JPH0719180B2 - Feed axis position control method - Google Patents

Feed axis position control method

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JPH0719180B2
JPH0719180B2 JP63054394A JP5439488A JPH0719180B2 JP H0719180 B2 JPH0719180 B2 JP H0719180B2 JP 63054394 A JP63054394 A JP 63054394A JP 5439488 A JP5439488 A JP 5439488A JP H0719180 B2 JPH0719180 B2 JP H0719180B2
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JP
Japan
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electric motor
amount
lost motion
command
feed shaft
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政行 梨木
悟司 江口
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OOKUMA KK
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、数値制御(以下、単にNCとする)工作機械等
における送り軸の位置制御方式、特に移動方向反転時に
おける電動機のロストモーション分の移動時間を短縮し
て、多軸同期動作時の軌跡誤差を短縮するようにした送
り軸の位置制御方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention relates to a position control method for a feed axis in a numerically controlled (hereinafter simply referred to as NC) machine tool, etc., in particular, for lost motion of a motor when reversing a moving direction. The present invention relates to a position control method for a feed axis that shortens the moving time of the robot and reduces the trajectory error during multi-axis synchronous operation.

(従来の技術) 従来より、NC工作機械等の位置を高精度に制御する必要
がある送り軸の位置制御には、位置検出器として制御対
象の位置を直接的に検出できるインダクトシンや光学式
スケールといった直接型位置検出器を採用すると共に、
直接型位置検出器の検出出力を位置フィードバック信号
として、位置の閉ループを構成するいわゆるフルクロー
ズドループ制御方式が広く用いられている。
(Prior art) Conventionally, for the position control of the feed axis, which requires high-precision control of the position of NC machine tools, etc., an inductosyn or optical device that can directly detect the position of the controlled object as a position detector While adopting a direct type position detector such as a formula scale,
A so-called full-closed loop control system, which constitutes a closed loop of the position by using the detection output of the direct type position detector as a position feedback signal, is widely used.

第7図は、フルクローズドループ制御方式を採用した送
り軸駆動系のブロック構成例を示しており、減算器1は
位置指令XCから位置フィードバック信号XIを減算し、そ
の位置誤差Xeを算出する。位置フィードバック信号X
Iは、制御対象であるテーブル11の機械位置をインダク
トシン12及び13によって直接的に検出した位置信号であ
る。位置誤差Xeは増幅器2によって増幅され、増幅器2
の出力が速度指令VCとなる。又、電動機6に機械的に連
結された電動機6の回転位置及び回転速度を検出する検
出器7の速度検出信号は、速度フィードバック信号Vと
して減算器3に入力される。減算器3は速度指令VCから
速度フィードバック信号Vを減算して、その速度誤差Ve
を算出する。速度誤差VeはPID増幅器4によって増幅さ
れ、電動機6のトルク信号TCとなる。トルク指令TCは電
力増幅器5によって電力増幅され、その出力はトルク指
令TCに相当するトルクを電動機6で発生するための電流
ICとなる。電流ICによって電動機6に発生したトルクは
歯車列8,9を介してボールネジ10に伝達される。ボール
ネジ10はこの伝達トルクを、ナット部材11Aを介してテ
ーブル11の推進力に変換する。
FIG. 7 shows a block configuration example of the feed axis drive system adopting the fully closed loop control system. The subtracter 1 subtracts the position feedback signal X I from the position command X C, and calculates the position error X e . calculate. Position feedback signal X
I is a position signal in which the machine position of the table 11 to be controlled is directly detected by the inductins 12 and 13. The position error X e is amplified by the amplifier 2 and the amplifier 2
The output of becomes the speed command V C. The speed detection signal of the detector 7 that detects the rotational position and the rotational speed of the electric motor 6 mechanically connected to the electric motor 6 is input to the subtractor 3 as a speed feedback signal V. The subtractor 3 subtracts the speed feedback signal V from the speed command V C to obtain the speed error V e
To calculate. The speed error V e is amplified by the PID amplifier 4 and becomes the torque signal T C of the electric motor 6. The torque command T C is power-amplified by the power amplifier 5, and its output is a current for generating a torque corresponding to the torque command T C in the electric motor 6.
I C. The torque generated in the electric motor 6 by the current I C is transmitted to the ball screw 10 via the gear trains 8 and 9. The ball screw 10 converts this transmitted torque into the propulsive force of the table 11 via the nut member 11A.

