JPH07200032A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 摩擦やバックラッシュの大きい機械において
も、目標とする任意の目標経路に対して、制御対象が許
容加速度と許容速度の制約内で高速かつ高精度に追従で
きるサーボ制御装置を提供する。 【構成】 各軸毎に設けた加速度検出部３−ｉは速度目
標値から加速度目標値を検出し、方向反転検出部１２−
ｉは、速度目標値の方向反転と停止時からの動き始めを
検出し、方向反転信号を出力する。速度許容値変更部１
３−ｉは、この信号を入力すると所定の時間が経過する
まで速度許容値を方向反転時速度に変更する。比較部４
−ｉは加速度及加速度目標値の所定の加速度及速度の許
容値に対する割合を夫々第１及第２信号として発生し軸
間協調部５−ｉは、第１及第２信号を比較し、全てのモ
ータが加速度と速度の許容値を満足するよう各モータに
共通の時間方向変化量を演算する。速度変換部６−ｉ
は、これに応じて速度目標値を変更し、駆動軸のモータ
が追従可能な速度信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械あるいはロボッ
ト等のサーボ制御装置において、曲線を含む種々の形状
の目標経路に制御対象を高速かつ高精度に追従させるサ
ーボ制御装置に関し、特に摩擦やバックラッシュの大き
い機械において、機械の応答を高精度に追従させるサー
ボ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械やロボット等における曲面加工
や多自由度ロボットハンドの経路を制御する場合、制御
対象の移動経路を緻密に制御することが重要である。こ
こで、目標とする空間経路に対して、制御対象の移動経
路を追従させる制御を経路追従制御という。

【０００３】高速かつ高精度な経路追従制御を実現する
ためには、まず、目標経路に対する応答性を上げること
が必要であり、制御系の応答性を決めるシステムゲイン
を上げたり、フィードフォワード制御によって疑似的に
システムゲインを上げる方法が用いられる。しかし、こ
のような場合、急峻なコーナのような目標経路に対し
て、機械系やモータの能力を超える大きな加速度がサー
ボ制御装置に発生し、機械に急激なショックや振動が発
生することがある。このため、許容された加速度を満た
すところまで目標速度を下げざるを得ず、これが高速性
を阻んでいる。

【０００４】一方、制御対象の各軸の速度目標値を線形
フィルタに通すことにより急激な速度変化を防ぐサーボ
制御装置もある。しかし、制御系にローバスフィルタが
接続されることになるので、目標経路の高周波成分が失
われ、結果的に追従した経路に誤差を生じる。

【０００５】また、目標経路の形状を認識することで大
きな加速度を必要とするコーナ部などの移動方向変化を
検出し、そこで速度を下げて、加速度を小さく抑えて追
従精度を上げるサーボ制御装置がある。しかし、加速度
を検出するために形状認識や移動方向の検出などの複雑
な処理が必要となり、高い演算処理能力を必要とするの
で実現が難しい。

【０００６】他に、別のサーボ制御装置として、予め与
えられた許容速度や許容加速度の制約を満たすように速
度目標値を設定する方法が、特開平４−３３０１２号公
報に開示されている。

【０００７】図１２は、このサーボ制御装置を示すブロ
ック図である。図において、速度計算部１０２は入力部
１０１から与えられた速度目標値と予め設定されたＸ、
Ｙ軸の速度許容値とを比較して、小さい方を新たな速度
目標値として出力する。また、加速度計算部１０５は、
予め設定された各軸の加速度許容値と入力部１０１から
供給される速度目標値の変化量から許容加速度を発生
し、加速度処理部１０４へ加速度設定値として出力す
る。速度信号発生部１０３は速度計算部１０２の計算結
果からステップ状の速度信号を発生し、加減速処理部１
０４はこのステップ状の速度信号の立上り、立ち下がり
を加速度計算部１０５の出力値に合わせて滑らかに波形
整形する。速度分配部１０６はこの加減速処理された速
度波形の各軸成分を求める。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図１２に示した従来技
術によれば、ステップ状の速度目標値の急激な立ち上が
りと立ち下がりが加速度の許容値で変化するので、高速
かつ高精度な経路追従を実現できる。しかし、このサー
ボ制御装置は、加速度処理部がステップ状の速度信号に
対してしか加減速処理を行わないため、速度信号が時々
刻々変化する任意の自由曲線経路に対する追従制御がで
きない。

