JPH0713631A

JPH0713631A - サーボモータの制御方法

Info

Publication number: JPH0713631A
Application number: JP5278861A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Matsubara; 俊介松原; Heisuke Iwashita; 平輔岩下; Hajime Okita; 肇置田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-01-17
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: WO1994025910A1; US5517100A; JP3285681B2

Abstract

(57)【要約】【目的】移動指令の反転時、サーボモータで駆動され
る被駆動体を遅れが少なく速やかに反転させる。【構成】移動指令が反転した後（Ｓ１，Ｓ２）、モー
タがａだけ移動する区間、第１のオフセット量ＢＬＣＭ
Ｐ１を速度指令に加算し、速度ループの積分値の符号の
反転を速める（Ｓ５〜Ｓ８，Ｓ１２〜Ｓ１５）。これに
より、モータの移動方向の反転が速くなる。その後、モ
ータがｂだけ移動した後、第２オフセット量ＢＬＣＭＰ
２を速度指令に加算して、テーブルが摩擦力に打ち勝ち
移動するだけのトルクがモータから出力される（Ｓ９，
Ｓ１０，Ｓ１２〜Ｓ１５）。第１のオフセット量は移動
指令方向反転時の速度ループの積分器の値によって決め
モータの反転を過不足ないものとする。第２のオフセッ
ト値は反転時の加速度によって決め摩擦力に対応する最
適なものとする。反転時の遅れが小さいから円弧切削時
において象限が変わった時生じる突起を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル等
の送り軸やロボットのアーム等を駆動するサーボモータ
の制御方式に関し、特に、移動方向が反転するときのバ
ックラッシュ加速補正に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータによって制御される工作機
械の送り軸，或いはロボットのアーム等において、サー
ボモータの駆動方向を反転させるとき、通常、送りねじ
のバックラッシュや摩擦の影響のため、機械は即座に反
転することができない。そのため、工作機械で円弧切削
等を行っているときやロボットアームが円弧運動を行な
っている時、象限が変わると切削円弧面，移動円弧面に
突起が生じる。例えば、Ｘ，Ｙ２軸平面上でワークに対
し円弧切削を行い、Ｘ軸をプラス方向、Ｙ軸をマイナス
方向に移動させているとき象限が変わり、Ｙ軸はそのま
まマイナス方向に駆動しＸ軸をマイナス方向に駆動する
ように切換えた場合、Ｙ軸に対しては今までと同一速度
で切削が行われるが、Ｘ軸は位置偏差が「０」になるこ
とからトルク指令値が小さくなり、さらに速度ループ制
御における積分器の符号の反転が遅れることや摩擦によ
りサーボモータは即座に反転できないこと、及び、テー
ブルを送る送りねじのバックラッシュによりテーブルの
移動も即座に反転できないことから、Ｘ軸方向のワーク
の移動は移動指令に対し追従できなく遅れることとな
る。その結果、切削円弧面に突起が生じる。

【０００３】従来、この突起をなくすため、あるいは減
らすため、移動方向の反転時に速度指令にある値のオフ
セット量（バックラッシ加速量）を加えてサーボモータ
の反転方向に加速を行い象限突起を減らす、いわゆるバ
ックラッシュ加速を行っている（特開平４−８４５１号
公報等参照）。また、このバックラッシ加速補正量を方
向反転直前の速度ループ制御の積分器の積分値によって
自動的に決定する方法も公知である（特開平３−２２８
１０６号公報参照）。この方法は、方向反転時の上記積
分器の値の符号を反転した値を反転後の積分器の目標値
とし、速度ループ処理周期ごと上記目標値からその時の
速度ループ制御の積分器の積分値を減じた値をバックラ
ッシ加速補正の補正量として、補正値が順次減衰するよ
うにしたものである。

【０００４】図１はバックラッシ加速補正を行う時のサ
ーボモータ制御のブロック図である。図中、１は位置ル
ープ制御におけるポジションゲインＫｐの項、２は速度
ループ制御における積分ゲインＫ１の項、３は速度ルー
プ制御における積分器の項、４は速度ループ制御におけ
る比例ゲインの項である。また５はサーボモータの伝達
関数を簡易的に表したもので積分項としている。さら
に、６はサーボモータの速度を積分し位置を求める伝達
関数の項である。なお、図中Ｓはラプラス演算子を表
す。

【０００５】位置指令Ｍcmd から位置フィードバック値
Ｐｆを減じて位置偏差を求め、該位置偏差にポジション
ゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖcmd （項１）を求める。
通常は、この速度指令Ｖcmd からモータの実速度ｖを減
じて速度偏差を求めこの速度偏差に積分ゲインＫ１を乗
じた値を積分し（項２，３）、この積分値から実速度ｖ
に比例ゲインＫ２を乗じた値（項４）を減じてトルク指
令（電流指令）Ｔcmdを求める。該トルク指令によって
サーボモータを駆動する。サーボモータは速度ｖで回転
し、その速度を積分することによってサーボモータの位
置が求められる。