以上説明した様にフルクローズドループ制御方式は、位
置指令XCと実際のテーブル位置を示す位置フィードバッ
ク信号XIとが最終的に一致する様に制御するため、高精
度な位置決めシステムに適している。一般に送り軸駆動
系は第7図に示すように、電動機6の出力トルクを歯車
列8,9及びボールネジ10などの機構部を介して制御対象
に伝達する構成となっており、このために歯車列8,9の
バックラッシュやボールネジ10の伸縮,ねじれ変形等に
起因したロストモーションの発生を避けることができな
い。
As explained above, the fully closed loop control method is suitable for a highly accurate positioning system because it controls so that the position command X C and the position feedback signal X I indicating the actual table position finally match. . In general, the feed shaft drive system is configured to transmit the output torque of the electric motor 6 to a control target through a mechanism such as gear trains 8 and 9 and a ball screw 10 as shown in FIG. Occurrence of lost motion due to backlash of rows 8 and 9, expansion and contraction of ball screw 10, twist deformation, etc. cannot be avoided.

第8図は、トルク伝達機構部にロストモーションを持つ
送り軸駆動系の動きをモデル的に示すものである。すな
わち、第8図において、テーブルがN方向に移動してい
る場合は、テーブル位置に対する電動機の回転位置関係
は位置(a)になっている。この状態から次にテーブル
をP方向に反転移動させる場合は電動機の回転方向が反
転し、テーブル位置に対する電動機の回転位置関係が
(b)の様になってもテーブルは移動せず、テーブル位
置と電動機の回転位置関係が(c)の様になってやっと
テーブルはP方向への反転移動を開始する。このように
ロストモーションを有する送り軸駆動系では、移動方向
反転時にロストモーション量に相当する不感帯を生じ、
軸移動反転時には電動機は実際のテーブル移動量に対し
てロストモーション量だけ余分に動作しなければならな
い。
FIG. 8 is a model diagram showing the movement of the feed shaft drive system having a lost motion in the torque transmission mechanism. That is, in FIG. 8, when the table is moving in the N direction, the rotational positional relationship of the electric motor with respect to the table position is the position (a). When the table is next reversed in the P direction from this state, the rotation direction of the electric motor is reversed, and the table does not move even if the rotational position relationship of the electric motor with respect to the table position becomes as shown in (b). Only when the rotational position relationship of the electric motor is as shown in (c), the table starts the reverse movement in the P direction. In this way, in the feed shaft drive system having the lost motion, a dead zone corresponding to the lost motion amount occurs when the moving direction is reversed,
At the time of reversing the axis movement, the electric motor has to operate by an extra lost motion amount relative to the actual table movement amount.

第9図は移動方向反転時(時点t1)における位置指令XC
の単位時間当りの変化量(位置指令速度)、電動機出力
トルクTC、電動機速度V、テーブル速度の関係をタイム
チャートに表わしたものである。時点t1に移動方向の反
転が指令されると、第7図中の位置誤差Xeは実際に反転
動作に入る時点t5に符号が反転し、PID増幅器4の出力
である電動機出力トルクTCは減少を始める。トルク“-T
L”は反転以前の方向へのテーブル移動に必要な摩擦ト
ルクを示し、電動機出力トルクTCの絶対値がTLより小さ
くなると、テーブル11の移動及び電動機6の回転は停止
する。この電動機6の回転停止時間tr(=t2-t5)は電
動機出力トルクTCの符号反転時間に等しく、電動機出力
トルクTCが符号反転する時点t2より電動機6は反対方向
へ回転を始める。時点t2〜t3が第8図における移動方向
反転時の不感帯にあるロストモーション量の移動時間と
なり、この間の電動機速度Vの面積がロストモーション
量となる。なお、時点t2で符号反転した電動機出力トル
クTCは、テーブル11が停止しているために時点t3まで増
加を続ける。時点t3に電動機出力トルクTCが反転方向へ
のテーブル移動に必要な摩擦トルク+TLを越えると、テ
ーブル11は反転方向への移動を開始する。時点t3直後は
動作遅れ時間td(=t3-t5)内に発生した位置指令XC
対するテーブル位置の遅れを取り戻すため、一時テーブ
ル速度は位置指令速度より速くなり、電動機出力トルク
TCも一時増加する。
FIG. 9 shows the position command X C when the moving direction is reversed (time t 1 ).
Is a time chart showing the relationship among the change amount (position command speed) per unit time, the motor output torque T C , the motor speed V, and the table speed. When the reversal of the moving direction is instructed at the time point t 1 , the sign of the position error X e in FIG. 7 is reversed at the time point t 5 when the reversing operation actually starts, and the motor output torque T output from the PID amplifier 4 is output. C begins to decline. Torque “-T
L ″ represents a friction torque required to move the table in the direction before the inversion, and when the absolute value of the motor output torque T C becomes smaller than T L , the movement of the table 11 and the rotation of the electric motor 6 are stopped. the quiescent period t r of (= t 2 -t 5) is equal to the sign inversion time of the motor output torque T C, the electric motor 6 from the time t 2 when the motor output torque T C is sign inversion starts to rotate in the opposite direction. is time t 2 ~t 3 becomes travel time lost motion amount in the dead zone during movement direction reversal in FIG. 8, the area of this period the motor speed V becomes lost motion amount. in addition, the sign-inverted at time t 2 The motor output torque T C continues to increase until time t 3 because the table 11 is stopped.At the time t 3 , the motor output torque T C exceeds the friction torque + T L required to move the table in the reverse direction. And table 11 is in the reverse direction Starts moving. To regain the time t 3 after the operation delay time t d (= t 3 -t 5 ) delays the table position relative to the position command X C generated in the temporary table speed is faster than the position command speed Becomes, motor output torque
T C also increases temporarily.

