JPH0895643A - サーボモータのフィードフォワード制御方法 - Google Patents

サーボモータのフィードフォワード制御方法

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JPH0895643A
JPH0895643A JP6254211A JP25421194A JPH0895643A JP H0895643 A JPH0895643 A JP H0895643A JP 6254211 A JP6254211 A JP 6254211A JP 25421194 A JP25421194 A JP 25421194A JP H0895643 A JPH0895643 A JP H0895643A
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feedforward
cycle
speed
control method
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JP6254211A
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Heisuke Iwashita
平輔 岩下
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Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流ループでの立ち上がりの遅れを補償し
て、指令追従性の良好なサーボモータのフィードフォワ
ード制御方法を提供する。 【構成】 位置のフィードフォワード制御を行ってサー
ボモータを制御する制御方法であって、速度指令を微分
してトルク指令に加える速度フィードフォワードにおい
て、タイミングの早い加速度補償のデータを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの制御方
法に関し、特に、工作機械の送り軸やロボットのアーム
を駆動するサーボモータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】サーボモータを用いた工作機械の送り軸
やロボットのアーム等を制御するとき、位置偏差量を低
減するためにフィードフォワード制御を行う場合があ
る。特に、工作機械で高速切削を行う場合、サーボ系の
追従遅れによる形状誤差が生じる。そのため、この形状
誤差を少なくするため位置ループにフィードフォワード
をかけることがある。
【０００３】即ち、位置，速度処理周期毎に位置指令を
微分し、この微分値にフィードフォワード係数を乗じた
値を通常の位置ループ処理で得られる速度指令に加算し
て、この加算値を速度指令とするフィードフォワード制
御を行い、位置偏差を低減させ、サーボ遅れを補正して
いる。
【０００４】通常、移動指令は、数値制御装置等からサ
ーボ回路側である位置ループに分配周期毎に受け渡れ
る。この分配周期（ＩＴＰ周期）は、通常８ｍｓｅｃ程
度であるのに対して、サーボ回路内部での位置ループ，
速度ループの周期は２ｍｓｅｃ、あるいは１ｍｓｅｃ程
度である。
【０００５】そして、位置ループでは、上記数値制御装
置から移動指令が受け渡されるＩＴＰ周期を位置ループ
周期で分割し、分割した各位置ループ周期における移動
指令が均等になるように制御している。そのため、数値
制御装置から出力される移動指令に加減速時定数を与え
て出力されるようにしても、一つのＩＴＰ周期内の位置
・速度ループ処理周期Ｔｓ毎の各位置ループでは移動指
令の値は等しく、移動指令の大きさが変化するのは、Ｉ
ＴＰ周期が変わる位置ループ処理間となる。そのため、
このＩＴＰ周期が変わる位置ループ間で大きな移動指令
の変化が生じることになる。
【０００６】この移動指令の変化は、フィードフォワー
ド項において微分されて大きな値となり、速度指令は高
周波線分を含むことになる。そのため、速度ループで追
従が困難となり、位置偏差にうねりが生じ、モータや機
械の動きに大きなショックを発生させる原因となる。
【０００７】そこで、本発明の出願人は、この欠点を解
消するため、位置制御、さらに速度制御のフィードフォ
ワード項に加減速処理を挿入し、上記うねりを解消させ
るスムージング操作（平滑処理）が行うサーボモータの
制御方法を、特開平３−１５９１１号公報により公開し
ている。
【０００８】しかし、上記スムージング操作は、位置ル
ープ制御系において、加減速時に位置偏差のうねり等が
生じるという問題を有している。そこで、本発明の出願
人は、当該ＩＴＰ周期よりも後に出力される移動指令を
利用して当該位置・速度間周期の移動指令を平均化する
先行スムージング方式を用い、この先行スムージング方
式で得られた値をフィードフォワード量として通常の位