【０００６】一方、位置指令Ｍcmd の符号、すなわち指
令の移動方向が反転した時、もしくは位置偏差の符号が
反転した時のみ、設定量のバックラッシ加速量ＢＬＣＭ
Ｐを上記速度指令Ｖcmd に加算し、バックラッシ補正が
なされた速度指令Ｖ'cmdを求め、該補正された速度指令
Ｖ'cmdによって速度ループの上記積分器の処理を行って
トルク指令Ｔcmd を求め、サーボモータを駆動し移動方
向反転時の遅れをなくすようにしている。図２は、移動
方向反転時における速度ループ制御の積分器３の積分値
を表した図である。図２の（ａ）はバックラッシ加速補
正を行わない時の積分器の状態を表すものである。方向
反転時においては、位置偏差は一旦「０」になり符号が
反転した位置偏差となる。例えば、「＋」の位置偏差か
ら「０」そして「−」の位置偏差へと変化する。一方、
速度ループにおける積分器は指令の方向が反転（Ｒｓ）
するまでに積分した値が残っており、上記符号が変化す
る位置偏差によって積分器の積分値の符号が反転するに
は時間が要することが図２（ａ）から分かる。

【０００７】図２（ｂ）は、図３（ａ）に示すようなバ
ックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰを、移動指令の方向反
転時に位置ループ制御により求められた速度指令Ｖcmd
に加算して、バックラッシ加速補正を行った時の速度ル
ープの積分器の積分値を表したものである。この図２の
（ａ）と（ｂ）を比較して分かるように、バックラッシ
加速補正を行えば、速度ループの積分器の積分値は移動
指令反転（Ｒｓ）後すばやく符号が反転することを示し
ている。積分器の積分値の符号が反転すれば、トルク指
令Ｔcmd の符号も反転しサーボモータは遅れが少なくそ
の回転方向を反転させることができることを意味してい
る（方向反転時においてはモータ速度は小さく速度ルー
プの比例項の影響は少ない）。以上のようにしてバック
ラッシ加速補正が行われ、移動方向の反転時における遅
れを少なくし、工作機械で円弧切削を行っているとき象
限が変わると生じる切削円弧面の突起を減少させてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のバック
ラッシ加速補正では、速度ループの積分器の積分値の符
号を速やかに反転させ、サーボモータの回転方向を速や
かに反転させることができる。しかしながら、サーボモ
ータと被駆動体のテーブル等はボールねじ等で結合され
ており、その動きにはバックラッシが存在する。このバ
ックラッシ内を移動している区間、及び、バックラッシ
内の移動を終了しても、被駆動体のテーブルを反転移動
させるにはその静止摩擦に打ち勝つだけのトルクがモー
タから発生するまでデーブルは移動せず、テーブルの反
転は遅れてしまう。このため上記突起は依然として発生
することを意味する。

【０００９】図４（ａ）〜（ｃ）は、上記ボールねじ等
におけるバックラッシの影響を説明するための説明図
で、図４において、１０はサーボモータ、１１は該サー
ボモータで駆動されるテーブル、１２は該テーブル１１
の移動面の機械摩擦面である。図４（ａ）に示すよう
に、モータ１０によりテーブル１１が一方向（図中左か
ら右に）に移動している状態から、モータ１０の移動方
向が反転した場合、図４（ｂ）に示すように、移動方向
の反転直後はバックラッシ内を移動し、その間テーブル
１２の移動はない。そして、図４（ｃ）に示すように、
バックラッシ内の移動が終了しても、テーブル１１はモ
ータ１０がテーブル１１と機械摩擦面１２の静止摩擦に
打ち勝つまでのトルクを発生するまで静止した状態が続
くことになる。

【００１０】従来のバックラッシ加速補正では、サーボ
モータ移動方向の反転までしか改善できず、該サーボモ
ータで駆動されるテーブルの移動方向反転の遅れを改善
することができない。そこで、本発明の目的は、移動指
令の反転時、サーボモータで駆動される被駆動体を遅れ
が少なく速やかに反転させることができるサーボモータ
の制御方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、移動指令の方
向若しくは位置偏差の符号が反転すると、位置ループ制
御で求められた速度指令に第１の設定オフセット量を加
算して速度ループへの速度指令とし、速度ループ制御の
積分器の符号を速やかに反転させサーボモータの移動を
速やかに反転させる。そして、モータの移動方向反転
後、第２の設定オフセット量を上記位置ループ制御で求
められる速度指令に加算して速度ループへの速度指令と
して、静止摩擦に打ち勝ちテーブル等の被駆動体を速や
かに移動させるだけのトルクを発生させるようにサーボ
モータを制御する。上記第１の設定オフセット量の上記
加算終了位置及び上記第２の設定オフセット量の加算開
始位置及び終了位置は、サーボモータの反転からの移動
量によって制御する。