以上説明した様に、フルクローズドループ制御方式を採
用した送り軸駆動系においては、トルク伝達機構内に発
生するロストモーションに起因して移動方向反転時に動
作遅れ時間tdが生じる。この様な送り軸駆動系(X軸,Y
軸)に円弧指令を与えた場合、位置指令と実際のテーブ
ル位置の軌跡関係をX−Y座標上に示すと第10図によう
になる。この第10図から明らかなように、円弧の象限切
換わり点A以後、X軸動作はP方向動作の継続となるた
め、X軸方向のテーブル位置はA点以前と同様にX軸位
置指令に正確に追従できるが、Y軸動作についてはP方
向動作からN方向動作へと移動方向が反転するため、ロ
ストモーション量に起因した反転動作遅れ時間が発生
し、A点以後はY軸方向のテーブル位置は位置指令に対
して遅れてしまう。その結果X−Y座標上のテーブル位
置軌跡は、位置指令軌跡に対して図示のような凸部の誤
差を持った軌跡となる。
As described above, in the feed shaft drive system adopting the full closed loop control system, the operation delay time t d is generated when the moving direction is reversed due to the lost motion generated in the torque transmission mechanism. Such a feed axis drive system (X axis, Y
When an arc command is given to the (axis), the locus relationship between the position command and the actual table position is shown on the XY coordinates as shown in FIG. As is apparent from FIG. 10, after the quadrant switching point A of the circular arc, the X-axis operation continues the P-direction operation, so the table position in the X-axis direction is set to the X-axis position command as before A point. Although it can follow accurately, the movement direction of the Y-axis operation is reversed from the P-direction operation to the N-direction operation, so a reversal operation delay time occurs due to the amount of lost motion. The position lags behind the position command. As a result, the table position locus on the XY coordinates becomes a locus having an error of the convex portion as shown in the figure with respect to the position command locus.

(発明が解決しようとする課題) すなわち、フルクローズドループ制御方式を採用した送
り軸駆動系では、移動方向反転時に機械系のロストモー
ションに起因した動作遅れ時間が発生する。このため、
方向反転軸を含む多軸を同期して動作させる場合には、
位置指令軌跡と実際の送り軸位置軌跡との間に軌跡誤差
が発生する。このような軌跡誤差の発生は、第7図の増
幅器2の増幅率を上昇させることにより抑えることがで
きる。これは、第8図の電動機出力トルクTCの符号反転
時間tr及びロストモーション分の移動時間を含む動作遅
れ時間tdが、制御系の増幅率の上昇によって減少するか
らである。しかしながら、送り軸駆動系の機械剛性によ
り増幅器2の増幅率の増加には必然的に限界があり、こ
の限界を越えて増幅率を増加させることは送り軸動作の
不安定化を招いてしまう。このため、送り軸動作の安定
を維持すると共に、軌跡誤差を極小化することは非常に
困難なことであった。
(Problems to be Solved by the Invention) That is, in the feed axis drive system adopting the fully closed loop control system, an operation delay time occurs due to the lost motion of the mechanical system when the moving direction is reversed. For this reason,
When operating multiple axes including direction reversal axes in synchronization,
A trajectory error occurs between the position command trajectory and the actual feed axis position trajectory. The occurrence of such a locus error can be suppressed by increasing the amplification factor of the amplifier 2 shown in FIG. This is because the sign reversal time t r of the motor output torque T C in FIG. 8 and the operation delay time t d including the movement time for lost motion are reduced by the increase in the amplification factor of the control system. However, the mechanical rigidity of the feed shaft drive system inevitably limits the increase of the amplification factor of the amplifier 2. Increasing the amplification factor beyond this limit causes instability of the operation of the feed shaft. Therefore, it is very difficult to minimize the trajectory error while maintaining the stability of the operation of the feed shaft.

本発明は上述のような事情からなされたものであり、本
発明の目的は、送り軸駆動系の動作の安定性を維持しな
がら、なおかつ送り軸の速かな方向反転を実現する送り
軸制御方式を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a feed axis control system that realizes a quick reversal of the direction of the feed axis while maintaining the stability of the operation of the feed axis drive system. To provide.

