JPH07104691B2 - 多軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御装置 - Google Patents

多軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御装置

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JPH07104691B2
JPH07104691B2 JP27171886A JP27171886A JPH07104691B2 JP H07104691 B2 JPH07104691 B2 JP H07104691B2 JP 27171886 A JP27171886 A JP 27171886A JP 27171886 A JP27171886 A JP 27171886A JP H07104691 B2 JPH07104691 B2 JP H07104691B2
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靖 三浦
達也 中島
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日本鋼管株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えばNC工作機械、レーザ加工機などの多
軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御装置、特に軌跡精度
の向上化に関するものである。
〔従来の技術〕
NC工作機械、NCレーザ加工機など多軸サーボ機構におい
て、良好な加工精度を得るためには各々の送り駆動軸の
軌跡制御における軌跡誤差を極力小さくすることが必要
とされる。
第5図は従来のX軸,Y軸2軸多軸サーボ機構の制御装置
を示すブロック図であり、図において1X,1Yは各々X軸,
Y軸の位置制御装置、2X,2Yは各々X軸駆動モータ3XとY
軸駆動モータ3Yを駆動・制御する速度制御増幅器、4X,4
Yは各々テーブル5をX軸方向とY軸方向に移動する送
りねじである。
6X,6Yは各々X軸駆動モータ3XとY軸駆動モータ3Yの回
転速度を検出するタコジエネレータ、7X,7Yは各々テー
ブル5のX軸方向及びY軸方向の位置を検出するパルス
ジエネレータ、8,9は加算器である。
上記のように構成した2軸サーボ機構においては、不図
示のNC装置からX軸の位置指令xrとY軸の位置指令yr
を加算器8を介して位置制御装置1X,1Yに送り、位置制
御装置1X,1Yでは各位置指令xr,yrに基いてX軸の速度
指令とY軸の速度指令を算出し、加算器9を介
して速度制御増幅器3X,3Yに送る。速度制御増幅器3X,3Y
は所定の速度指令に基いてX軸駆動モータ3X
とY軸駆動モータ3Yを駆動しテーブル5の位置を制御す
る。この際タコジエネレータ6X,6YでX軸駆動モータ3X
とY軸駆動モータ3Yの回転速度を検出し、パルスジエネ
レータ7X,7Yで各々X軸方向とY軸方向のテーブル5の
位置を検出してフイードバツクしている。このようにし
てテーブル5を一定の送り速度(例えば後述するこの発
明の実施例のように送り速度4m/min)で円弧軌跡上移動
させている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のように構成した多軸サーボ機構における制御は、
各軸ごとに時間をパラメータとして独立に制御を行なつ
ているため、円弧軌跡の高速送り駆動などの場合には各
駆動軸のサーボ特性のばらつき、応答の時間遅れにより
第6図に示すように指令円弧軌跡10と実際の応答軌跡11
との間に誤差12が生じ、良好な加工精度が得られないと
いう問題点があつた。
かかる問題点を解決するために、特開昭60−231207公報
に多軸サーボ系の指令発生方式が開示されている。上記
公報に開示されている方式は、2軸以上の多軸サーボ機
構において主たる軸の位置指令と速度指令は時間をパラ
メータとして発生し、従たる軸の位置指令と速度指令は
主たる軸の状態をパラメータとして発生するようにして
いる。
しかし、この多軸サーボ機構の指令発生方式において