【０００９】さらに、任意の経路に対して急激な加速度
を許される加速度範囲に抑え、モータの動きを高精度に
制御することができる場合でも、摩擦やバックラッシュ
の大きい機械においては、モータの動き通りに機械が動
かず、期待通りの精度が得られないという問題がある。
これは、機械の動き始めや方向反転の際にモータの動き
が機械にすぐに伝わらないため、例えば、コーナの鋭い
形状が機械の動きに反映できないという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるサーボ制御
装置は、制御対象を駆動する複数の軸に接続する複数の
モータと、加工プログラムから目標軌道データと目標速
度データを目標速度発生部に出力する入力部と、目標経
路に基づいて各モータの駆動速度の目標値となる速度目
標値を各軸毎に発生する目標速度発生部と、各軸毎に設
けられ目標速度発生部からの速度目標値から加速度目標
値を検出する加速度検出部と、速度目標値から速度方向
の反転を検出し、方向反転検出信号を出力する方向反転
検出部と、方向反転検出信号を入力すると所定の時間が
経過するまで速度の許容値を所定の値から方向反転時速
度に変更する速度許容値変更部と、加速度検出部で検出
された加速度目標値の所定の加速度の許容値に対する割
合を示す第１の信号と前記速度目標値の、前記速度許容
値変更部から出力される速度の許容値に対する割合を示
す第２の信号とを発生する比較部と、第１の信号と第２
の信号の大きさを比較し、複数のモータが加速度の許容
値と速度の許容値を満足するよう各モータに共通の時間
方向変化量を演算する軸間協調部と、移動距離が同じに
なるよう時間方向変化量に応じて速度目標値と速度信号
の発生する時間を変化させる速度変換部とからなる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。

【００１３】図１において、入力部１はホストコンピュ
ータ、あるいはＮＣプログラムに基づいて動作するＮＣ
装置で、目標経路の形状または位置座標を表す目標経路
データＤＴと目標経路の追従速度を表す目標速度データ
ＤＶを発生する。目標経路に追従する制御対象は、ＮＣ
工作機械などのＸ、Ｙ、Ｚ軸などで、本例では、第１
軸、第２軸、‥‥、第ｎ軸をモータ１１−１、１１−
２、‥‥、１１−ｎによって駆動する。目標経路データ
ＤＴは、目標経路が円の場合、その円の中心座標と半径
のデータであり、目標経路が直線の場合、直線の始点と
終点の位置座標データである。また目標経路が自由曲線
の場合、その経路を所定の間隔でサンプルした位置座標
データである。

【００１４】目標速度発生部２は、入力部１からの目標
経路データＤＴと目標速度データＤＶに基づいて第１軸
から第ｎ軸それぞれに速度目標値ｖi（τ）を発生す
る。ただし、各参照数字の添字iは制御対象を駆動する
第１〜ｎ軸を表す。また、τは時間パラメータである。
この速度目標値は目標経路に応じて各軸方向に制御対象
を動かすためのモータの角速度信号で、所定のサンプル
時間ｄτで順次発生する。すなわち、速度目標値ｖi
（τ）は微小時間ｄτの間にモータ１１−ｉを回転させ
る角速度信号である。ｄτは例えば１ｍｓである。

【００１５】加速度検出部３−ｉ（ｉ＝１、２、３‥
‥、ｎ）と方向検出部１２−ｉ、速度許容値変更部１３
−ｉ、比較部４−ｉ、軸間協調部５−ｉ、速度変換部６
−ｉ、バッファ７−ｉ、およびストップ信号発生部８
は、速度目標値ｖi（τ）を高速、かつ、高精度な経路
追従制御を実現するために変換速度信号ｖi（ｔ）へ変
更する部分である。

【００１６】加速度検出部３−ｉは、速度目標値ｖi
（τ）とその速度目標値の１サンプル前の速度目標値に
対する変換速度信号ｖi（ｔ）との差から加速度目標値
を発生する。