(課題を解決するための手段) 本発明は電動機による送り軸の位置制御方式に関するも
ので、本発明の上記目的は、前記電動機に結合された電
動機位置検出手段の出力信号と、前記送り軸の位置を直
接的に検出する送り軸位置検出手段の出力に前記電動機
の位置検出増分量を加算した後に前記出力信号を差し引
いた誤差信号とを求め、前記出力信号及び誤差信号を位
置帰還信号とすることで電動機位置指令増分量に従った
前記電動機の位置制御と、送り軸位置指令に従った前記
送り軸の位置制御とを同時に行なうことによって達成さ
れる。
(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a position control system for a feed shaft by an electric motor, and the above object of the present invention is to provide an output signal of an electric motor position detection means coupled to the electric motor and a feed shaft. An error signal obtained by subtracting the output signal after adding the position detection increment amount of the electric motor to the output of the feed axis position detecting means for directly detecting the position is obtained, and the output signal and the error signal are used as a position feedback signal. This is achieved by simultaneously performing the position control of the electric motor according to the electric motor position command increment and the position control of the feed shaft according to the feed shaft position command.

(作用) 本発明は、送り軸の移動方向反転時において、フィード
バックループの外部よりロストモーション分の移動位置
指令を電動機にのみ与えることによって、電動機をロス
トモーション分だけ速かに動作させ、送り軸駆動系の安
定性を維持しながら最終的なテーブル反転動作時間の短
縮を図るようにしたものである。
(Operation) In the present invention, when the movement direction of the feed shaft is reversed, the movement position command for the lost motion is given only to the electric motor from the outside of the feedback loop, so that the electric motor is operated as fast as the lost motion, and the feed shaft is moved. This is intended to reduce the final table inversion operation time while maintaining the stability of the drive system.

(実施例) 本発明の実施例を添付図面を参照して以下に説明する。(Example) The Example of this invention is described below with reference to an accompanying drawing.

第1図は本発明による送り軸駆動系のブロック構成例を
第7図に対応させて示すものであり、ロストモーション
補正量発生器15には予め測定された送り軸駆動系のロス
トモーション量LMCが設定されている。ロストモーショ
ン補正量発生器15は移動方向反転検出器14からの移動方
向反転検出信号SPを入力し、この入力に同期してロスト
モーション補正量LMの発生を開始し、発生されたロスト
モーション補正量LMは加算器16で制御ループに加算され
る。移動方向反転検出信号SPは、送り軸の位置指令XC
移動方向反転が移動方向反転検出器14で検出されたタイ
ミングで発生されるパルス信号である。移動方向反転の
タイミングは増幅器2の増幅率が極めて高い場合は位置
指令XCのみにより検出できるが、増幅器2の増幅率が低
い場合は、実際に電動機6を反転させるタイミングは位
置指令XCの反転タイミングより遅れてしまう。このた
め、移動方向反転検出器14は実際の電動機速度指令VC
用いて、この速度指令VCの符号反転に基づいて移動方向
反転検出信号SPを発生させることになる。
FIG. 1 shows an example of a block configuration of a feed shaft drive system according to the present invention in correspondence with FIG. 7. The lost motion correction amount generator 15 has a previously measured lost motion amount LM of the feed shaft drive system. C is set. The lost motion correction amount generator 15 inputs the moving direction reversal detection signal SP from the moving direction reversal detector 14, starts the generation of the lost motion correction amount LM in synchronization with this input, and generates the lost motion correction amount. LM is added to the control loop by adder 16. The moving direction reversal detection signal SP is a pulse signal generated at the timing when the moving direction reversal detector 14 detects the reversal of the moving direction of the feed shaft position command X C. When the amplification factor of the amplifier 2 is extremely high, the timing of reversing the moving direction can be detected only by the position command X C. However, when the amplification factor of the amplifier 2 is low, the timing of actually reversing the electric motor 6 is the position command X C. It will be behind the reversal timing. Therefore, the moving direction reversal detector 14 uses the actual motor speed command V C to generate the moving direction reversal detection signal SP based on the sign reversal of the speed command V C.