【００１２】また、オフセット量の加算は種々の方法が
ある。上記第１の設定オフセット量は方向反転時の速度
ループ制御の積分器の値の符号を反転した値を反転後の
積分器の目標値とし、速度ループ処理周期ごと該目標値
からその時の速度ループ制御の積分器の積分値を減じた
値に比例する値として順次減衰するようにして最適バッ
クラッシ加速補正を行う。第２の設定オフセット量は方
向反転時の指令加速度によって決める。さらに、第１，
第２の設定オフセット量は、一定量の値か、時間と共に
減衰する値かの組み合わせで設定してもよい。すなわ
ち、第１，第２のオフセット量をそれぞれ一定量のオフ
セット量としても、また一方のみ一定量のオフセット量
とし、他方は時間と共に減衰するオフセット量としても
よい。さらには、第１，第２のオフセット量とも、それ
ぞれ時間と共に減衰するオフセット量としてもよい。

【００１３】

【作用】移動指令の方向の反転時若しくは位置偏差の符
号の反転時（移動指令の方向が反転すれば直ちに位置偏
差の符号は反転する）に、第１の設定オフセット量を速
度指令に加算して、速度ループ制御への速度指令とする
ので、速度ループ制御における積分器の積分値は速やか
にその符号が反転する。一方、移動方向が反転する時点
では位置ループ制御で求められる速度指令及び速度フィ
ードバック量はほとんど「０」に近いので、速度ループ
制御の比例項はほとんど無視でき、求められるトルク指
令は積分項の影響が大きい。そのため、積分器の積分値
の符号が速やかに反転することは、トルク指令の符号も
速やかに反転し、サーボモータは移動方向が速やかに反
転することを意味する。

【００１４】サーボモータの移動方向が反転し、バック
ラッシ分移動すると図４に示すように被駆動体のテーブ
ルは静止摩擦力に打ち勝つだけのトルクがモータから出
力されなければ、テーブルは移動できない。そこで、第
２の設定オフセット値を速度指令に加算することによっ
てトルク指令を増大させ、上記静止摩擦力に対応する分
のトルクをサーボモータに発生させる。これにより、静
止摩擦力に打ち勝って被駆動体のテーブルも速やかに反
転移動する。

【００１５】

【実施例】図６は本発明の一実施例を実施するサーボモ
ータ制御系のブロック図である。

【００１６】図６中、２０は工作機械やロボット等を制
御する数値制御装置等の制御装置（ＣＮＣ）、２１は該
制御装置２０から出力される工作機械やロボットのサー
ボモータへの位置指令や各種情報、制御信号等をディジ
タルサーボ回路２２のプロセッサに受け渡したり、逆に
ディジタルサーボ回路２２のプロセッサからの各種情報
を制御装置２０に受け渡すための共有メモリ、２２はデ
ィ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１４の位置，速度，電流制御処理を行うものであ
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ィジ
タルサーボ回路２２に位置、速度をフィードバックする
パルスコーダである。なお、ディジタルサーボ回路２２
はプロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されている。上
記図６のサーボモータの制御はディジタルサーボ回路に
よるサーボモータの制御として公知な事項であり、詳細
な説明は省略する。

【００１７】次に本発明の第１の実施例の動作を説明す
る。本第１の実施例においては、速度ループの積分器の
積分値の符号を反転させ、サーボモータの移動方向を速
やかに反転させるための第１のオフセット量ＢＬＣＭＰ
１と、テーブルが機械静止摩擦力に打ち勝ち速やかに移
動させるための第２のオフセット量ＢＬＣＭＰ２を位置
ループ制御処理で求められる速度指令に加算して速度ル
ープ制御処理を実行するようにしている。このオフセッ
ト量ＢＬＣＭＰ１，ＢＬＣＭＰ２の加算開始位置、終了
位置はサーボモータの移動方向が反転してからの移動量
によって決定するようにしている。図５に示すように、
第１のオフセット量ＢＬＣＭＰ１は位置指令が反転（Ｒ
ｓ）してからこの第１のオフセット量の加算を開始し、
サーボモータの移動量がａに達した点でこの第１のオフ
セット量ＢＬＣＭＰ１の加算を終了する。また、サーボ
モータの移動量がｂとなった時点で第２のオフセット量
ＢＬＣＭＰ２の加算を開始し、移動量がｃとなった時点
で第２のオフセット量ＢＬＣＭＰ２の加算を終了するも
のとしている。上記第１，第２のオフセット量ＢＬＣＭ
Ｐ１，ＢＬＣＭＰ２の大きさ、及び移動量ａ，ｂ，ｃ
は、機械の特性に合わせ実験的に求め予め設定されてい
る。

