JPH0642166B2 - サ−ボ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動するものを直接の制御対象とし、該対象の
加，減速走行時の制御に好適なサーボ制御方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

工作機械等の制御に於て、刃物台等の制御対象は、その
座標上の位置，負荷条件或は経年変化等の要因があるこ
とによって、サーボ制御されてもその加，減速状態が所
定通りにはならないことがある。このことは、例えば位
置決めが予定通りになされないことを意味する。

そこで従来は複数の可変パラメータを設定し、制御対象
の位置や移動量などに応じ加，減速パターンを切換えた
制御を行うことが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、提案されている方法は、可変パラメータによっ
て、加，減速パターンを変更できるが、変更されたパタ
ーン自体は固定パターンであるため、未だ制御対象に対
し最適制御がなされているとはいえない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は従来の上記問題点に鑑みコンピュータを利用し
たサーボ制御の最適制御法を提供することを目的として
なされたもので、その種な構成は、工作機械の刃物台の
ような移動するものを制御対象とし、この対象の走行速
度をある走行区間で加速或は減速するため、その走行区
間で複数ステップの速度指令を駆動源に対する信号によ
り設定するようにしたサーボ制御に於て、コンピュータ
に前記加速又は減速走行する区間又は時間を予め設定す
るようにしておき、その設定の際、前記区間又は時間に
おける各ステップの指令速度を、前記駆動源による制御
対象の早送り速度又は停止直前速度を基準速度とし、そ
の基準速度に対する比率で演算記憶させ、前記の演算し
た基準速度に対する各ステップの指令速度の比率の大小
に応じて各ステップにおける指令速度の走行時間又は走
行距離を設定することを特徴とすると共に、前記速度又
は加速走行する区間又は時間を、制御対象のシヨートラ
ン又はカーバラン量に応じて前記コンピユータにより補
正できるようにした。

また、上記制御を加，減速以外の速度変更に応用するた
めの構成は、駆動源に複数ステップの指令速度が与えら
れ、制御対象が段階的に加速又は減速するように設定さ
れている場合に於て、制御対象の走行速度が一の走行速
度から次の走行速度に変更されるとき、当該一の走行速
度と次の走行速度が、上記複数ステップにおけるいずれ
の指令速度に相当するかをコンピュータにより判断し、
当該速度の変更を上記で判断されたステップにおける指
令速度に基づいて行うことを特徴とするものである。

〔作 用〕

加，減速走行を複数段のステップ指令速度で設定する
際、各ステップ速度を基準速度の比率で設定すると共
に、各ステップ速度の走行距離又は時間を、各ステップ
速度の基準速度に対する比率の大小に応じて設定するか
ら、加速又は減速時にモータから制御対象の間にあるイ
ナーシャ，ストレスを、効果的に除去乃至は緩和しつ
つ、制御対象を加速又は減速させることができる。

〔実施例〕

本発明方法による制御対象の減速時の走行パターンの一
例を第１図に示す。

ここでは、制御対象の定速走行（早送り）Ｖ₀m／minに
対し５段階のステップ減速を施して目標点Ｐ停止させる
ものとする。

ここでの各ステップ速度における走行時間及び走行距離
の範囲は、説明の便宜のため別表の通りとした。

上記表に於て、本実施例の基準速度を、停止直前の速度
Vf=25mm/min±20%に選定する。

一般に、ある特定の工作機械においては、制御対象が減
速走行させられて停止位置決めされるきと、当該制御対
象は、その定速走行時の速度の大小に拘らず、位置決め
停止直前には充分に減速されており、経験的に停止直前
における速度はほぼ一定の範囲内にある。本発明ではこ
のことに着目し、この実施例では上記工作機械における
停止直前速度を基準速度にすることとした。なお、停止
直前速度は夫々の工作機械の大きさ、例えば、制御対象
の重量やその機械の走行速度（能力）、或は、制動能力
などにより、区々であるため、本発明における基準速度
は適用する実際の機械ごとに異なる。

一方、ある特定の工作機械における制御対象の定速走行
時の速度の大小は、制御対象が上記基準速度に至るまで
の減速度及び減速走行時間に大きく影響する。

従来ほ定速速度が大きい場合でも目標となる加，減速制
御が一分達成できるようにするため、サーボモータに容
量が十分大きいものを用いると共に、増幅器にも十分大
きなゲインをもつものを使用している。

ところが、上記のような措置は、制御対象の速度だけを
見ると、目的とする減速パターンで制御対象が減速，停
止可能であることを目的としているので、この減速から
停止までの間での機械側にあるイナーシャやストレス等
は全く配慮されていないに等しい。