第2図は、送り軸駆動系X,Y軸に第3図に示すような円
弧指令を与えた場合のY軸における移動方向反転検出信
号SPの発生と、ロストモーション補正量LMの発生及びこ
れに伴なう電動機動作を示すタイムチャートである。第
3図において、位置指令XCが円弧の象限切換わり点Aに
達した時のタイミングt4では(第2図参照)、Y軸方向
のテーブル移動は位置指令の円弧の象限切換わり点Aに
向かってまだP方向へ移動を続けており、実際にN方向
への反転移動が必要となるのは、実際のテーブル位置が
円弧の象限切換わり点Aに達する時点t5のタイミングで
ある。したがって、移動方向反転検出信号SPは第2図で
示すように時点t5のタイミングで発生され、これによっ
てロストモーション補正量発生器15によるロストモーシ
ョン補正量LMの発生が始まる。ロストモーション補正量
LMの発生方式としては、設定されたロストモーション量
LMCを瞬時に発生させてもよいが、ロストモーション量L
MCが大きい場合は、電動機6の応答限界も考慮して通常
は第2図で示すようにロストモーション補正量LMの発生
時間tLMCを設け、この発生時間tLMC内に発生量を補間し
て出力する。この場合、ロストモーション補正量LMの発
生終了時点t6では、ロストモーション補正量LMは設定さ
れたロストモーション量LMCに等しくなる。
FIG. 2 shows the generation of the movement direction reversal detection signal SP on the Y axis and the generation of the lost motion correction amount LM when the arc command as shown in FIG. 3 is given to the feed axis drive system X and Y axes. 3 is a time chart showing the operation of the electric motor associated with. In a third diagram, the position command X C (see FIG. 2) at the timing t 4 when reaching the arc quadrant switched point A, Y arc quadrant switched point-axis direction of the table movement position instruction A The movement is still continuing in the P direction toward, and the reverse movement in the N direction is actually required at the timing t 5 when the actual table position reaches the quadrant switching point A of the circular arc. Therefore, the moving direction inversion detection signal SP is generated at the timing of time t 5 as shown in FIG. 2, and this causes the lost motion correction amount generator 15 to generate the lost motion correction amount LM. Lost motion correction amount
As the LM generation method, the set lost motion amount
LM C may be instantaneously to generate, but lost motion amount L
When M C is large, the occurrence time t LMC of the lost motion correction amount LM is usually set as shown in FIG. 2 in consideration of the response limit of the motor 6, and the occurrence amount is interpolated within this occurrence time t LMC . Output. In this case, the lost motion correction amount LM for generating end t 6, the lost motion correction amount LM is equal to the lost motion amount LM C that has been set.

次に、送り軸の移動方向がP方向へ反転する場合は、ロ
ストモーション補正量発生器15は前述の発生タイミング
によりロストモーション補正量LM=-LMCの発生を行な
う。以後、同様にロストモーション補正量発生器15はN
方向反転時にはLM=LMC、P方向反転時にはLM=-LMC
ロストモーション補正量を発生する。ロストモーション
移動量検出器18は、移動方向反転検出信号SPの発生タイ
ミングにおける検出器7の位置検出信号XMをラッチし、
以後の位置検出信号XMとの差分lmを算出する。この算出
された差分lmは、電動機6のテーブル11に対する位置関
係が第8図の(a),(c)間のどこに相当するかを表
わす電動機6のロストモーション移動量である。N方向
移動反転時において、ロストモーション移動量lmは“0"
より最終的なロストモーション補正量LM=LMCに向って
増加して行く。この場合、ロストモーション移動量検出
器18によるロストモーション移動量lmの算出は、lm<LM
Cの範囲で行なわれる。lm≧LMCの範囲では電動機6がロ
ストモーション分の移動を終了しているため、lm=LMC
が限度とされる。又、P方向移動反転時においても、ロ
ストモーション移動量検出器18によるロストモーション
移動量lmの算出は、移動方向反転検出信号SPの発生タイ
ミングで開始され、以後lm>-LMCの範囲で行なわれる。
また、lm≦-LMCの範囲ではlm=-LMCが限度とされる。ロ
ストモーション移動量検出器18による移動方向反転時の
方向検出は、ロストモーション補正量LMの符号により行
なうことができる。
Next, when the moving direction of the feed axis is reversed to the P direction, the lost motion correction amount generator 15 generates the lost motion correction amount LM = -LM C at the above-mentioned generation timing. After that, similarly, the lost motion correction amount generator 15 becomes N
Generates a lost motion correction amount of LM = LM C when reversing the direction and LM = -LM C when reversing the P direction. The lost motion movement amount detector 18 latches the position detection signal X M of the detector 7 at the generation timing of the movement direction inversion detection signal SP,
The difference lm from the subsequent position detection signal X M is calculated. The calculated difference lm is the lost motion movement amount of the electric motor 6 which indicates where the positional relationship of the electric motor 6 with respect to the table 11 corresponds to between (a) and (c) in FIG. Lost motion movement amount lm is "0" when N direction movement is reversed.
The more the final lost motion correction amount LM = LM C increases. In this case, the lost motion movement amount lm calculated by the lost motion movement amount detector 18 is lm <LM
Performed in the C range. In the range of lm ≧ LM C , the motor 6 has finished moving for the lost motion, so lm = LM C
Is the limit. Further, even when the P direction movement is reversed, the lost motion movement amount detector 18 starts calculating the lost motion movement amount lm at the timing of generation of the movement direction reversal detection signal SP, and thereafter is performed within the range of lm> -LM C. Be done.
In the range of lm ≤ -LM C , lm = -LM C is the limit. Direction detection when the moving direction is reversed by the lost motion movement amount detector 18 can be performed by the sign of the lost motion correction amount LM.