【００１８】図７は、本発明の第１の実施例を実施する
上記ディジタルサーボ回路２２のプロセッサが実施する
速度ループ処理周期毎の処理のフローチャートである。
まず、移動方向の反転が指令されたか否かを、位置指令
Ｍcmd の符号が反転したか否かもしくは、位置偏差の符
号（通常位置偏差量は非常に小さいので、位置指令Ｍcm
d の符号が変われば、位置偏差の符号も反転する）によ
って判断する（ステップＳ１）。反転してなければ、ス
テップＳ５に進み移動方向反転処理中（バックラッシ補
正処理中）を示すフラグＦ１が「１」にセットされてい
るか判断する。このフラグＦ１は初期設定で「０」にリ
セットされているから、ステップＳ１４に進み、位置ル
ープ処理によって求められた速度指令Ｖcmd にバックラ
ッシ加速補正量ＢＬＣＭＰを記憶するレジスタの値（な
お、この値も初期設定で「０」にセットされている）を
加算し補正された速度指令Ｖ'cmdを求める。この速度指
令Ｖ'cmdを電流ループ処理に引き渡して（ステップＳ１
５）当該速度ループ処理周期の処理を終了する。すなわ
ち、移動方向の反転がなく、フラグＦ１が「０」である
間は従来と同様のバックラッシ加速補正のない速度ルー
プ処理が実行される。

【００１９】一方、ステップＳ１で移動方向の反転が検
出されると、移動方向反転処理中を示すフラグＦ１を
「１」にセットする（ステップＳ２）。次に、位置指令
Ｍcmdの符号もしくは位置偏差の符号が前周期と今周期
で「＋」から「−」に変化したのか、もしくは「−」か
ら「＋」に変化したのか判断し（ステップＳ３）、
「＋」から「−」へ変化したときには変化方向を記憶す
るフラグＦ２を「１」にセットする（ステップＳ４）。
また、「−」から「＋」に変化した時は、フラグＦ２は
「０」に維持される（フラグＦ２は初期設定及び後述す
るステップＳ１１の処理によって「０」にセットされて
いる）。

【００２０】そして、ステップＳ５に進みフラグＦ１が
「１」か否か判断し、前述したように、位置指令Ｍcmd
の符号が反転した場合には、ステップＳ２でフラグＦ１
は「１」にセットされているため、ステップＳ６に進
み、積分器の役割をするアキュムレータＡ（このアキュ
ムレータＡも初期設定で「０」に設定されている）にパ
ルスコーダ２５からからの位置フィードバックパルスＰ
ｆを積算する。該アキュムレータＡの値と設定されてい
る移動量ａ，ｂ，ｃを比較する（ステップＳ７）。アキ
ュムレータＡの値が移動量ａの値より小さければ、バッ
クラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰとして、設定されている
第１のオフセット量ＢＬＣＭＰ１をセットする（ステッ
プＳ８）。アキュムレータＡの値が移動量ａと移動量ｂ
の間であれば「０」を、また、移動量ｂと移動量ｃの間
であれば、第２のオフセット量ＢＬＣＭＰ２をバックラ
ッシ加速補正量ＢＬＣＭＰとしてセットする（ステップ
Ｓ９，Ｓ１０）。

【００２１】そして、アキュムレータＡの値が移動量ａ
の値より小さければ、ステップＳ８よりステップＳ１２
に進み、フラグＦ２が「１」にセットされているか否か
によって反転移動方向を判断する。該フラグＦ２が
「１」で移動方向が「−」方向に反転している場合に
は、バックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰの符号を「−」
に反転させる（ステップＳ１３）。フラグＦ２が「０」
で移動方向が「＋」方向に反転している場合にはバック
ラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰの符号（＋）はそのままと
し、ステップＳ１４に進む。前述したようにバックラッ
シ加速補正量ＢＬＣＭＰを位置ループ処理によって求め
られた速度指令Ｖcmd に加算し補正された速度指令Ｖ'c
mdを求める。該速度指令Ｖ'cmdによって速度ループ制御
処理を実行しトルク指令Ｔcmd を求め電流ループへ引き
渡す。以下、アキュムレータＡの値が移動量ａを超える
までは、各周期毎ステップＳ１，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ
８，Ｓ１２，（Ｓ１３），Ｓ１４，Ｓ１５の処理を繰り
返す。

【００２２】こうして、第１のオフセット量ＢＬＣＭＰ
１が速度指令に加算され、速度ループ処理が実行される
から、速度ループ処理における積分器の積分値は速やか
にその符号が反転し、サーボモータは反転方向に回転す
ることになる。そして、サーボモータの移動量（アキュ
ムレータＡの値）が設定値ａを超えると、ステップＳ７
からステップＳ９に進み、バックラッシ加速補正量ＢＬ
ＣＭＰを「０」にセットし、ステップＳ１４へ進む。こ
の場合、バックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰは「０」で
あるから、速度指令の変化はなく位置ループ制御処理で
求められた速度指令Ｖcmd がそのまま補正された速度指
令Ｖ'cmdとなり、速度ループ制御処理が実行される（ス
テップＳ１５）。

