JPH0646366B2 - サ−ボモ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明は、デジタルエンコーダを用いてサーボモータの
位置や速度の制御を行なうサーボモータ制御装置に関
し、特に制御方式に応じて速度フィードバックゲインお
よび位置制御フィードバックゲインを選択的に切換える
ことにより高速時から低速時に至るまでの動作を安定に
したサーボモータ制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来のサーボモータ制御装置として、例えば次の２種類
のものがある。

第１の例は、速度制御で目標地まで駆動し目標地におい
て位置制御に切り換える方式で、目標地までの速度の指
令および目標地での位置の指令をそれぞれ個別に行なう
ものである。

なお、この明細書において、「目標地」とは「目標地か
ら所定の精度で定まる範囲内」の意味で用いるものとす
る。また、所定の精度とは速度制御時であれば速度制御
の精度に応じた相対的に粗い精度を意味し、位置制御時
であれば位置制御の精度を意味する。

第４図は、この方式のサーボモータ制御装置のブロック
図を示す。同図において、１は指令速度データ、目標地
データおよび制御モード切換用のコントロール信号を発
生するシステムコントローラである。目標地データとし
てはモータ駆動用開始時の地点から目標地までのモータ
移動量すなわち駆動量を出力する。２は偏差カウンタ、
３は偏差カウンタ２の出力を電圧に変換するデジタル・
アナログコンバータ（以下、Ｄ／Ａコンバータ）、４は
ドライバ、５はサーボモータ、６はデジタルエンコー
ダ、７はデジタルエンコーダ６からの２相信号よりアッ
プおよびダウンのパルス列を出力する波形成形回路、８
は帰還パルス列を電圧に変換する周波数／電圧コンバー
タ（以下、Ｆ／Ｖコンバータ）、９はコントローラ１か
らの指令速度データを指令速度電圧に変換するＤ／Ａコ
ンバータ、10はコントローラ１からの目標値データを記
憶する目標値レジスタ、11は制御モードを切換えるアナ
ログスイッチ、12はＤ／Ａコンバータ３から出力される
位置偏差電圧を増幅する位置偏差アンプ、13はＦ／Ｖコ
ンバータ８およびＤ／Ａコンバータ９の出力の差分であ
る速度偏差電圧を増幅する速度偏差アンプである。

以上の構成において、システムコントローラ１はアナロ
グスイッチ11をＢに設定し、指令速度を出力する。Ｄ／
Ａコンバータ９はこの指令速度をＤ／Ａ変換し指令速度
電圧を発生させ、またＦ／Ｖコンバータ８はサーボモー
タ５に取り付けられたデジタルエンコーダ（パルスエン
コーダ）６から出力される帰還パルス列をＦ／Ｖ変換し
モータ速度電圧を発生させる。この指令速度電圧とモー
タ速度電圧との差分（速度偏差電圧）をさらに速度偏差
アンプ13で増幅し、この出力をモータ電圧としてドライ
バ４を介して目標地までサーボモータ５の駆動を行な
う。

目標地に到達後、コントローラ１はコントロール信号を
出力してアナログスイッチ11をＡに切換え、位置制御を
行なう。この位置制御では、コントローラ１によって目
標値レジスタ10に設定された位置に正確に停止するよう
に偏差カウンタ２およびＤ／Ａコンバータ３が動作す
る。すなわち、偏差カウンタ２は波形成形回路７を介し
て得られるデジタルエンコーダ６の帰還パルス列を計数
してサーボモータ５の位置情報を得ると同時に目標値レ
ジスタ10の停止位置との偏差を検出し、この偏差分をＤ
／Ａコンバータ３によりＤ／Ａ変換して位置偏差電圧と
した後、さらに位置偏差アンプ12で増幅し、この出力を
モータ電圧としてサーボモータ５を駆動する。

この時、速度偏差電圧も位置制御系を安定化させるため
に加算する。これは位置制御系に粘性（位相余裕）を持
たせる役目をする。通常、速度のループゲインが、位置
のループゲインの１／３程度となるように速度偏差アン
プ13および位置偏差アンプ12を調整すれば安定な位置制
御系を設計できる。

しかし、このような制御方式では目標地までの駆動を行
なう速度制御ループゲインをあまり高くできないため
に、応答の遅れが大きくなり、また外乱の影響も受けや
すい。

また、低周波におけるＦ／Ｖコンバータ８の出力はリッ
プルが大きく出力が不安定となるために、速度偏差アン
プ13のゲインが高すぎる場合、目標地で停止している際
に振動が大きくなってしまう恐れがある。