は、従たる軸の位置、速度を主たる軸の位置の関数値と
して求めて記憶しておくため、制御装置に膨大な記憶容
量を必要とする問題点がある。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
のであり、簡単な構成で軌跡精度の向上を図ることがで
きる多軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御装置を提案す
ることを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る多軸ーボ機構の定位速度円弧軌跡制御装
置は、多軸サーボ機構の各軸ごとに時間をパラメータと
して独立に制御する軌跡制御装置において、被制御対象
物の各軸についての現在位置を検出する位置検出手段
と、各軸の目標位置と現在位置とから各軸の位置偏差を
検出する手段と、位置偏差に基いて各軸の第1の速度指
令値を求める位置制御手段と、各軸の現在位置を入力
し、目標の円弧軌跡の半径と、現在位置と目標の円弧軌
跡の中心位置との間の距離との差からなる大きさ及び目
標の円弧軌跡の中心位置と現在位置とを結ぶ方向によっ
て特定される輪郭偏差量のベクトル値を検出する輪郭偏
差検出手段と、輪郭偏差量のベクトル値の大きさを積分
し、その積分値の各軸成分を輪郭偏差量のベクトル値の
方向に基いて求め、それを第2の速度指令値として出力
する積分制御手段と、第1の速度指令値と第2の速度指
令値とを加算して該当する各軸の第3の速度指令値を求
める加算手段と、第3の速度指令値に基いて各軸のモー
タを駆動して被制御対象物の位置を制御する速度制御手
段とを有する。
〔作用〕
この発明においては、各軸ごとに円弧軌跡の輪郭偏差を
フイードバツクして積分制御を行なうことにより円弧軌
跡制御の応答性を改善する。
〔実施例〕
まずこの発明の実施例の説明するにあたり、この発明の
多軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御の原理を第1図に
示すようにX軸とY軸からなる2軸多軸サーボ機構に基
いて説明する。
第1図において、10は与えられた指令軌跡であり、座標
(xo,yo)の点Rを中心とした半径rの円である。また
2軸多軸サーボ機構の移動途中の点をPとし、点Pの座
標を(x,y)とする。
ここで、この発明の実施例の説明に先立って従来方式の
問題点を詳細に説明し、従来方式との相違点(改良点)
を明確にする。
第5図に示す従来方式の位置制御装置では、実際位置が
目標位置をオーバーシュートすることがないように、通
常では比例制御が用いられる。従って、速度指令値
は次の(4),(5)式で与えられる。 =k(xr−x) …(4) =k(yr−y) …(5) xr,yrは目標値、x,yは実際値、kは比例ゲインであ
る。
この制御系を、円弧軌跡の半径と中心角からなる極座標
系で表わしてみる。目標値(xr,yr)に対応する半径を
r、中心角をφとして、実際値(x,y)に対応する半径
をt、中心角をθとする。
xr=r・cosφ …(6) yr=r・sinφ …(7) x=t・cosθ …(8) y=t・sinθ …(9) この時半径方向の速度指令値refは次式で表わされ
る。
ここでcos α=1−α/2の近似式を用いれば、次式
が得られる。
この(10)式を考慮して、半径方向に関する制御系をブ
ロック図に表わすと、第7図に示すものとなる。つま
り、半径方向に関する制御系は、一定値である目標値r
の系に対して−{kr(φ−θ)}/2の外乱が加わる形
になる。
次に、中心角方向の速度指令値refは次式で表わされ
る。
ここでsin α=αの近似式を用い、またr/t=1と近似
すれば次式が得られる。ref =k(φ−θ) …(11) この(11)式を考慮して、中心角方向に関する制御系ブ
ロック図に表わすと、第8図に示すものとなる。目標円
弧軌跡の軌跡速度が一定値である場合には、中心角方向
に関する制御系は、定速度目標値φに対して、1型の制
御系である。従ってωを定角速度目標値(=ω)とす
れば、定常状態では次式で表わされる中心角の定常偏差
が発生する。
φ−θ=ω/k …(12) 従って、定常状態ではこの中心角の定常偏差によって