このため、従来のサーボ制御法では、速度自体は所定速
度に制御できても、上記イナーシャやストレスが停止の
瞬間に影響し、位置決め精度が上がらなかった。このた
めいわゆるサーボロックをかけて精度を確保することが
行われることがある。

本発明では、上記従来の問題点を解決するため、予定ス
テップ速度を基準速度に対する当該予定ステップ速度の
比率（以下、予定速度率という）により設定する一方、
現在速度の大きさを基準速度に対する現在速度の比率
（以下、現在速度率という）とし、この現在速度率が属
する予め定めたステップ速度における予定速度率によっ
て、制御対象を、順次減速しつつ各ステップ速度で微小
距離又は時間等速走行させるようにした。

而して、この実施例で予め設定するステップ速度とその
予定速度率は、基準速度をＶｆとし、一例としてＶ_１が
100mm/min(=4Vf)、Ｖ_２が400mm/min(=4V₁=16Vf)、Ｖ_３
が2m/min(=5V₂=80Vf)Ｖ_４が10m/min(=5V₃=400Vf)及びＶ
_０が30〜100m/min(3V₄〜10V₄=1200Vf〜4000Vf)としてい
る。一般的に、Ｖ_３，Ｖ_４は早送り速度である。

一方、この実施例におけるステップ減速では、上記各ス
テップ速度Ｖ_１〜Ｖ_４による等速走行時間（又は距離）
を、それぞれＶｆは20〜40msec、Ｖ_１は20〜30msec、Ｖ
_２は10〜20msec、Ｖ_３は５〜10msec、Ｖ_４は５〜１０ms
ecとしているが、実際には上記時間（又は距離）範囲に
於て、所定の時間（又は距離）を設定する。

上記のステップ速度及び時間の指令値は、一例として第
２図に示すサーボループにより制御対象の駆動源である
サーボモータに供給される一方、制御対象から直接帰還
される走行量の信号を処理して現在速度信号に形成さ
れ、帰還信号として処理される。

図に於て、１は設定値供給部、２は加算器３を介して前
記供給部１に接続された補償要素部、４は補償要素部２
に接続されたサーボアンプ、５はサーボモータ、６は前
記モータ５に伝動機構5aを介して接続された刃物台等の
制御対象、７は該制御対象から直接検出されるその現在
位置信号を処理し、制御対象の現在速度信号を形成する
速度検出器で、検出信号は帰還信号として前記加算器３
に供給される。

而して、いま制御対象６に、第１図の早送り速度Ｖ_０で
の走行が予定され、各ステップ速度Ｖ_４〜Ｖ_１の減速走
行を経て停止直前速度Ｖｆによる微小区間走行のあと停
止させようとするとき、各ステップ速度Ｖ_４〜Ｖ_１が基
準速度Ｖｆに対する各予定速度率によりコンピュータＣ
Ｐに設定されると共に、各比率の大小に応じて各ステッ
プ速度Ｖ_４〜Ｖ_１での走行時間又は距離がコンピュータ
ＣＰに設定される。

ここで、各ステップ速度Ｖ_４〜Ｖ_１と基準速度Ｖｆの供
給タイミングは例えば、次のようにする。

Ｖ_４はＶｆとの比率を示す数値（予定速度率）により目
標点Ｐまでの距離Σｓの地点または、目標点Ｐまでの走
行時間Σｔがあるときにおいて供給する。このΣｓ又は
Σｔは、Ｖ_０による走行のあと残りの区間がステップ速
度Ｖ_４〜Ｖ_１とＶｆによる累計走行区間又は走行時間と
等しい地点又は時間である。別表の例では、残り2.4〜1
6mmの地点又はこの区間の走行時間が５〜10msecの時点
である。

Ｖ_３はその予定速度率により第１ステップの減速指令で
あるＶ_４の予定速度率の数値が供給されて減速走行して
いる制御対象６の現在速度率が指令値Ｖ_４の予定速度率
に一致し、当該対象６が予め設定された時間ｔ_４の間等
速走行したら直ちに供給される。

以下、同様にしてＶ_３からＶ_１までのステップ減速指令
がそれぞれの予定速度率で順次供給され、制御対象６は
それぞれの速度で所定時間ｔ_３〜ｔ_１の間等速走行し、
停止値前の指令値Ｖｆ（基準速度）による減速走行に移
る。