【００１７】方向反転検出部１２−ｉは、速度目標値ｖ
i（τ）が０でないとき、直前の０でない速度目標値ｖi
（τ）と符号に相違があるか、あるいは、速度変換部６
−ｉの出力である変換速度信号ｖi（ｔ）がＴi、ｓｔｐ
時間前まですべて０であった場合に方向反転信号を出力
する。

【００１８】速度許容値変更部１３−ｉは、方向反転検
出信号を入力すると所定の時間が経過するまで速度の許
容値を所定の値から方向反転時速度に変更する。

【００１９】比較部４−ｉは、加速度目標値と速度目標
値がそれぞれ予め設定された加速度許容値と速度許容値
を越えるか否かを検出し、さらにそれぞれの超えた割合
を示す第１、第２の信号を出力する。軸間協調部５−ｉ
は、各比較部４−ｉからの第１、第２の信号の中から最
大値を求め、その最大値を時間方向変化量Ｓ（τ）とし
て出力する。速度変換部６−ｉは、時間τの時間軸を時
間方向変化量Ｓ（τ）だけ伸長することで時間τを新し
い時間ｔに変換し、それにともなって各軸の速度目標値
ｖi（τ）を時間方向変化量Ｓ（τ）の逆数倍にするこ
とによって時間ｔの速度信号ｖi（ｔ）に変換する。バ
ッファ７−ｉは、加速度検出部３−ｉ、比較部４−ｉお
よび軸間協調部５−ｉの処理時間だけ速度目標値ｖi
（τ）を一時記憶するための記憶手段である。またイン
タロック信号発生部８は、時間方向変化量Ｓ（τ）によ
って伸びた時間分だけ速度目標値ｖi（τ）の発生をス
トップするストップ信号ＳＴを発生する。

【００２０】次に、図１のサーボ制御装置の各部の構成
と動作についてさらに詳しく説明する。

【００２１】図２は、目標速度発生部２のブロック図で
ある。目標速度発生部２は、入力部１とのインタフェー
ス２１と、目標経路データＤＴと目標速度データＤＶに
基づいて各軸の速度目標値ｖi（τ）を演算するマイク
ロプロセッサ２２と、マイクロプロセッサ２２の演算の
ためのプログラムが記憶されたリードオンリメモリ（Ｒ
ＯＭ）２３と、演算中に使用するワークエリアをもつラ
ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４とを有する。マイ
クロプロセッサ２２は速度目標値ｖi（τ）をサンプル
時間ｄτごとに連続して発生するが、ストップ信号発生
部８からストップ信号ＳＴが供給される間は速度目標値
の出力を休止する。

【００２２】図３は、速度目標値ｖi（τ）の発生から
変換速度指令ｖi（ｔ）の発生までの動作を示すフロー
チャートである。

【００２３】目標速度発生部２は、目標経路データＤＴ
と目標速度データＤＶに応じて第１軸から第ｎ軸の各軸
の速度目標値ｖi（τ）を発生する（ステップ１、
２）。加速度検出部３−ｉは、その速度目標値ｖi
（τ）と１サンプル前の速度目標値に対する変換速度信
号ｖi（ｔ）との差から加速度目標値ａi（τ）を発生す
る（ステップ３）。ここで、加速度目標値ａi（τ）は
次式 ａi（τ）＝｛ｖi（τ＋ｄτ）−ｖi（ｔ）｝／ｄτ （１） で与えられる。すなわち、加速度目標値ａi（τ）は、
１サンプル前に実際にモータ１１−ｉを動かした速度信
号ｖi（ｔ）を、次のサンプルで速度目標値ｖi（τ）と
するのに必要な加速量に相当する。

【００２４】ステップ４は、方向反転検出部１２−ｉの
動作で、詳細なフローチャートを図４に示す。図４にお
いて、方向反転検出部１２−ｉは、まず、速度目標値ｖ
i（τ）が０でないとき、直前の０でない速度目標値ｖ
i’と符号に相違があるかを判定する。相違のあると
き、方向反転信号を出力する。相違がない場合は、次
に、速度変換部の出力である変換速度信号ｖi（ｔ）
が、Ｔi、ｓｔｐ時間前まですべて０であるかを判定し、
０であれば方向反転信号を出力する。方向反転信号を出
力するのは、速度目標値の方向が反転した場合か、Ｔi、
ｓｔｐ時間以上停止していた後、動きだした場合とな
る。Ｔi、ｓｔｐは、ｉ軸の機械の停止を判定する時間で
ある。