置ループ処理で得られる速度指令に加算する方式を、特
開平５−２５５９７号公報等により公開している。
【０００９】図１５は、従来のサーボモータのフィード
フォワード制御方法を説明するブロック図である。１
は、ＣＮＣ（コンピュータ内蔵の数値制御装置）から分
配周期（ＩＴＰ周期）毎に送られてくる移動指令ＭＣＭ
Ｄを位置・速度ループ処理周期毎の移動指令に分割する
ＤＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＡ
ｎａｉｙｚｅｒ）、２はＤＤＡ１から出力される移動指
令を加算し、各位置・速度ループ処理周期毎のサーボモ
ータの移動量を減じて位置偏差を求めるエラーカウン
タ、３はエラーカウンタに記憶する位置偏差にポジショ
ンゲインを乗じて速度指令を求める項、４は速度ループ
の項でｋ１は積分定数、ｋ２は比例定数である。５，６
はサーボモータの伝達関数の項で、Ｋｔはトルク定数、
Ｊｍはモータイナーシャである。１０，１１はサーボモ
ータに結合された機械の伝達関数の項で、Ｋｍはバネ定
数、Ｃｍは粘性項、Ｊｌは機械のイナーシャである。さ
らに、１２は速度を位置に変換する伝達関数の項であ
る。
【００１０】また、７は先行スムージング手段の項、８
は先行スムージング手段によって得られた先行スムージ
ングデータＳＭＤより位置のフィードフォワード量ＦＦ
ｐを求める項で、ｋはサーボモータに接続される機械の
特性や加速度変化に応じて調整されるパラメータであ
り、αは位置のフィードフォワード係数である。
【００１１】７の先行スムージング手段による先行スム
ージング処理では、次式（１）で示される演算を行って
移動指令の平均値を求め、この平均値にフィードフォワ
ード係数αを乗じて位置のフィードフォワード量ＦＦｐ
としている。
【００１２】 平均値＝Ｚd （１＋Ｚ-1＋Ｚ-2・・・＋Ｚ-(N-1)）・（移動指令量）／Ｎ …（１） なお、ＮはＩＴＰ周期を位置・速度ループの周期で割っ
た値、Ｚ-1は位置・速度ループ処理周期の遅れを示し、
Ｚd は進め要素である。ｄは上記Ｎの約１／２の値がと
られ、例えば、図１５ではＮを８とした場合において、
ｄを４としている。
【００１３】また、９は先行スムージングデータＳＭＤ
から速度のフィードフォワード量ＦＦｖを求める項であ
る。なお，Ｔｓは位置・速度ループの周期である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
のサーボモータのフィードフォワード制御方法では、電
流ループの応答性に問題がある。
【００１５】前記図１５に示すブロック図では、電流ル
ープにおける遅れがないものとして、速度ループの項４
から得られたトルクコマンドにトルク定数Ｋｔを乗じた
値を実トルクとしているが、実際には、電流ループにお
いて立ち上がりの時定数があるため、トルクコマンドが
すぐに実トルクとならない。
【００１６】この電流ループにおける応答性の問題は、
フィードフォワード制御を行うことにより加速度変化の
大きな部分で影響が顕著となる。フィードフォワード項
においては、移動指令の変化を微分しているため、加速
度変化が小さな形状では小さな形状誤差でおさまるもの
の、加速度変化が大きな形状では、その加速度変化の大
部分が速度フィードフォワードによって作成されること
になる。
【００１７】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決して、電流ループでの立ち上がりの遅れを補償し
て、指令追従性の良好なサーボモータのフィードフォワ
ード制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本出願の発明は、位置の
フィードフォワード制御を行ってサーボモータを制御す
る制御方法であって、速度指令を微分してトルク指令に
加える速度フィードフォワードにおいて、タイミングの
早い加速度補償のデータを用いることにより、前記目的
を達成するものである。
【００１９】本発明のフィードフォワード制御は、速度
指令を微分したものを加速度補償のデータとし、速度ル
ープからのトルク指令にこの加速度補償データを加えた
ものを、電流ループに引き渡すトルク指令として速度フ
ィードフォワード制御を行う制御方法であって、この加
速度補償データのトルク指令への印加のタイミングが早
められているものである。
【００２０】本発明のフィードフォワード制御では、位
置指令に対して、印加のタイミングが早められた加速度
補償データは、位置指令あるいは通常のタイミングの加
速度補償よりも早めに電流ループにおけるモータ制御を
開始する。
【００２１】そして、本発明の一実施態様においては、
加速度補償のデータを出力するタイミングを、サンプリ
ング時間を単位として調整することができるものであ
り、これによって、モータの電流応答の遅れをサンプリ