第２の例は、指令パルス列で速度および位置を制御する
デジタルサーボ方式である。

第５図は、この方式のサーボモータ制御装置のブロック
図を示す。同図において、１は指令パルス列を出力する
システムコントローラ、14は指令パルス列を電圧に変換
するＦ／Ｖコンバータである。この装置では、コントロ
ーラ１は指令パルス列を発生して偏差カウンタ２に入力
する。偏差カウンタ２はこの指令パルス列を計数すると
同時に、サーボモータ５に取り付けたパルスエンコーダ
６から出力される帰還パルス列を計数して指令パルス数
から減算し、指令位置からの位置偏差を検出する。この
偏差カウンタ２の値はサーボモータ５の位置制御指令と
してＤ／Ａコンバータ３により位置偏差電圧に変換後、
さらに位置偏差アンプ12で増幅してモータ電圧にして、
ドライバ４を介してサーボモータ５を駆動する。

このときも制御系を安定化させるために、指令パルス列
と帰還パルス列をＦ／Ｖコンバータ８および９により電
圧に変換し、その偏差電圧をさらに速度偏差アンプ13で
増幅して位置制御のフィードバックループに加えてい
る。

このような制御方式においては指令パルス列だけでサー
ボモータの位置および速度の制御を行なうが、指令パル
ス列が高周波になった場合、偏差カウンタ２およびＤ／
Ａコンバータ３等のハードウエアが追従できず、誤動作
を起こしてしまうという欠点がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述従来例の欠点に鑑み、制御方式に
応じて速度のフィードバックループゲインおよび位置の
フィードバックループゲインを切換えることにより、移
動時の追従性がよく、静止時にも安定した応答を得るこ
とができるサーボモータ制御方式を提供することにあ
る。

［発明の概要］ この目的を達成するため本発明のサーボモータ制御装置
は、サーボモータと、前記サーボモータを駆動するドラ
イバと、前記サーボモータの動作量に応じた帰還パルス
列を発生する帰還パルス発生器と、前記帰還パルス発生
器からの帰還パルス列の周波数から前記サーボモータの
速度を検知し、この検知速度と指令速度との偏差に比例
する電圧を発生する速度偏差電圧発生器と、前記帰還パ
ルス発生器からの帰還パルス列のパルス数から前記サー
ボモータの動作量を検知し、この検知動作量と指令駆動
量との偏差に比例する電圧を発生する位置偏差電圧発生
器と、前記速度偏差電圧発生器からの速度偏差電圧を異
なるゲインでそれぞれ増幅する複数の速度偏差アンプ
と、前記位置偏差電圧発生器からの位置偏差電圧を異な
るゲインでそれぞれ増幅する複数の位置偏差アンプと、
前記指令駆動量に対応する目標地に達するまでは前記速
度偏差アンプのうち高ゲイン側で増幅した速度偏差電圧
と前記位置偏差アンプのうち低ゲイン側で増幅した位置
偏差電圧を加算したものをモータ電圧として前記ドライ
バに供給する側に切り換えられると共に、前記目標地に
達した以降は前記速度偏差アンプのうち低ゲイン側で増
幅した速度偏差電圧と前記位置偏差アンプのうち高ゲイ
ン側で増幅した位置偏差電圧を加算したものをモータ電
圧として前記ドライバに供給する側に切り換えられるア
ナログスイッチを有することを特徴とする。

これによれば、目標地前後のそれぞれに適したモータ電
圧内の速度偏差電圧と位置偏差電圧の割合が任意に設定
されて駆動制御が行われるとともに、目標地に達した時
点で、それら設定値が瞬時に切り換わる。したがって、
移動時の追従性が良く、静止時にも安定した応答を得る
ことが可能なサーボモータ制御装置が提供されるととも
に、その構成も極めて簡単で低コストなものとなる。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係るサーボモータ制御装
置のブロック図である。なお、従来例と共通または対応
する部分については同一の符号で表す。同図の装置は、
第４図または第５図のものに対し、位置偏差アンプ12の
代わりに第１の位置偏差アンプ12と第２の位置偏差アン
プ15を、また速度偏差アンプ13の代わりに第１の速度偏
差アンプ13と第２の速度偏差アンプ16を使用するもの
で、第１の速度偏差アンプ12のゲインを第４および５図
の位置偏差アンプより高め、第２の位置偏差アンプ15の
ゲインを下げ、また第１の速度偏差アンプ13のゲインを
第４および５図の速度偏差アンプより高め、第２の速度
偏差アンプ16のゲインを下げて設定しておき、制御方式
に応じて速度のフィードバックループゲインおよび位置
のフィードバックループゲインを切換えるようにしたも
のである。

次に、第１図の装置の動作を説明する。

目標地まではコントローラ１はコントロール信号により
アナログスイッチ11をＢに設定して速度制御を行なう。
つまり、制御系が不安定となる直前までゲインを高めた
第１の速度偏差アンプ13とゲインを下げた第２の位置偏
差アンプ15とを使用して速度偏差電圧および位置偏差電
圧を増幅し、その出力を加算した電圧にてサーボモータ
５の駆動を行なう。このように速度制御時に位置のフィ
ードバック電圧もわずかながらも加えることで移動時の
追従性はかなり改善できる。