【００２５】図３のステップ５は、速度許容値変更部１
３−ｉの動作で、詳細なフローチャートを図５に示す。
図５において、速度許容値変更部１３−ｉは、方向反転
検出信号を入力すると方向反転時待ち時間Ｔi、chgが経
過するまで速度の許容値Ｖi、maxを所定の値から方向反
転時速度Ｖi、chgに変更する。方向反転時速度Ｖi、chgに
変更する時間は、方向反転検出信号の入力から軸間協調
部５−ｉの出力である時間方向変化量Ｓ（τ）をτで積
分した値ＴがＴi、chgとなるまでである。通常の速度の
許容値が、モータや機械の最高速度であるのに比べ、方
向反転時速度Ｖi、chgは、極めて遅い速度に設定する。
また、方向反転時待ち時間Ｔi、chgは、機械の応答遅れ
を待つ時間として設定する。時間Ｔは、サンプル時間ｄ
τ毎に次式の計算で求めることができる。

【００２６】 Ｔ＝Ｔ＋Ｓ（τ）×ｄτ （２） 図３にもどって比較部４−ｉは加速度目標値ａi（τ）
を所定の加速度許容値Ａi、max（ｉ＝１、２、３、‥
‥、ｎ）と比較し、また速度目標値ｖi（τ）を速度許
容値Ｖi、max、と比較する（ステップ７、１１）。ここ
で、比較部４−ｉは、加速度検出部３−ｉにより検出さ
れた加速度目標値ａi（τ）が加速度許容値Ａi、maxを超
えているとき、軸間協調部５−ｉにその情報を加速度超
過信号Ｓa、i（τ）として伝える（ステップ８）。この
際、加速度超過信号Ｓa、i（τ）は次式により求める。

【００２７】 Ｓa、i（τ）＝｜ａi（τ）｜／Ａi、max （３） ただし、許容値を超えていない場合には、Ｓa、i（τ）
＝１とする（ステップ９）。加速度超過信号Ｓa、i
（τ）は加速度が許容値を超えている度合いを表してい
る。また同様に、比較部４−ｉは、速度目標値ｖi
（τ）が速度許容値変更部１３−ｉの出力である速度許
容値Ｖi、maxを超えているときにも、軸間協調部５−ｉ
にその情報を速度超過信号Ｓv、i（τ）として伝える
（ステップ１０、１１、１２）。この際、速度超過信号
Ｓv、i（τ）は次式により求める。

【００２８】 Ｓv、i（τ）＝｜ｖi（τ）｜／Ｖi、max （４） ただし、許容値を超えていない場合には、Ｓv、i（τ）
＝１とする（ステップ１３）。速度超過信号Ｓv、i
（τ）は速度が許容値を超えている度合いを表してい
る。

【００２９】図６は、比較部４−ｉの詳細なブロック図
である。図６において、比較部４−ｉは、図３のステッ
プ６〜９を実行する回路４０〜４３と、ステップ１０〜
１３を実行する回路４４〜４７とを有する。回路４０〜
４３と回路４４〜４７は同じ構成でかつ同時に動作す
る。すなわち、比較部４−ｉは絶対値回路４０、４４
と、加速度目標値｜ａi（τ）｜が加速度許容値Ａi、max
を超えるか否かを検出する比較回路４１と、速度目標値
｜ｖi（τ）｜が速度許容値Ｖi、maxを超えるか否かを検
出する比較回路４５と、（２）式を演算する除算回路４
２と、（３）式を演算する除算回路４６と、比較回路４
１の出力に応じ”１”データか除算回路４２の出力を加
速度超過信号Ｓa、i（τ）として選択する選択回路４３
と、比較回路４５の出力に応じ”１”データか除算回路
４６の出力を速度超過信号Ｓv、i（τ）として選択する
選択回路４７とを有する。