この様にして算出されたロストモーション移動量lmは、
ロストモーション範囲内における電動機6の移動を迅速
かつ正確に行なうため、位置のフィードバックループに
取込まれる。減算器19は電動機6の位置検出信号XMより
ロストモーション移動量lmを減算する。本実施例におい
ては、ロストモーション補正処理を除くと、基本的に位
置フィードバック信号として2つの信号を持っている。
1つは電動機6の位置検出信号XMであり、もう1つはイ
ンダクトシン12,13によるテーブル11の位置検出信号XI
から、電動機6の位置検出信号XMを減算器20で減算した
両者の差分を示す信号Xrである。本実施例では減算器17
の出力である位置誤差Xeは、 Xe=XC+LM−(Xr+XM) …(1) となう。ここで、信号Xrは Xr=XI−(XM−lm) …(2) であるから、(2)式を(1)式に代入すると、 Xe=XC+LM-{XI−XM−lm)+XM}=XC-XI+(LM−lm)
…(3) となる。つまり、位置誤差Xeは、ロストモーション補正
量LMがロストモーション移動量lmと等しくなる一方向移
動状態においてはXe=XC-XIとなって、制御系は位置指
令XCに実際のテーブル位置XIが追従する様に動作する。
又、位置指令XCと実際のテーブル位置XIの差分に加え
て、ロストモーション補正量LM及びロストモーション移
動量lmの差分が加わるため、結果として制御系はロスト
モーション移動量lmがロストモーション補正量LMに等し
くなる様に動作することになる。
The lost motion movement amount lm calculated in this way is
In order to move the electric motor 6 within the lost motion range quickly and accurately, it is incorporated into a position feedback loop. Subtractor 19 subtracts the lost motion movement amount lm from the position detection signal X M of the electric motor 6. This embodiment basically has two signals as position feedback signals except for lost motion correction processing.
One is the position detection signal X M of the electric motor 6, and the other is the position detection signal X I of the table 11 by the inductors 12 and 13.
Is a signal X r indicating the difference between the position detection signal X M of the electric motor 6 and the position detection signal X M subtracted by the subtractor 20. In this embodiment, the subtractor 17
The position error X e, which is the output of, becomes X e = X C + LM− (X r + X M ) ... (1). Since the signal X r is X r = X I − (X M −lm) (2), substituting the expression (2) into the expression (1), X e = X C + LM- {X I -X M -lm) + X M } = X C -X I + (LM-lm)
… (3) In other words, the position error X e becomes X e = X C -X I in the one-way moving state in which the lost motion correction amount LM becomes equal to the lost motion moving amount lm, and the control system uses the actual position command X C as the actual position command X C. It operates so that the table position X I follows.
In addition to the difference between the position command X C and the actual table position X I , the difference between the lost motion correction amount LM and the lost motion movement amount lm is added, and as a result, the control system causes the lost motion movement amount lm to be lost motion correction. It will operate to be equal to the quantity LM.

第4図は本実施例における移動方向反転時の位置指令速
度、ロストモーション補正量発生速度、電動機出力トル
クTC、電動機速度V、テーブル速度の関係をタイムチャ
ートに表わしたものである。時点t1に移動方向反転が指
令されると、実際に反転動作に入る時点t5でロストモー
ション補正量LMの発生が開始される。時点t5の位置誤差
Xeは、従来方式によれば、 Xe=XC-XI …(4) であるが、本発明によれば位置誤差Xeは前述(3)式で
あるため、制御系は、実際の電動機6のロストモーショ
ン移動量lmがロストモーション補正量LMに追従すること
で、位置誤差Xeが増大しない様に動作する。これによ
り、電動機出力トルクTCは急速に符号反転,増加し、電
動機6の回転停止時間tr及びこれを含むロストモーショ
ン量の移動時間tdを、それぞれ従来に比較して大幅に減
少させることができる。
FIG. 4 is a time chart showing the relationship among the position command speed, the lost motion correction amount generation speed, the motor output torque T C , the motor speed V, and the table speed when reversing the moving direction in this embodiment. When the movement direction reversal is instructed at the time point t 1 , the generation of the lost motion correction amount LM is started at the time point t 5 when the reversing operation is actually started. Position error at time t 5
According to the conventional method, X e is X e = X C −X I (4), but according to the present invention, the position error X e is the above-mentioned expression (3). The lost motion movement amount lm of the electric motor 6 follows the lost motion correction amount LM, so that the position error X e does not increase. As a result, the motor output torque T C rapidly reverses and increases in sign, and the rotation stop time t r of the motor 6 and the travel time t d of the lost motion amount including the rotation stop time t d are significantly reduced as compared with the conventional case. You can

第5図は、本発明によって送り軸駆動系(X,Y軸)に円
弧指令を与えた場合の位置指令とテーブル位置の軌跡関
係を示したものである。ロストモーション量の移動時間
tdの大幅な減少により、円弧の象限切換わり点A以降、
Y軸方向のテーブル位置の位置指令に対する遅れ量が小
さくなるため、テーブル位置軌跡の位置指令軌跡に対す
る軌跡誤差は、第10図に示した従来制御方法により発生
した軌跡誤差に比較して大幅に縮少している。
FIG. 5 shows the locus relationship between the position command and the table position when an arc command is given to the feed shaft drive system (X, Y axes) according to the present invention. Lost motion amount movement time
Due to the drastic decrease of t d , after the quadrant switching point A of the arc,
Since the delay amount of the table position in the Y-axis direction with respect to the position command is small, the track error of the table position track with respect to the position command track is significantly reduced compared to the track error generated by the conventional control method shown in FIG. I have a little.

