照)。なお、ダウンカウンタ13はあら
かじめ主軸を指令停止位置Oに止めた状態で、オ
ペレータの操作により発する信号OFSTが入力さ
れることにより初期値がNに設定される、いわゆ
る原点オフセツトが行なわれる。
このような構成において、その動作を第6図A
〜Cのタイミングチヤートを参照してその動作を
説明する。
先ず、主軸4が通常の速度制御をしている状態
では、切換スイツチ8の接点がa側に接続されて
おり、速度指令回路からの速度指令電圧VCON
が速度制御回路1に入力され、上述したような速
度制御が行なわれる。これと同時に、主軸定位置
停止制御回路10内の乗算回路11は、この時の
実速度VACTとサーボ系の位置ループゲインKP
の逆数1/KPから、位置制御を行なつて第3図
に示す停止位置Oに停止するまでに要する減速距
離DECを求めておく。そして、この減速距離
DECの値がたとえば5.3回転の数値となつていれ
ば、S点が位置制御モードを開始する時の端数α
は0.3回転分の数値(角度)となり、この端数α
が端数抽出回路12で抽出されるようになつてい
る。
次に、第6図Aに示すような主軸定位置停止指
令MCが主軸定位置停止制御回路10に入力され
ると(時点t1)、プリセツト・ダウンカウンタ
15は乗算回路11が求めた減速距離DECをプ
リセツトし、比較回路14は端数抽出回路12で
求められた端数αとダウンカウンタ13の出力値
LSとの比較を行ない、地点t1〜t2の間に1
回転中の位置制御開始位置を求めて、両者が一致
した時に切換信号CHGを出力する(第6図C)。
この切換信号CHGにより切換スイツチ8の接点
がa側からb側に切換えられ(時点t2)、これ
と同時にプリセツト・ダウンカウンタ15はパル
スエンコーダ6がパルスAPAを発生する毎にカ
ウントダウンを開始し、結果的にDA変換器16
の出力DIFが回転距離に比例した電圧を速度制御
回路1に供給することになる。
すなわち、ダウンカウンタ13は第3図のS点
がO点にある時にDECにセツトされ、主軸4が
回転するに従つてそのパルスエンコーダ6からの
パルスAPAによつてカウントダウンされ、第3
図Bの位置に達した時にα(たとえば0.3回転分)
の数値となる。したがつて、この時に比較回路1
4は両者の一致信号たる切換信号CHGを出力し、
プリセツト・ダウンカウンタ15にセツトされて
いる減速距離DEC(たとえば5.3回転)の数値の減
算を開始し、プリセツト・ダウンカウンタ15の
計数値が0となつた時、結局S点はO点に一致し
た状態となる。これにより、S点をO点に正確に
位置決めすることができる。
以上のようにこの発明によれば、主軸定位置停
止指令が入力された時における速度のまま、速度
制御モードから位置制御モードに切換えることが
でき、従来の如く低速に一旦減速してから切換え
る方式に比べ、むだ時間を大幅に短縮することが
できる。なお、第1図に示す従来の装置における
回転速度V1をたとえば3000RPMとし、V2を
100〜200RPMとすると、その停止に要する時間
は約4〜5秒となるが、この発明によれば3〜4
秒と約1秒短縮されることが明らかとなつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の主軸定位置停止制御装置の一例
を示すブロツク図、第2図A〜Cはその動作例を
示すタイミングチヤート、第3図A,Bは主軸の
定位置停止制御の様子を説明するための図、第4
図はこの発明の一実施例を示すブロツク図、第5
図はこの発明による主軸定位置制御回路の一構成
例を示すブロツク図、第6図A〜Cはその動作例
を示すタイミングチヤート、第7図はダウンカウ
ンタの動作例を示す図である。 1……速度制御回路、2……モータ、3……タ
コジエネレータ、4……主軸、5……変速機構、
6……パルスエンコーダ、7,10……主軸定位
置停止制御回路、8……切換スイツチ、11……
乗算回路、12……端数抽出回路、13……ダウ
ンカウンタ、14……比較回路、15……プリセ
ツト・ダウンカウンタ、16……DA変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 速度フイードバツクループを有し、主軸モー
    タを与えられた指令速度に従つて回転制御すると
    共に、主軸定位置停止指令が入力された時に、前
    記主軸モータにより駆動される主軸の回転位置を
    検出し、指令停止位置との偏差に従つて前記主軸
    を定位置に停止させる主軸定位置停止制御方法に
    おいて、速度制御における前記主軸の実速度
    VACT及び位置ループゲインKPによつて、前記
    実速度VACTから減速して前記指令停止位置O
    に停止するまでに要する距離DECをDEC=
    VACT・(1/KP)により演算して減速開始位置
    Pを求めておき、前記主軸定位置停止指令が入力
    された時に、前記主軸の回転位置Sが前記減速開
    始位置Pを通過すると同時に、位置制御モードに
    切換えて前記定位置Oに停止させるようにしたこ
    とを特徴とする主軸定位置制御方法。 速度フイードバツクループを有し、主軸モータ
    を与えられた指令速度に従つて回転制御すると共
    に、主軸定位置停止指令が入力された時に、前記
    主軸モータにより駆動される主軸の回転位置を検
    出し、指令停止位置との偏差に従つて前記主軸を
    低位置に停止させる主軸定位置停止制御装置にお
    いて、前記速度フイードバツクループを形成する
    速度フイードバツク信号VACT及びサーボ系の
    位置ループゲインKPの逆数から前記定位置Oに
    停止するまでに要する回転距離DECを求める乗
    算回路と、前記回転距離DECからその端数を抽
    出する端数抽出回路と、前記主軸の回転基準位置
    Sが前記定位置Oを通過するのに同期して前記主
    軸に連結されたパルスエンコーダの主軸1回転当
    りのパルス数Nをフルカウント値とし、前記パル
    スエンコーダからの発生パルスを前記パルス数N
    から順次減算してNから零までを繰り返しカウン
    トするダウンカウンタと、前記主軸定位置停止指
    令が入力された場合、前記端数及び前記ダウンカ
    ウンタの出力値を比較して、一致した時に速度制
    御モードから位置制御モードに切換えるための切
    換信号を出力する比較回路と、前記主軸定位置停
    止指令により前記定位置に停止するまでに要する
    回転距離DECをプリセツトすると共に、前記切
    換信号が出力された時に前記パルスエンコーダの
    発生パルスをプリセツト値DECから順次減算す
    るプリセツト・ダウンカウンタと、このプリセツ
    ト・ダウンカウンタの出力値をアナログ信号に変
    換して指令位置信号とするDA変換器とを具えた
    ことを特徴とする主軸定位置停止制御装置。
JP20082182A 1982-11-16 1982-11-16 主軸定位置停止制御方法及び装置 Granted JPS5991514A (ja)

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JPS5991514A JPS5991514A (ja) 1984-05-26
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JPS62171014A (ja) * 1986-01-23 1987-07-28 Canon Inc 位置決め制御装置
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