(10)式及び第7図中の外乱{−kr(φ−θ)/2}が
発生し、これにより半径実際値tは半径目標値rに対し
て次式で表わされる定常偏差を持つこととなる。
この半径方向の定常偏差が円弧軌跡制御における軌跡誤
差となる。
この発明は、半径方向の定常偏差がなくなれば円弧軌跡
の軌跡誤差は著しく減少することに着目してなされたも
のである。上述の(10)式及び第7図で表わされる半径
方向の制御系のように、一定目標値の制御系に対して加
わる外乱(定常状態では一定値外乱)の影響を除去して
やるには、積分制御を追加してやることが有効である。
そこで、この発明においては、半径方向の誤差値を用い
た積分制御を追加すること、すなわち円弧軌跡の輪郭偏
差を用いた積分制御を追加することによって、円弧軌跡
の軌跡精度を向上し得ることを見出した。
以上のように従来方式とこの発明の制御方式が明確にな
ったところで、次にこの発明に実施例について説明す
る。
ここで、点Pと指令円弧軌跡10の中心Rとを結ぶ直線と
指令円弧軌跡10との交わる点をQとすると、指令円弧軌
跡10と2軸多軸サーボ機構による実際の応答軌跡上の点
Pとの輪郭偏差べクトル▲▼は次式で表わされる。
ここで、軌跡誤差を零にするためには輪郭偏差べクトル
▲▼の絶対値を常に零にするように制御すれば良
い。そこで輪郭偏差べクトル▲▼をフイードバツク
量として用い積分制御を行なうことにより軌跡精度の向
上を図ることができる。
すなわち、X軸方向に駆動する駆動速度値 とY軸方向に駆動する駆動速度値 を次式に示すように決定する。
ここで、,は各々X軸の位置指令xrとY軸の位置指
令yrに基いて定められる速度指令値を示し、Σ|▲
▼|は輪郭偏差の蓄積量を示す。また、K1,K2は比例係
数である。
上記(2),(3)式において右辺第2項は輪郭偏差PQ
x,PQyをフイードバツク量とした比例制御を表わし、右
辺第3項は輪郭偏差をフイードバツク量とした積分制御
を表わす。右辺第3項の積分制御によってこの発明が狙
う円弧軌跡精度の向上がもたらされる。右辺第2項の比
例制御は、位置制御のゲインを高くしたい時のみ加えれ
ば良く、通常はK1=0で良い。この発明の制御方式によ
れば、中心方向の定常偏差即ち位置毎は改善されない
が、円弧軌跡の軌跡誤差に対して中心角方向の位置誤差
は、半径方向の位置誤差に比して遥かに小さい影響しか
与えない。
以下、第2図のブロツク図に示したこの発明の一実施例
を説明する。第2図において1X〜9は上記第5図に示し
た従来例と同一のものである。13は上記(1)式に基い
て輪郭偏差PQx,PQyと輪郭偏差蓄積量Σ|▲▼|及
び角度θを求める輪郭偏差検出装置、14X,14Yは輪郭偏
差検出装置13の出力に基づいて上記(2),(3)式の
右辺第2項,第3項の演算処理を行なう比例積分制御装
置、15X,15Yは加算器である。
上記のように構成されたサーボ機構の定速度円弧軌跡制
御装置においては、パルスジエネレータ7X,7Yで各々検
出した駆動中のテーブル5のX軸方向位置xとY軸方向
位置yが輪郭偏差検出装置13に送られ、この位置x,yと
不図示のNC装置から送られるX軸の位置指令xr及びY軸
の位置指令yrとから輪郭偏差PQx,PQy、輪郭偏差蓄積量
Σ|▲▼|及び角度θの諸量が算出される。この輪
郭偏差検出装置13で検出した輪郭偏差PQx、輪郭偏差蓄
積量Σ|▲▼|、角度θがX軸の比例積分制御装置
14Xに送られ、輪郭偏差PQy、輪郭偏差蓄積量Σ|▲
▼|、角度θがY軸の比例積分制御装置14Yに送られ
る。比例積分装置14X,14Yは入力された輪郭偏差PQx,PQ
y等の諸量に基づき比例・積分の演算を行ない、その結
果を各々加算器15X,15Yに送る。加算器15Xでは位置制御
装置1Xで位置指令xrに基いて算出したX軸の速度指令
と比例積分装置14Xで演算した演算値を加算し、加算
器15Yは位置制御装置1Yで位置指令yrに基いて算出した
Y軸の速度指令と比例積分装置14Yで演算した演算
値を加算し、各々輪郭偏差のX軸成分とY軸成分を零に
する駆動速度値 を算出する。この各駆動速度値 を各々加算器9を介して速度制御増幅器2X,2Yに送り、
X軸駆動モータ3XとY軸駆動モータ3Yを駆動してテーブ
ル5の位置を制御する。