【００３０】再び、図３に戻って、軸間協調部５−ｉ
は、比較部４−ｉからの加速度超過信号Ｓa、i（τ）と
速度超過信号Ｓv、i（τ）を受けて、制約条件を超えて
いる駆動軸を検索し、制約条件を超える軸がある場合、
すなわちＳa、i（τ）＞１またはＳv、i（τ）＞１のとき
には、全ての駆動軸が加速度許容値と速度許容値の制約
を満たすように時間方向の変化量（時間パラメータτに
対する実際の時間ｔの変化率）を決定して、その値を各
軸の速度変換部６−ｉに伝える。この際、時間方向変化
量Ｓ（τ）は次式により求める（ステップ１４）。

【００３１】 Ｓ（τ）＝ｍａｘ｛Ｓa、i（τ）、Ｓv、i（τ）｝ （５） すなわち、Ｓ（τ）は第１軸から第ｎ軸に対する加速度
超過信号および速度超過信号のうちで最大の信号であ
る。軸間協調部５−１から５−ｎは、（５）式から求め
た時間方向変化量Ｓ（τ）を同時に出力する。これによ
り、軸間協調部はすべての軸において時間軸を時間方向
変化量Ｓ（τ）に応じて伸長する指示を出して、各軸の
動きを協調するよう速度変換部６−ｉを制御する。全て
の軸が制約条件を満たしている場合にはＳ（τ）＝１に
なるので、その間は時間軸の伸長が行われない。

【００３２】図７は軸間協調部５−１〜５−ｎのブロッ
ク図である。各軸間協調部５−ｉは、入力信号の大小を
比較し最大の入力信号を出力信号として選択する最大値
選択回路５０−ｉを有し、それらが制御回路５１によっ
て制御される。最初、最大値選択回路５０−１は、制御
信号ｃ1によって過速度超過信号Ｓa、1（τ）と速度超過
信号Ｓv、1（τ）とを比較し、大きい方の信号を選択す
る。次に、最大値選択回路５０−２は、制御信号ｃ2に
よって最大値選択回路５０−１の出力信号と加速度超過
信号Ｓa、2（τ）と速度超過信号Ｓv、2（τ）の中で最も
大きい信号を選択し、出力する。この動作が軸間協調部
５−ｎまで順次行われることにより、（５）式を満たす
時間方向変化量Ｓ（τ）が得られる。

【００３３】速度変換部６−ｉは、時間パラメータτを
軸間協調部５−ｉで決定された時間方向変化量Ｓ（τ）
倍だけ伸長させ、同時に伸長分だけ速度を下げること
で、移動距離を一定に保つように各軸の変換速度信号ｖ
i（ｔ）を生成し、出力する（ステップ１５、１６）。
この際、各軸の変換速度信号ｖi（ｔ）は次式により求
める。

【００３４】 ｖi（ｔ）＝Ｓ（τ）／ｖi（τ） （６） したがって、速度変換部６−ｉは、加速度あるいは速度
の、許容値に対する割合の最大値に応じて各軸の速度目
標値を下げることで、常に加速度及び速度の許容値を満
たして各軸を駆動できる。また、変換後の実際の時間ｔ
と変換前の時間パラメータτの関係は次式による。

【００３５】 ｔ＝Ｓ（τ）ｄτ （７） 全ての軸が制約条件を満たしている場合（Ｓ（τ）＝
１）には、速度目標値ｖi（τ）がそのまま速度信号ｖi
（ｔ）として出力され、一軸でも制約条件を超えている
場合には、その間だけ時間を伸長するとともに速度目標
値を下げることになる。これによって、速度目標値ｖi
（τ）は駆動系が追従可能な滑らかな速度信号ｖi
（ｔ）に変換される。

【００３６】以上のステップ２からステップ１６までの
動作は、速度目標値ｖi（τ）のサンプル値の発生毎に
繰り返し実行される。

【００３７】速度変換部６−ｉからの速度信号ｖi
（ｔ）は、減算器９−ｉに供給され、モータ１１−ｉの
回転角速度の検出信号との差が算出される。補償器１０
−ｉはその差が最小となるようモータ１１−ｉの駆動を
制御する制御回路（例えば、ＰＩＤ制御回路）から成
る。モータ１１−ｉはＰＩＤ制御によって安定した回転
が行われる。