目標地に到達後はコントロール信号によりアナログスイ
ッチ11をＡに切換え、制御系が不安定となる直前までゲ
インを高めた第１の位置偏差アンプ12と、この位置のル
ープゲインの１／３程度にゲインを下げた第２の速度偏
差アンプ16とを使用して位置偏差電圧および速度偏差電
圧を増幅して加算した電圧により位置制御を行なう。こ
のように、速度のフィードバックも第２の速度偏差アン
プ16によりゲインを下げて位置のフィードバックループ
に加えてやることにより、位置制御系を安定化させるこ
とができる。

第２図は、指令速度波形の一例であるＦ／Ｖコンバータ
９の出力波形を示す。速度制御時は、一般に同図のよう
な加減速制御が行なわれる。本発明においては目標位置
Ｃにて速度制御から位置制御に切換え、速度および位置
のループゲインをそれぞれ切換える。

第３図は、本発明の他の実施例に係るサーボモータ制御
装置のブロック図を示す。同図の装置は、第１図の装置
に対し、指令速度データおよび目標値データを個別に設
定するコントローラ１を有し、指令速度データはＤ／Ａ
コンバータ９により指令速度電圧に変換し、また目標値
データは目標値レジスタ10に設定し、該目標値レジスタ
10と偏差カウンタ２により指令駆動量とサーボモータの
動作量との偏差を検出するようにしている。その他の制
御方法および動作については第１図のものと全く同じで
ある。

［実施例の変形例］ 上述においては、デジタルエンコーダを用いてサーボモ
ータの移動量および速度を検出しているが、回転型のサ
ーボモータの場合、タコジェネを使用することもでき
る。

また、指令速度が低速の場合、目標地まで位置のフィー
ドバックのみにてサーボモータの駆動を行なった方が追
従性がよくなる場合がある。このような場合、指令速度
が所定値以下では目標地までのモータ駆動を位置のフィ
ードバックのみにて行なうようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、モータ電圧内の速
度偏差電圧と位置偏差電圧の割合を設定されている任意
の値に瞬時に切り換えることができるため、移動時の追
従性が良く、静止時にも安定した応答を得ることが可能
なサーボモータ制御装置を提供することができる。ま
た、その構成も極めて簡単で低コストなものとすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るサーボモータ制御装
置のブロック図、 第２図は、第１図の装置の指令速度波形の一例を示す
図、 第３図は、本発明の他の実施例に係るサーボモータ制御
装置のブロック図、 第４および５図は、従来のサーボモータ制御装置のブロ
ック図である。 １：システムコントローラ、２：偏差カウンタ、３，
９：Ｄ／Ａコンバータ、４：ドライバ、５：サーボモー
タ、６：デジタルエンコーダ、７：波形成形回路、８，
14：Ｆ／Ｖコンバータ、10：目標値レジスタ、11：アナ
ログスイッチ、12：第１の位置偏差アンプ、13：第１の
速度偏差アンプ、15：第２の速度偏差アンプ、16：第２
の位置偏差アンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータと、前記サーボモータを駆動
   するドライバと、前記サーボモータの動作量に応じた帰
   還パルス列を発生する帰還パルス発生器と、前記帰還パ
   ルス発生器からの帰還パルス列の周波数から前記サーボ
   モータの速度を検知し、この検知速度と指令速度との偏
   差に比例する電圧を発生する速度偏差電圧発生器と、前
   記帰還パルス発生器からの帰還パルス列のパルス数から
   前記サーボモータの動作量を検知し、この検知動作量と
   指令駆動量との偏差に比例する電圧を発生する位置偏差
   電圧発生器と、前記速度偏差電圧発生器からの速度偏差
   電圧を異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の速度偏差
   アンプと、前記位置偏差電圧発生器からの位置偏差電圧
   を異なるゲインでそれぞれ増幅する複数の位置偏差アン
   プと、前記指令駆動量に対応する目標地に達するまでは
   前記速度偏差アンプのうち高ゲイン側で増幅した速度偏
   差電圧と前記位置偏差アンプのうち低ゲイン側で増幅し
   た位置偏差電圧を加算したものをモータ電圧として前記
   ドライバに供給する側に切り換えられると共に、前記目
   標地に達した以降は前記速度偏差アンプのうち低ゲイン
   側で増幅した速度偏差電圧と前記位置偏差アンプのうち
   高ゲイン側で増幅した位置偏差電圧を加算したものをモ
   ータ電圧として前記ドライバに供給する側に切り換えら
   れるアナログスイッチを有することを特徴とするサーボ
   モータ制御装置。