上記実施例により円弧半径50mm、送り速度4m/minで、
(2)、(3)式に示した比例係数をK1=30,K2=0.5と
して円弧軌跡制御の計算機シユミレーシヨンを行なつた
場合の輪郭誤差を第3図,第4図に示す。第3図は円弧
軌跡の各位置における輪郭誤差を示し、図において16は
この実施例による輪郭誤差であり、17は従来例による輪
郭誤差である。
また、第4図は横軸に駆動時間(秒)をとり、縦軸に輪
郭誤差をとつて駆動時間により輪郭誤差が変化する状態
を示し、図において18はこの実施例の場合、19は従来例
の場合の輪郭誤差を示す。
第3図,第4図から明らかなように、この実施例の場合
の輪郭誤差は従来例の場合と比較し著しく小さくするこ
とができ、軌跡精度の向上を図ることができる。
なお、上記実施例は2軸サーボ機構の場合について説明
したが、3軸サーボ機構の場合にも上記実施例と同様に
適用することができる。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように、各軸ごとに円弧軌跡の
輪郭偏差をフイードバツクとして積分制御を行なうこと
により円弧軌跡制御の応答性を改善するから、軌跡精度
を著しく向上させることができる効果を有する。
また、この発明によれば主動軸の状態に応じた従動軸の
位置、速度をあらかじめ記憶させておく必要がないか
ら、必要とする記憶容量を著しく低減することができる
効果も有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の動作原理を示す説明図、第2図はこ
の発明の実施例を示すブロツク図、第3図,第4図は各
々上記実施例における輪郭誤差の分布図、第5図は従来
例を示すブロツク図、第6図は従来例による指令円弧軌
跡と実際の応答軌跡との誤差を示す説明図である。第7
図及び第8図は従来の制御系を示すブロック図である。 1X,1Y……位置制御装置、2X,2Y……速度制御増幅器、3X
……X軸駆動モータ、3Y……Y軸駆動モータ、4X,4Y…
…送りねじ、5……テーブル、6X,6Y……タコジエネレ
ータ、7X,7Y……パルスジエネレータ、13……輪郭偏差
検出装置、14X,14Y……比例積分制御装置、15X,15Y……
加算器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多軸サーボ機構の各軸ごとに時間をパラメ
    ータとして独立に制御する軌跡制御装置において、 被制御対象物の各軸についての現在位置を検出する位置
    検出手段と、 各軸の目標位置と前記現在位置とから各軸の位置偏差を
    検出する手段と、 前記位置偏差に基いて各軸の第1の速度指令値を求める
    位置制御手段と、 各軸の前記現在位置を入力し、目標の円弧軌跡の半径
    と、現在位置と目標の円弧軌跡の中心位置との間の距離
    との差からなる大きさ及び目標の円弧軌跡の中心位置と
    現在位置とを結ぶ方向によって特定される輪郭偏差量の
    ベクトル値を検出する輪郭偏差検出手段と、 前記輪郭偏差量のベクトル値の大きさを積分し、その積
    分値の各軸成分を前記輪郭偏差量のベクトル値の方向に
    基いて求め、それを第2の速度指令値として出力する積
    分制御手段と、 前記第1の速度指令値と前記第2の速度指令値とを加算
    して該当する各軸の第3の速度指令値を求める加算手段
    と、 前記第3の速度指令値に基いて各軸のモータを駆動して
    被制御対象物の位置を制御する速度制御手段と を有することを特徴とする多軸サーボ機構の定速度円弧
    軌跡制御装置。
JP27171886A 1986-11-17 1986-11-17 多軸サーボ機構の定速度円弧軌跡制御装置 Expired - Lifetime JPH07104691B2 (ja)

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CN113510371B (zh) * 2020-04-09 2023-07-04 联合汽车电子有限公司 异形回转体的处理方法及生产装置

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