【００３８】次に上記の動作について各部の動作波形の
一例を２軸の場合について用いて説明する。図８のよう
なＡ点、Ｂ点、Ｃ点を直線で結ぶ目標軌道データが与え
られた場合を考える。

【００３９】入力部１は駆動すべき軸を示す目標経路デ
ータＤＴと追従速度を表す目標速度データＤＶを発生す
る。目標速度発生部２は、目標経路データＤＴと目標速
度データＤＶに基づいて、第１軸と第２軸に対する速度
目標値ｖ1（τ）とｖ2（τ）を算出して出力する。

【００４０】図９はそれぞれ、速度目標値ｖ1（τ）、
ｖ2（τ）とそれらに対する変換速度信号ｖ1（ｔ）、ｖ
2（ｔ）の時間変化を示す図である。ただし、図８の速
度目標値ｖ1（τ）とｖ2（τ）にはストップ信号ＳＴに
よる休止時間は含まれていない。

【００４１】速度目標値ｖ1（τ）とｖ2（τ）はアナロ
グ的に変化する波形を示しているが、実際の速度目標値
ｖ1（τ）、ｖ2（τ）は、図１０に示すように図９の波
形を微小時間ｄτでサンプルしたサンプル値に等しい。
図１０で時間τの各軸上の各時点τ1、τ2、τ3、‥‥
でのサンプル値、すなわち目標速度発生部２からの速度
目標値はそれぞれ第１軸に対してｖ1（τ1）と、ｖ1
（τ2）、ｖ1（τ3）、‥‥、第２軸に対してｖ2（τ
1）と、ｖ2（τ2）、ｖ2（τ3）、‥‥となる。ここで
ｄτ＝τ2−τ1＝τ3−τ2＝τ4−τ3＝‥‥である。

【００４２】図９において、加速度検出部３−１、３−
２は、それぞれ速度目標値ｖ1（τ）、ｖ2（τ）と１サ
ンプル前の速度目標値に対する変換速度ｖ1（ｔ）、ｖ2
（ｔ）との差に応じて加速度目標値を発生するが、最初
の時間τAでは変換速度信号が発生していないので、前
述の（１）式でｖ1（ｔ）とｖ2（ｔ）は共に０である。
したがって、Ａ点での最初の加速度目標値ａ1（τA）、
ａ2（τA）は次式で与えられる。

【００４３】 ａ1（τA）＝ｖ1（τA）／ｄτ ａ2（τA）＝ｖ2（τA）／ｄτ それ以降は、順次、算出された変換速度ｖ1（ｔ）、ｖ2
（ｔ）を使って、（１）式より、加速度目標値ａ1
（τ）、ａ2（τ）を求める。すなわち、 ａ1（τ）＝｛ｖ1（τ＋ｄτ）−ｖ1（ｔ）｝／ｄτ ａ2（τ）＝｛ｖ2（τ＋ｄτ）−ｖ2（ｔ）｝／ｄτ 方向検出部１２−ｉは、Ａ点で、それまでの変換速度信
号ｖ1（ｔ）とｖ2（ｔ）がＴi、ｓｔｐ時間以上続けて０
であるため、停止時から動きだしと判定し、方向反転信
号を出力する。また、Ｂ点でも、第２軸において、速度
目標値ｖ2（τ）が逆転するため、方向反転を検出し、
それぞれのタイミングで方向反転信号を出力する。図９
では、時間パラメータτに対して実際の時間ｔが速度変
換部６−ｉにより伸長されているため、τ上のＢ点とｔ
上のＢ点はずれる。

【００４４】速度許容値変更部１３−ｉは、方向反転信
号を受けると、方向反転時待ち時間Ｔi、chgが経過する
まで速度の許容値Ｖi、maxを所定の値から方向反転時速
度Ｖi、chgに変更し、その後、方向反転信号を解除し、
速度の許容値Ｖi、maxを所定の値に戻す。この結果、変
換速度信号ｖ1（ｔ）、ｖ2（ｔ）は、Ａ点の移動開始と
Ｂ点の移動開始において、方向反転時待ち時間Ｔi、chg
だけ方向反転時速度Ｖi、chgに抑えられることになる。