ング時間単位で調節することができる。
【００２２】また、本発明の一実施態様においては、加
速度補償のデータを出力するタイミングを、１サンプリ
ング時間内で調整することができるものであり、これに
よって、モータの電流応答の遅れをサンプリング時間よ
りも短い時間単位で調節することができる。
【００２３】さらに、本発明の一実施態様においては、
加速度補償のデータを出力するタイミングを、サンプリ
ング時間単位と１サンプリング時間内の両方ので調整す
ることができるものであり、これによって、モータの電
流応答の遅れの粗調整及び微調整を行うことができる。
【００２４】また、本出願の他の発明は、位置のフィー
ドフォワード制御を行ってサーボモータを制御する制御
方法であって、位置・速度ループ処理周期のスムージン
グデータを求める先行スムージング処理において、先行
した位置指令を用いて先行スムージング処理を行い、該
スムージングデータに基づいてタイミングの早い加速度
補償データを得ることにより、前記目的を達成するもの
である。
【００２５】本発明の一実施態様は、先行スムージング
処理に用いる位置指令を、サンプリング時間を単位とし
て調整するものであり、これによって、スムージングデ
ータをサンプリング時間を単位として調整し、モータの
電流応答の遅れをサンプリング時間単位で調節すること
ができる。
【００２６】また、本発明の他の実施態様は、先行スム
ージング処理に用いる位置指令を、１サンプリング時間
内で調節するものであり、これによって、スムージング
データをサンプリング時間よりも短い時間単位で調節
し、モータの電流応答の遅れをサンプリング時間よりも
短い時間単位で調節することができる。
【００２７】また、本出願のさらに別の発明は、位置指
令の分配周期をＮ等分した指令毎に実施する位置・速度
ループ処理における位置指令を上記分配周期の位置指令
より求め、位置・速度ループ制御を行うサーボモータの
制御方法において、当該分配周期より１つ先の分配周期
の移動指令を計算しておき、当該位置・速度ループ処理
における周期に対して先行した時点を中心にＮ個の各位
置・速度ループ処理周期における位置指令の平均値を先
行スムージングデータとし、当該先行スムージングデー
タを微分して得られる速度のフィードフォワード量を速
度ループ処理により得られるトルク指令に加算した値を
トルク指令とすることにより、前記目的を達成するもの
である。
【００２８】また、本発明の実施態様は、位置指令の分
配周期のフィードフォワード量と該周期の１周期前のフ
ィードフォワード量とを比例配分した値を、トルク指令
に加えた値をフィードフォワード量とするものであり、
これによって、モータの電流応答の遅れの調整を行うこ
とができる。
【００２９】
【作用】前記した本発明のサーボモータのフィードフォ
ワード制御方法によれば、サーボモータの位置は、入力
される位置指令に従うように位置制御が行われる。モー
タは、その電流ループにおいて、入力されるトルク指令
によって制御されるが、トルク指令が入力されてから実
際のトルクが発生するまでに、電流ループの持つ立ち上
がり時定数によって遅れが生じる。
【００３０】図１は、本発明のフィードフォワード制御
方法を説明するための概略ブロック図である。図１にお
いて、１００は先行フィードフォワードの項、１０１は
速度ループ、１０２は電流ループ、１０３はサーボモー
メント、１０４はモータであり、１０５は加速度補償成
分のタイミングを早める時間進めの項である。
【００３１】位置指令は、速度ループを経てトルク指令
となって電流ループに渡される。この速度ループには、
速度補償成分が印加され、電流ループには加速度補償成
分が印加される。したがって、電流ループに入力される
トルク指令は、速度補償成分と加速度補償成分が加味さ
れた値である。
【００３２】本発明のフィードフォワード制御方法は、
トルク指令に加える加速度補償成分のデータを時間進め
の項１０５によってタイミングの早いものとする。これ
によって、電流ループ１０２においては、位置指令に基
づくトルク指令とともに早いタイミングの加速度補償デ
ータが印加される。この早いタイミングの加速度補償デ
ータは、位置指令あるいは通常のタイミングの加速度補
償よりも早いタイミングでモータの制御を行うことにな
る。この早いタイミングの加速度補償データは、電流ル
ープにおけるトルク指令の遅れ分を相殺する。これによ
って、特に、加速度変化の大きな部分での指令追従性を
高めることができる。
【００３３】図２は、本発明のフィードフォワード制御
方法における補償成分の関係を説明する図である。図２
において、（ａ）は位置指令、（ｂ）は速度補償成分、
（ｃ）〜（ｅ）を示している。例えば、（ａ）に示すよ
うな位置指令が図１のフィードフォワード制御系に入力
された場合には、先行フィードフォワードの項１００に
よって、（ｂ）に示すような速度補償成分、及び（ｃ）