【００２３】こうしてサーボモータが回転し、その移動
量（アキュムレータＡの値）が設定値ｂを超えると、ス
テップＳ７からステップＳ１０へ進み、バックラッシ加
速補正量ＢＬＣＭＰとして第２のオフセット量ＢＬＣＭ
Ｐ２をセットした後、前述したステップＳ１２〜１５の
処理を実行する。すなわち、位置ループ制御処理によっ
て求められた速度指令Ｖcmd に第２のオフセット量ＢＬ
ＣＭＰ２を加算して補正された速度指令Ｖ'cmdを求め、
この速度指令Ｖ'cmdで速度ループ制御処理を実行しトル
ク指令Ｔcmd を求め電流ループへ引き渡す。速度指令Ｖ
cmd に第２のオフセット量ＢＬＣＭＰ２が加算補正さ
れ、機械摩擦力をキャンセルするだけのトルクがこの補
正によって加算されるから、テーブルは速やかにその移
動方向を反転することになる。

【００２４】こうして、速度指令Ｖcmd に第２のオフセ
ット量ＢＬＣＭＰ２が加算された処理が実行され、サー
ボモータの移動量（アキュムレータＡの値）が設定移動
量ｃを超えると、ステップＳ７からステップＳ１１に移
行し、フラグＦ１，Ｆ２を「０」にリセットすると共
に、アキュムレータＡを「０」にリセットする。さら
に、ステップＳ９に移行してバックラッシ加速補正量Ｂ
ＬＣＭＰを「０」にセットし、ステップＳ１４，Ｓ１５
の処理を実行する。次の周期からは移動方向の反転がな
ければ、ステップＳ１からステップＳ５に移行し、フラ
グＦ１が「０」であるからステップＳ１４，Ｓ１５の処
理を実行することになる。この場合、バックラッシ加速
補正量ＢＬＣＭＰはすでに前周期のステップＳ９で
「０」にセットされているから、速度指令の補正は行わ
れないことになる。

【００２５】図８〜図１０は、半径１０ｍｍの円弧を切
削したとき、理想的な円弧からの誤差を拡大して表示し
た図である。図８はバックラッシ加速補正を行わないで
工作機械の各軸サーボモータを制御したときの図であ
る。図９は、従来のバックラッシ加速補正方式により各
軸サーボモータを制御によるときの図である。図１０
は、本発明の上記第１の実施例により各軸サーボモータ
を制御したときの図である。バックラッシ加速補正を行
わない図８の場合では、象限が変わるとき、円弧切削面
に大きな突起が生じている。従来のバックラッシ加速補
正を行った図９の例では、象限が変わるときの突起の大
きさは小さくなり改善されているが、依然としてかなり
大きな突起が生じている。

【００２６】しかし、本発明の第１の実施例を採用した
図１０では、象限が変わっても突起の発生はほとんどみ
られない。なお、上記実施例では、第１，第２のオフセ
ット量を図５で示したようなオフセット量とした。しか
し、これらのオフセット量を図３（ｂ）に示すような、
時間とともに減少するようにオフセット量にしてもよ
い。また、一方のオフセット量は図３（ａ）に示すオフ
セット量とし、他方を図３（ｂ）に示すようなオフセッ
ト量としてもよい。さらに、第１のオフセット量は、特
開平３−２２８１０６号公報に開示されているような、
方向反転時の速度ループの積分器の値の符号を反転した
値を反転後の積分器の目標値とし、速度ループ処理周期
ごと該目標値からその時の速度ループ制御の積分器の積
分値を減じた値とし、この第１のオフセット量をバック
ラッシ加速補正の補正量としてこの補正値が順次減衰す
るようにしてもよい。

【００２７】また、摩擦力は一般に速度に対して比例す
る。そのため、方向反転時、機械が静止状態から動き出
すまでの摩擦力をキャンセルし速やかに動き出すように
加える第２のオフセット量は方向反転時の速度に比例さ
せると、最適な第２のオフセット量を得ることができ
る。反転時の速度とは、速度が反転する軸のその反転時
における速度変化、即ち、加速度となる。この加速度
は、移動指令が０クロスするときの移動指令より計算す
ることができる。例えば、ある半径の円弧をある切削速
度で切削しているとき、一方の軸が移動方向が反転し、
その時の加速度がα0 でその時必要な第２のオフセット
量がδと実験的に求められると、次の１式によって、方
向反転時の加速度より第２のオフセット量を求めること
ができる。第２のオフセット量＝δ×（加速度）／α0 …（１）図１１は、第１のオフセット量を方向反転時の速度ルー
プの積分器の値で決め、かつ第２のオフセット量を方向
反転時の速度によって決める本発明の第２の実施例にお
ける、上記ディジタルサーボ回路２２のプロセッサが実
施する速度ループ処理周期毎の処理のフローチャートで
ある。

【００２８】まず、第１の実施例と同様に、移動方向の
反転が指令されたか否かを判断し（ステップＴ１）、反
転してなければ、ステップＴ３に進み移動方向反転処理
中（バックラッシ補正処理中）を示すフラグＦ１が
「１」にセットされているか判断する。このフラグＦ１
は初期設定で「０」にリセットされているから、ステッ
プＴ１０に進み、位置ループ処理によって求められた速
度指令Ｖcmd にバックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰを記
憶するレジスタの値（なお、この値も初期設定で「０」
にセットされている）を加算し補正された速度指令Ｖ'c
mdを求める。この速度指令Ｖ'cmdを電流ループ処理に引
き渡して（ステップＴ１１）当該速度ループ処理周期の
処理を終了する。