【００４５】比較部４−ｉはそれぞれ加速度目標値ａ1
（τ）、ａ2（τ）が加速度許容値Ａ1、max、Ａ2、maxを
超えるか否か、また速度目標値ｖ1（τ）、ｖ2（τ）が
速度許容値Ｖ1、max、Ｖ2、maxを超えるか否かを検出し、
（３）および（４）式から加速度超過信号Ｓa、1
（τ）、Ｓa、2（τ）と速度超過信号Ｓv、1（τ）、Ｓv、
2（τ）を発生する。

【００４６】図９では、動き始めのＡ点の第１軸と第２
軸、および、Ｂ点の第２軸で速度目標値がステップ状に
変化するため、加速度が大きく、加速度超過信号Ｓa、1
（τ）が、１より大きくなる。また、速度超過信号Ｓv、
i（τ）は、速度許容値変更部１３−ｉにより、Ａ点で
第１軸と第２軸が、Ｂ点で第２軸が、速度許容値Ｓv、i
（τ）が１より大きくなる。なお、図９の例では、速度
の許容値Ｖi、maxの所定の値は、この場合の速度目標値
より十分大きく、一方、方向反転時速度Ｖi、chgは、速
度目標値より小さいものとしている。

【００４７】軸間協調部５−１、５−２は（５）式によ
り、各サンプルにおいて、第１軸と第２軸の加速度超過
信号Ｓa、1（τ）、Ｓa、2（τ）と速度超過信号Ｓv、1
（τ）、Ｓv、2（τ）のうち、最大のものが時間方向変
化量Ｓ（τ）となり、速度変換部６−１、６−２に伝え
られる。

【００４８】図１１は、速度変換部６−１、６−２が
（６）および（７）式に基づき、時間パラメータｄτを
実際の時間ｄｔ＝Ｓ（τ）・ｄτに、また第１軸、第２
軸の速度目標値ｖ1（τ）、ｖ2（τ）をそれぞれ速度信
号ｖ1（ｔ）＝ｖ1（τ）／Ｓ（τ）、ｖ2（ｔ）＝ｖ2
(τ）／Ｓ（τ）に変換した模様を示すものである。こ
の変換は、速度超過信号Ｓ（τ）が１より大きいとき、
時間パラメータτを伸長し、一方、速度を下げ、加速度
や速度を許容値に抑え、移動距離の変更を生じさせない
ものである。

【００４９】以上により、図９のように速度目標値ｖ1
（τ）、ｖ2（τ）は、急峻な立ち上がりや立ち下がり
のない、許容加速度を満たす、また、停止時からの動き
始めや、方向反転時に方向反転時待ち時間Ｔi、chgだけ
方向反転時速度Ｖi、chgに抑えた変換速度信号ｖ1
（ｔ）、ｖ2（ｔ）に変換される。この結果、任意の経
路に対して急激な加速度を許される加速度範囲に抑え、
モータの動きを高精度に制御することができ、さらに摩
擦やバックラッシュの大きい機械においても、モータの
動き通りに機械が動くまで、方向反転時速度でゆっくり
動かすことができ、高精度な経路追従制御が可能とな
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサーボ制
御装置によれば、速度目標値から速度信号への変換の際
に時間軸方向の変換を用い、かつ、各軸の速度方向の変
化や停止状態からの動き始めを検出して速度許容値を変
更することにより、摩擦やバックラッシュの大きい機械
においても、機械の応答遅れが大きい場合でも、目標経
路に高速かつ高精度に機械を追従させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボ制御装置の第１の実施例を
示すブロック図である。