而して、停止指令Ｓｔは、制御対象６がステップ速度Ｖ
ｆで所定時間ｔｆの間等速走行された直後供給され、当
該対象６を目標点Ｐに位置決めする。

ここで、制御対象６の現在速度は速度検出器７で常時検
出されており、またその走行時間は速度検出器７に含む
基準圧振器等により計時されている。

上記例に於ては、基準速度をＶｆにしたが、基準速度は
Ｖ_０であってもよい。

また、本発明は加速度又は減速時のみならず、走行速度
を変更する場合にも、各ステップ段の減速又は加速のた
めに設定されている指令値を利用できる。

即ち、制御対象６を或る所定速度で所定区間定速走行さ
せ、この走行に連続して次の区間を別の速度で走行させ
る場合のように、速度変更があるとき、当該速度変更を
上記減速又は加速時と同様に行わせるのである。

〔効 果〕

本発明制御対象を単にステップ減速をさせるのではな
く、実施例のように各ステップ速度を停止直前の速度を
基準にしてそれに対する比率を示す数値により設定する
と共に、各ステップ速度での等速走行を前記比率の大小
に対応した大きさの時間（区間）行わせるから、次のよ
うな作用効果がある。

ある工作機械の駆動源モータに、予め定めたステップ減
速又は加速の速度指令値が与えられるようになっている
とき、その各ステップ速度による走行距離又は時間を、
各ステップ速度と基準速度との比率の大小に対応させて
設定するので、機械側に無理がかかりにくいスムースな
速度又は加速動作をさせることが可能になる。

また、本発明方法を適用したとき、仮に、制御対象６が
目標点Ｐに対しショートラン、又はオーバランしたとき
は、ショートラン又はオーバランした距離、又は、時間
だけ減速指令値を供給するタイミングをずらせばよいの
で、このような場合、従来はその減速指令の供給タイミ
ングが固定サイクルであったためのサーボゲインの変更
で対応するしかなかったが、本発明ではサーボゲインを
変更する必要はなくなる。

制御対象を本発明方法によりステップ減速するとき、各
ステップ速度の基準速度に対する比率の大小に対応させ
て各ステップ速度における微小時間走行、即ち、等速走
行時間（又は区間）の大小を予め設定するので、減速走
行時機械側に生じるイナーシャ，ストレス等による歪が
本発明方法によるステップ減速の等速走行によってスム
ースに緩和され、これによって次のステップ速度におけ
る減速指令による減速効果を高めると共に、イナーシ
ャ，ストレス等の累積をさせない。

このようなステップ走行を行なわせると、制御対象の定
速走行速度の大小に拘らず、イナーシャやストレスが効
率的に除去乃至は緩和された状態でほぼ一定の最終速度
による精度の高い位置決めが可能となるので、停止点で
のサーボロックも不要となる。

本発明方法によれば、定速走行から位置決め停止までの
時間を機械側に大きなストレスをかけることなく合理的
に短縮可能になり、しかも、位置決め精度は一定である
という利点が得られる。

尚、上記実施例は、制御対象の減速時についてのもので
あるが、本発明は当該対象の加速走行時に適用可能なこ
と勿論である。

即ち、加速時は、定速走行に至るまでの間において、例
えば、スタートした直後の立上り速度又は予定走行速度
を基準速度とし、定速走行速度までの間を当該基準速度
に対する比率をもって加速する任意のステップ速度を設
定すると共に、各ステップ速度の速度で制御対象を微小
時間等速度走行させることによってそれまでの加速走行
に伴う機械側のストレス等を除去，緩和しつつ加速効率
をあげることができる。

以上述べたことから明らかなように、本発明によるサー
ボ制御法は、加速又は減速乃至は加，減速を伴う変速
を、制御対象の予定走行速度の大小にかかわらず、段階
的な各ステップ速度の基準速度に対する比率の大小に応
じた時間又は区間を各ステップ速度により走行をさせる
ので、制御対象の減速又は加速走行時、機械側のイナー
シャやストレスを緩和乃至は除去しつつ効率のよい速度
制御ができ、従って精度の高い位置決め制御に大きく寄
与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における減速パターンの一例の速度線
図、第２図は本発明を実施するためのサーボ制御系の一
例のブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械の刃物台のような移動するものを
   制御対象とし、この対象の走行速度をある走行区間で加
   速或は減速するため、その走行区間で複数ステップの速
   度指令を駆動源に対する信号により設定するようにした
   サーボ制御に於て、コンピュータに前記加速又は減速走
   行する区間又は時間を予め設定するようにしておき、そ
   の設定の際、前記区間又は時間における各ステップの指
   令速度を、前記駆動源による制御対象の早送り速度又は
   停止直前速度を基準速度とし、その基準速度に対する比
   率で演算記憶させ、前記の演算した基準速度に対する各
   ステップの指令速度の比率の大小に応じて各ステップに
   おける指令速度の走行時間又は走行距離を設定すること
   を特徴とするサーボ制御方法。