【００２９】一方、ステップＴ１で移動方向の反転が検
出されると、移動方向反転処理中を示すフラグＦ１を
「１」にセットし（ステップＴ２）、ステップＴ３に進
み、フラグＦ１が「１」か否か判断し、フラグＦ１は
「１」にセットされているから、ステップＴ３からステ
ップＴ４に進み、積算器の役割をするアキュムレータＡ
（このアキュムレータＡも初期設定で「０」に設定され
ている）にパルスコーダ２５からの位置フィードバック
パルスＰｆを積算する。そして、該アキュムレータＡの
値と設定されている移動量ａ，ｂ，ｃを比較する（ステ
ップＴ５）。アキュムレータＡの値が移動量ａの値より
小さければ、第１のオフセット量によるバックラッシ加
速補正の開始を示すフラグＦ３が「１」か否か判断し
（ステップＴ６）、始めは「０」であるからステップＴ
７に進んで該フラグＦ３を「１」にセットし（ステップ
Ｔ６）、レジスタＢに方向反転時の速度ループの積分器
の値の符号を反転した値をセットする（ステップＴ
８）。さらに、バックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰとし
て、上記レジスタＢに記憶する値から速度ループの積分
器の値を減じた値に設定定数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗じた
値を第１のオフセット量としてセットする（ステップＴ
９）。そして、ステップＴ１０に進み、位置ループ処理
によって求められた速度指令Ｖcmd にバックラッシ加速
補正量ＢＬＣＭＰを記憶するレジスタの値を加算し補正
された速度指令Ｖ'cmdを求める。この速度指令Ｖ'cmdを
電流ループ処理に引き渡して（ステップＴ１１）当該位
置、速度ループ処理周期の処理を終了する。

【００３０】次の周期では、ステップＴ１、Ｔ３、Ｔ
４、Ｔ５と進み、アキュムレータＡの値が設定値ａ以下
であればステップＴ６、ステップＴ９に進み、レジスタ
Ｂに記憶する値（方向反転時の速度ループの積分器の値
の符号を反転した値）から速度ループの積分器の値を減
じ、定数ｋを乗じてバックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰ
を求める。そして、位置ループで求められた速度指令Ｖ
cmd にこの補正量ＢＬＣＭＰを加算した値Ｖ´cmd によ
り速度ループ処理を行ない当該位置、速度ループ処理を
終了する（ステップＴ１０、Ｔ１１）。以下、アキュム
レータＡの値が設定値ａを越えるまで上記処理を各周期
毎実行する。即ち、第１のオフセット量によるバックラ
ッシ加速補正量ＢＬＣＭＰは、方向反転時より方向反転
時の速度ループの積分器の値の符号を反転した値の２倍
の値に定数ｋを乗じた値を初期値として、以後順次その
絶対値が小さな値と変化する。

【００３１】次に、サーボモータの方向反転後の移動量
（アキュムレータＡの値）が設定値ａを超えると、ステ
ップＴ５からステップＴ１２に進み、バックラッシ加速
補正量ＢＬＣＭＰを「０」にセットし、ステップＴ１０
へ進実、速度指令の補正は行われず位置ループ制御処理
で求められた速度指令Ｖcmd がそのまま速度ループに対
する速度指令Ｖ'cmdとなる。以後アキュムレータＡの値
が設定値ｂを越えるまでステップＴ１、Ｔ３〜Ｔ５、Ｔ
１２、Ｔ１０、Ｔ１１の処理を周期毎と繰り返し実行し
バックラッシ加速補正は行われない。

【００３２】さらにサーボモータが回転し、アキュムレ
ータＡの値が設定値ｂを超えると、ステップＴ５からス
テップか１３へ進み、バックラッシ加速補正量ＢＬＣＭ
Ｐとして第２のオフセット量をセットすることになる
が、この第２の実施例では、予め実験的に求められた加
速度α0 のときの最適第２のオフセット量δが設定され
ており、これら設定値と方向反転時の加速度αより上記
第１式の演算を行なって得られる第２のオフセット量が
バックラッシ加速補正量ＢＬＣＭＰとしてセットされる
（ステップＴ１３）。方向反転時の加速度αは、位置ル
ープ処理によって求められる当該周期の速度指令から前
周期において求められた速度指令を減じて位置、速度ル
ープ処理周期で除して求めることもできるが、位置、速
度ループ処理周期は非常に短いことから精度良く加速度
を求めることが難しいので、本実施例では、数値制御装
置から分配される分配周期毎の移動指令から加速度を求
める。即ち、分配周期毎の移動指令は分配周期間の移動
量であるから速度とみることができ、当該分配周期の移
動指令から前分配周期の移動指令を減じることによって
加速度αを求めることができる。なお、実験によって最
適第２のオフセット量δを求めたときの加速度α0 も同
様にして求めることによって加速度に対応する第２のオ
フセット量を求めることができる。