【図２】図１に示すサーボ制御装置に使用される目標速
度発生部の詳細ブロック図である。

【図３】図１に示すサーボ制御装置の動作を示すフロー
チャートである。

【図４】図１に示すサーボ制御装置の方向反転検出部の
動作を示すフローチャートである。

【図５】図１に示すサーボ制御装置の速度許容値変更部
の動作を示すフローチャートである。

【図６】図１に示すサーボ制御装置に使用される比較部
の詳細ブロック図である。

【図７】図１に示すサーボ制御装置に使用される軸間協
調部の詳細ブロック図である。

【図８】図１に示すサーボ制御装置に入力される目標経
路の一例である。

【図９】図８に示す目標経路に追従するための速度目標
値と方向反転信号と変換速度信号の時間変化を示す図で
ある。

【図１０】図９に示す速度目標値の時間的変化を詳細に
示すタイミングチャートである。

【図１１】図９に示す変換速度信号の時間変化を詳細に
示すタイミングチャートである。

【図１２】従来のサーボ制御装置のブロック図である。

【符号の説明】

１ 入力部 ２ 目標速度発生部 ３ 加速度検出部 ４ 比較部 ５ 軸間協調部 ６ 速度変換部 ７ バッファ ８ ストップ信号発生部 ９ 減算器 １０ 補償器 １１ モータ １２ 方向反転検出部 １３ 速度許容値変更部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/00 Ｎ 7740−3Ｈ 13/62 Ｈ 7740−3Ｈ Ｂ 7740−3Ｈ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標経路に対し制御対象の移動経路を追
   従させるサーボ制御装置において、 前記制御対象を駆動する複数の軸に接続する複数のモー
   タと、 前記目標経路に基づいて、前記複数の軸それぞれを駆動
   する前記複数のモータの目標駆動速度を表す速度目標値
   を各軸毎に発生する目標速度発生部と、 前記各軸毎に設けられ、前記目標速度発生部からの前記
   速度目標値から加速度目標値を検出する加速度検出部
   と、 前記速度目標値から速度方向の反転を検出し、方向反転
   検出信号を出力する方向反転検出部と、 前記方向反転検出信号を入力すると、所定の時間が経過
   するまで速度の許容値を所定の値から方向反転時速度に
   変更する速度許容値変更部と、 前記加速度検出部により検出された加速度目標値の、所
   定の加速度の許容値に対する割合を示す第１の信号と、
   前記速度目標値の前記速度許容値変更部から出力される
   速度の許容値に対する割合を示す第２の信号とを発生す
   る比較部と、 前記第１の信号と第２の信号の大きさを比較し、前記複
   数のモータが前記加速度の許容値と前記速度の許容値を
   満足するよう各モータに共通の時間方向変化量を演算す
   る軸間協調部と、 前記速度目標値で前記モータが駆動されるときに前記制
   御対象が移動する距離と同じ距離だけ動くよう、前記時
   間方向変化量に応じて前記速度目標値を変更し速度信号
   を発生すると同時に前記速度信号の発生する時間も変化
   させる速度変換部と、 を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。
2. 【請求項２】 前記目標速度発生部は、前記速度目標値
   をサンプル値として順次発生することを特徴とする請求
   項１記載のサーボ制御装置。
3. 【請求項３】 前記加速度検出部は、前記速度目標値と
   １サンプル前の前記速度目標値に対する前記速度変換部
   からの速度信号との差に応じて加速度目標値を発生する
   ことを特徴とする請求項２記載のサーボ制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の信号を発生する比
   較部は、前記加速度目標値が前記加速度の許容値を超え
   るときは超える度合いを示す加速度超過信号を、また超
   えないときは”１”の信号を前記第１の信号として発生
   し、前記速度目標値が前記速度の許容値を超えるときは
   超える度合いを示す速度超過信号を、また超えないとき
   は”１”の信号を前記第２の信号として発生することを
   特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
5. 【請求項５】 前記軸間協調部は、前記第１の信号と前
   記第２の信号の中から最大値を検出し、前記最大値の信
   号を前記時間方向変化量として出力することを特徴とす
   る請求項１記載のサーボ制御装置。
6. 【請求項６】 前記方向反転検出部は、０でない前記速
   度目標値を入力したとき、これが直前の０でない前記速
   度目標値と符号に相違があれば、方向反転を検出するこ
   とを特徴とする請求項２記載のサーボ制御装置。
7. 【請求項７】 前記方向反転検出部は、０でない前記速
   度目標値を入力したとき、それまでの前記速度変換部の
   出力である速度信号が所定の時間０であった場合、方向
   反転を検出することを特徴とする請求項２記載のサーボ
   制御装置。
8. 【請求項８】 前記速度許容値変更部は、前記方向反転
   検出信号を入力すると、前記時間方向変化量を累積する
   ことにより、速度の許容値を所定の値から方向反転時速
   度に変更する時間を求めることを特徴とする請求項１記
   載のサーボ制御装置。