本実施例においては、移動方向反転時に実際の電動機6
のロストモーション移動量lmがロストモーション補正量
LMに対して小さいとき、これを補うように位置誤差Xe
発生し、この位置誤差Xe及び増幅器2の増幅率で決まる
速度VCで電動機6が回転され、ロストモーション移動量
lmがロストモーション補正量LMに近づく様に制御され
る。このため、ロストモーション補正量LMの発生に対し
て、実際のロストモーション移動が第2図のロストモー
ション移動速度(1)に示す如くtLMCDだけ遅れてしま
う。
In the present embodiment, when the moving direction is reversed, the actual electric motor 6
Lost motion movement amount lm is the lost motion correction amount
When it is smaller than LM, a position error X e is generated to compensate for this, and the electric motor 6 is rotated at a speed V C determined by this position error X e and the amplification factor of the amplifier 2 to cause a lost motion movement amount.
lm is controlled so as to approach the lost motion correction amount LM. Therefore, the actual lost motion movement is delayed by t LMCD as shown by the lost motion movement speed (1) in FIG. 2 with respect to the generation of the lost motion correction amount LM.

第6図に本発明の他の実施例を第1図に対応させて示
す。第6図は第1図の実施例に対して、微分器21及び加
算器22を加えた構成となっている。微分器21は、ロスト
モーション補正量発生器15によって発生されたロストモ
ーション補正量LMを時間的に微分し、その微分出力はロ
ストモーション補正量発生速度LMCVとなる。ロストモー
ション補正量発生速度LMCVは加算器22によって速度指令
VCに加算され、最終的な電動機6の速度指令VCNとな
る。第1図の構成例において、位置誤差Xeは電動機6の
速度をV,増幅器2の増幅率をKPとするとXe=V/KPとな
り、電動機速度Vに比例した位置誤差Xeが発生するのに
対して、第6図の実施例では、速度誤差VeはPID増幅器
4の高い増幅率によりVe≒0で動作することができる。
このため、ロストモーション補正量発生速度LMCVを速度
指令VCに加算するフィードフォワード制御を採用した本
実施例においては、実際の電動機6のロストモーション
移動速度lmを第2図のロストモーション移動速度(2)
に示す様に、ロストモーション補正量発生速度LMCVにほ
ぼ一致させることができる。つまり、実際の電動機6の
ロストモーション移動量lmのロストモーション補正量LM
に対する遅れtLMCDはほとんど発生しない。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention in correspondence with FIG. FIG. 6 has a configuration in which a differentiator 21 and an adder 22 are added to the embodiment of FIG. The differentiator 21 temporally differentiates the lost motion correction amount LM generated by the lost motion correction amount generator 15, and the differentiated output is the lost motion correction amount generation speed LMC V. Lost motion compensation amount generation speed LMC V is speed command by adder 22
It is added to V C and becomes the final speed command V CN of the electric motor 6. In the configuration example of FIG. 1, assuming that the speed of the motor 6 is V and the amplification factor of the amplifier 2 is K P , the position error X e is X e = V / K P , and the position error X e proportional to the motor speed V is On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 6, the speed error V e can operate at V e ≈0 due to the high amplification factor of the PID amplifier 4.
Therefore, in the present embodiment adopting the feedforward control in which the lost motion correction amount generation speed LMC V is added to the speed command V C , the actual lost motion moving speed lm of the electric motor 6 is changed to the lost motion moving speed in FIG. (2)
As shown in, the lost motion compensation amount generation speed LMC V can be almost matched. That is, the lost motion correction amount LM of the actual lost motion movement amount lm of the electric motor 6
The delay t LMCD for is almost never generated.