【００３３】こうして求めたバックラッシ加速補正量Ｂ
ＬＣＭＰを位置ループ制御処理によって求められた速度
指令Ｖcmd に加算して補正された速度指令Ｖ'cmdを求
め、この速度指令Ｖ'cmdで速度ループ制御処理を実行し
トルク指令Ｔcmd を求め電流ループへ引き渡す。以下、
アキュムレータＡの値が設定値ｃをこえるまでステップ
Ｔ１、Ｔ３〜Ｔ５、Ｔ１３、Ｔ１０、Ｔ１１の処理を各
周期毎繰り返す。アキュムレータＡの値が設定移動量ｃ
を超えると、ステップＴ５からステップＴ１４に移行
し、フラグＦ１，Ｆ３を「０」にリセットすると共に、
アキュムレータＡを「０」にリセットする。さらに、ス
テップＴ１２に行してバックラッシ加速補正量ＢＬＣＭ
Ｐを「０」にセットし、ステップＴ１０，Ｔ１１の処理
を実行する。次の周期からは移動方向の反転がなけれ
ば、ステップＴ１、Ｔ３、Ｔ１０、Ｔ１１の処理を実行
することになる。この場合、バックラッシ加速補正量Ｂ
ＬＣＭＰはすでに前周期のステップＴ１２で「０」にセ
ットされているから、速度指令の補正は行われないこと
になる。

【００３４】図１２〜図１４は、半径４０ｍｍの円弧を
切削速度１０００ｍｍ／分、及び６０００ｍｍ／分で切
削したとき、理想的な円弧からの誤差を拡大して表示し
た図である。図１２はバックラッシ加速補正を行わない
で工作機械の各軸サーボモータを制御したときの図であ
る。図１３は、第１のオフセット量は方向反転時の積分
器の値によって初期値を決めてバックラッシ加速補正を
行い（第２実施例におけるステップＴ６〜Ｔ９の処理を
行なった場合）、第２のオフセット値を一定値にして
（第２の実施例におけるステップＴ１３の処理を加速度
によって求めず一定な値として）バックラッシ加速補正
を行なって工作機械の各軸サーボモータを制御したとき
の図である。図１４は、本発明の上記第２の実施例（第
１のオフセット量は方向反転時の積分器の値によって決
め、第２のオフセット量は方向反転時の加速度によって
決める図１１に示す処理による実施例）により各軸サー
ボモータを制御したときの図である。そして、図１２〜
図１４の各図の（ａ）は切削速度が切削速度１０００ｍ
ｍ／分の場合、（ｂ）は切削速度６０００ｍｍ／分の場
合である。バックラッシ加速補正を行わない図１２の場
合では、象限が変わるとき、円弧切削面に大きな突起が
生じている。図１３では、切削速度が遅いときには最適
補正がされ、象限が変わるとき円弧切削面に生じる象限
突起はかなり改善されている。しかし切削速度が上がる
と補正不足となり上記突起が大きくなっている。そし
て、本発明の第２の実施例を実施した図１４では、切削
速度が遅い時は最適補正され、象限突起は非常に小さ
い。また、切削速度上がった時も、図１２（ｂ）と図１
３（ｂ）を比較すると、象限突起が小さくなり切削面の
加工精度が向上していることが分かり、バックラッシ加
速補正がより正確に機能していることを示している。

【００３５】なお、上記第２の実施例では、第２のオフ
セット量を分配周期毎の移動指令から求めた加速度を用
いるから、第２のオフセット量によりバックラッシ加速
補正を行なっている間に分配周期が変わると求められる
加速度も変わることになる。しかし、この第２のオフセ
ット量を方向反転時の加速度によって求められる値に固
定するようにしてもよい。その場合には、方向反転時に
求められている加速度を読みだし、この値に加速度αを
固定すればよい。また、機械の摩擦特性が分かっている
ときには、その特性に合わせて第２のオフセット量を変
化させるようにしてもよい。さらに、静摩擦と動摩擦の
関係を考慮して、この第２のオフセット量は始めは大き
く順次減衰するようにしてもよい。

【００３６】以上のように、本発明の第２の実施例で
は、方向反転時に反転後の積分器の目標値（方向反転時
における積分器の値の符号を逆にした値）としてバック
ラッシ加速補正の第１のオフセット量として、モータ自
体を過不足なく反転させ、かつ、モータ反転後機械の摩
擦力に打ち勝つためにバックラッシ加速補正として加え
る第２のオフセット量は、方向反転時の速度によって決
め、速度に比例する摩擦力に打ち勝つようにしたから、
この場合も過不足ないバックラッシ補正を行なうことが
できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、移動方向が反転するとき、第
１のオフセット量によってバックラッシ加速補正を行
い、速度ループ制御の積分器の積分値の符号を速やかに
反転させサーボモータの移動方向を速やかに反転させる
と共に、第２のオフセットによるバックラッシ加速補正
によってテーブル等の被駆動体が速やかに静止摩擦力に
打ち勝ち移動できるようにした。そのため、移動方向の
反転時にサーボモータで駆動されるテーブル等の被駆動
体の遅れが少なくなる。その結果、工作機械等の送り軸
のを駆動するサーボモータの制御に本発明の方法を採用
した場合、円弧切削時に一方の軸の送り方向が変わった
ときに生じる突起を減少させることができる。特に、第
１のオフセット量を方向反転時の速度ループの積分器の
値から決めることによってモータを過不足なく反転させ
ることができる。また、第２のオフセット量を方向反転
時の加速度から決めることによって、モータ反転後の機
械の摩擦力に対応する最適なバックラッシ加速補正がで
きるから、過不足ないバックラッシ補正ができ、工作機
械等の送り軸のを駆動するサーボモータの制御に本発明
の方法を採用した場合、円弧切削の加工精度を格段と向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックラッシ加速補正を行う時のサーボモータ
制御のブロック図である。

【図２】移動方向反転指令時の速度ループ制御内の積分
器の積分値を表す図である。

【図３】バックラッシ加速補正の例を示す図である。

【図４】移動方向反転時におけるモータとテーブルの移
動を説明する説明図である。

【図５】本発明の第１の実施例のバックラッシ加速補正
量を示す図である。

【図６】本発明の実施例を実施する工作機械の制御系の
要部ブロック図である。

【図７】本発明の第１の実施例における速度ループ処理
周期における処理のフローチャートである。

【図８】バックラッシ加速補正を行わずに、半径１０ｍ
ｍの円弧を切削したときの理想的な円弧からの誤差を拡
大して表示した図である。

【図９】従来のバックラッシ加速補正を行い、半径１０
ｍｍの円弧を切削したときの理想的な円弧からの誤差を
拡大して表示した図である。

【図１０】本発明の第１の実施例のバックラッシ加速補
正を行い、半径１０ｍｍの円弧を切削したときの理想的
な円弧からの誤差を拡大して表示した図である。

【図１１】本発明の第２の実施例における速度ループ処
理周期における処理のフローチャートである。

【図１２】バックラッシ加速補正を行わずに、半径４０
ｍｍの円弧を切削速度１０００ｍｍ／分、６０００ｍｍ
／分で切削したときの理想的な円弧からの誤差を拡大し
て表示した図である。

【図１３】第１のオフセット量を方向反転時の積分器の
値によって決め、第２のオフセット量を一定値としてバ
ックラッシ加速補正を行なったときの、半径４０ｍｍの
円弧を切削速度１０００ｍｍ／分、６０００ｍｍ／分で
切削したときの理想的な円弧からの誤差を拡大して表示
した図である。

【図１４】本発明の第２の実施例のバックラッシ加速補
正を行い、半径４０ｍｍの円弧を切削速度１０００ｍｍ
／分、６０００ｍｍ／分で切削したときの理想的な円弧
からの誤差を拡大して表示した図である。

【符号の説明】

１０モータ１１テーブル１２機械摩擦面ＢＬＣＭＰ１第１のオフセット量ＢＬＣＭＰ２第２のオフセット量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被駆動体を駆動するサーボモータの駆動
方向反転時の制御方法において、移動指令の方向若しく
は位置偏差の符号が反転すると、位置ループ制御で求め
られた速度指令に第１の設定オフセット量を加算し速度
ループへの速度指令とし、モータの移動方向反転後、第
２の設定オフセット量を上記位置ループ制御で求められ
る速度指令に加算して速度ループへの速度指令としてサ
ーボモータを制御するサーボモータの制御方法。
【請求項２】上記第１の設定オフセット量の上記加算
終了位置及び上記第２の設定オフセット量の加算開始位
置及び終了位置は、サーボモータの反転からの移動量に
よって制御する請求項１記載のサーボモータの制御方
法。
【請求項３】上記第１の設定オフセット量は方向反転
時の速度ループ制御の積分器の値の符号を反転した値を
反転後の積分器の目標値とし、速度ループ処理周期ごと
該目標値からその時の速度ループ制御の積分器の積分値
を減じた値に比例する値として順次減衰するようにした
請求項１または請求項２記載のサーボモータの制御方
法。
【請求項４】上記第２のオフセット量は方向反転時の
指令加速度によって決める請求項１、請求項２または請
求項３記載のサーボモータの制御方法。
【請求項５】上記第２のオフセット量は方向反転時の
指令加速度に比例する値を初期値とし、速度ループ処理
周期ごと順次減少させる請求項４記載のサーボモータの
制御方法。
【請求項６】上記第１，第２の設定オフセット量は、
一定量の値か時間と共に減衰する値かの組み合わせで設
定されている請求項１または請求項２記載のサーボモー
タの制御方法。