(発明の効果) フルクローズドループ制御を採用した送り軸駆動系にお
いては、軸移動方向反転時に系のロストモーションに起
因した動作に遅れが発生する。しかしながら、本発明
は、軸移動反転時に電動機にのみ直接ロストモーション
分の移動指令を加えるようにしているので、送り軸動作
の安定性を維持しつつ、軸移動反転時間の短縮化及びこ
れに伴なう多軸同期運転時の軌跡誤差の縮小化を実現す
ることができる。また、移動方向反転時における電動機
のロストモーション分の移動時間を大幅に短縮すること
で、多軸同期動作時の軌跡誤差を大幅に縮少することが
できる。又、本発明では制御系のループ感度は変わらな
いため、送り軸動作の安定性に支障を生じることはな
い。
(Effect of the Invention) In the feed axis drive system that employs the fully closed loop control, a delay occurs in the operation due to the lost motion of the system when the axis movement direction is reversed. However, according to the present invention, since the movement command for the lost motion is directly applied only to the electric motor at the time of the axis movement reversal, the stability of the feed axis operation is maintained and the axis movement reversal time is shortened and accordingly. It is possible to reduce the trajectory error during multi-axis synchronous operation. Further, by significantly shortening the moving time corresponding to the lost motion of the electric motor when reversing the moving direction, it is possible to significantly reduce the trajectory error during the multi-axis synchronous operation. Further, in the present invention, since the loop sensitivity of the control system does not change, the stability of the operation of the feed shaft is not hindered.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第2
図〜第5図はその動作を説明するための図、第6図は本
発明の他の実施例を示すブロック構成図、第7図は従来
の制御装置を示すブロック構成図、第8図〜第10図はそ
の動作を説明するための図である。 1,3,19,20…減算器、2…増幅器、4…PID増幅器、5…
電力増幅器、6…電動機、10…ボールネジ、11…テーブ
ル、14…移動方向反転検出器、15…ロストモーション補
正量発生器、16,22…加算器、18…ロストモーション移
動量検出器、21…微分器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
5 to 5 are diagrams for explaining the operation, FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a block diagram showing a conventional control device, and FIGS. FIG. 10 is a diagram for explaining the operation. 1,3,19,20 ... Subtractor, 2 ... Amplifier, 4 ... PID amplifier, 5 ...
Power amplifier, 6 ... Motor, 10 ... Ball screw, 11 ... Table, 14 ... Moving direction reversal detector, 15 ... Lost motion correction amount generator, 16, 22 ... Adder, 18 ... Lost motion movement amount detector, 21 ... Differentiator.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電動機による送り軸の位置制御方式におい
て、前記電動機に結合された電動機位置検出手段の出力
信号と、前記送り軸の位置を直接的に検出する送り軸位
置検出手段の出力に前記電動機の位置検出増分量を加算
した後に前記出力信号を差し引いた誤差信号とを求め、
前記出力信号及び誤差信号を位置帰還信号とすること
で、電動機位置指令増分量に従った前記電動機の位置制
御と、送り軸位置指令に従った前記送り軸の位置制御と
を同時に行ない得るようにしたことを特徴とする送り軸
の位置制御方式。
1. A feed shaft position control system using an electric motor, wherein the output signal of a motor position detecting means coupled to the electric motor and the output of a feed shaft position detecting means for directly detecting the position of the feed shaft are used as the output signals. An error signal obtained by subtracting the output signal after adding the position detection increment amount of the electric motor,
By using the output signal and the error signal as the position feedback signal, the position control of the electric motor according to the electric motor position command increment amount and the position control of the feed shaft according to the feed shaft position command can be performed at the same time. A feed axis position control method characterized by the above.
【請求項2】前記電動機の位置指令増分量を、送り軸移
動方向の反転検出信号の発生により制御装置外部から設
定された量、あるいは前記制御装置内部に予め設定され
た量に従って発生される電動機の動作指令量として、前
記送り軸位置指令値に加算し、及び前記反転検出信号発
生後の前記電動機の位置検出増分量を前記位置帰還信号
に加算することで、前記反転検出信号発生により発生さ
れる電動機の動作指令量と、前記反転検出信号発生以後
の電動機の動作量とが等しくなる様に制御するようにな
っている請求項1に記載の送り軸の位置制御方式。
2. An electric motor which generates a position command increment amount of the electric motor according to an amount set from the outside of the control device by generation of a reversal detection signal in the moving direction of the feed shaft or an amount set in advance inside the control device. Is generated by the inversion detection signal generation by adding the feed axis position command value and the position detection increment amount of the electric motor after the inversion detection signal generation to the position feedback signal. 2. The position control method for the feed shaft according to claim 1, wherein control is performed so that the operation command amount of the electric motor and the operation amount of the electric motor after the generation of the inversion detection signal become equal.
【請求項3】前記電動機の動作指令量は、前記制御装置
外部から設定された量あるいは前記制御装置内部に予め
設定された量を、前記制御装置外部から設定された時間
又は前記制御装置内部に予め設定された時間で補間処理
を行なうことにより発生され、補間された電動機の動作
指令量は時間的に微分され、前記動作速度指令量として
速度指令値に加算されるようになっている請求項2に記
載の送り軸の位置制御方式。
3. The operation command amount of the electric motor is an amount set from the outside of the control device or an amount preset in the inside of the control device, a time set from the outside of the control device or inside the control device. The operation command amount of the electric motor interpolated and generated by performing an interpolation process at a preset time is temporally differentiated and added to the speed command value as the operation speed command amount. The position control system of the feed axis described in 2.
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