〜（ｅ）に示すような加速度補償成分が形成される。こ
の内、速度補償成分は速度ループ１０１に加えられ、加
速度補償成分は時間進めの項１０５を経て電流ループ１
０２に加えられる。
【００３４】本発明のフィードフォワード制御方法にお
いては、時間進めの項１０５によって、加速度補償のデ
ータを電流ループ１０２へ加えるタイミングを早めるも
のである。図においては、時間進めの項１０５によるタ
イミングの進めの程度を定数ｋによって示している。定
数ｋ＝０は、時間進めを行わない場合を示し、定数ｋ＝
１は、設定した１単位のタイミング量だけ時間進めを行
った場合を示し、定数ｋ＝０．５は、設定した１単位の
タイミング量の半分の量の時間進めを行った場合を示し
ている。
【００３５】従来の通常のフィードフォワード制御方法
においては、この本発明の時間進めの項１０５に対応す
る機能を有していないため、電流ループ１０２に加えら
れる加速度補償のデータは図２の（ｃ）に示すものとな
る。これに対して、「０」以外の値のときの定数ｋによ
って定まる加速度補償のデータ（図２の（ｄ），
（ｅ））は、（ｃ）に示すデータに対して位相が進めら
れており、また、（ａ）に示す位置指令に対しても早め
られたタイミングで印加れることになる。
【００３６】時間進めの項１０５は、図１には先行フィ
ードフォワードの項１００と分離して示しているが、必
ずしも分離して構成するものではなく、同等の機能を先
行フィードフォワードの項１００内に設ける構成とする
こともできる。
【００３７】そして、時間進めの項１０５による加速度
補償のデータのタイミングの進み量は、フィードフォワ
ード制御をデジタル処理により行う場合に、そのサンプ
リング時間を進め量を単位とし、その整数倍を進め量と
して調整することができる。あるいは、この１サンプリ
ング時間内の微小進め量による微調整を行うことができ
る。また、サンプリング時間単位による粗調整と１サン
プリング時間内の微調整とを組み合わせた進め量の調整
を行うこともできる。
【００３８】サンプリング時間を単位とする進め量の調
整は、例えば、先行フィードフォワードにおいて、取り
扱う先行データをサンプリング時間単位で進めることに
より行うことができ、１サンプリング時間内の微調整
は、例えば、前記した定数ｋによってサンプリング時間
単位の進み量を調整することにより行うことができる。
これによって、モータの電流応答の遅れをサンプリング
時間単位、ないしサンプリング時間よりも短い時間単位
で調節することができる。
【００３９】また、本出願の他の発明は、位置・速度ル
ープ処理周期のスムージングデータを求める先行スムー
ジング処理において、先行した位置指令を用いて先行ス
ムージング処理を行い、該スムージングデータを前記時
間進めの項１０５の機能によって、タイミングの早い加
速度補償データを得るものである。そして、先行スムー
ジング処理に用いる位置指令を、サンプリング時間を単
位として進めた値を用いることにより、サンプリング時
間を進め量の単位とする時間進めの項１０５の機能を実
施する。先行スムージング処理に用いる位置指令を、１
サンプリング時間内で調節した値を用いることにより、
サンプリング時間よりも短い時間単位での時間進めの項
１０５の機能を実施する。
【００４０】また、本出願のさらに別の発明では、位置
指令の分配周期をＮ等分した位置・速度ループ処理にお
いて、各位置指令を分配周期の位置指令より求める。そ
して、分配周期より１つ先の分配周期の移動指令を計算
しておき、当該位置・速度ループ処理における周期に対
して先行した時点を中心にＮ個の各位置・速度ループ処
理周期における位置指令の平均値を先行スムージングデ
ータとする。速度のフィードフォワード量は、当該先行
スムージングデータを微分して求め、その速度フィード
フォワード量を速度ループ処理により得られるトルク指
令に加算して、補償したトルク指令を求め、該補償トル
ク指令によって電流ループの処理を行う。
【００４１】この場合、位置指令の分配周期のフィード
フォワード量と該周期の１周期前のフィードフォワード
量とを比例配分すると、フィードフォワード量の微調整
を行うことができる。
【００４２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。
【００４３】図３は、本発明を適用したサーボモータ制
御系のブロック図であり、この構成は、従来のデジタル
サーボ制御を行う装置と同一の構成である。したがっ
て、ここでは、概略のみを説明する。
【００４４】図３において、２０はコンピュータを内蔵
した数値制御装置（ＣＮＣ）、２１は共有ＲＡＭ、２２
とプロセッサ（ＣＰＵ），ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するデ
ジタルサーボ加速度、２３はトランジスタインバータ等
のサーボアンプ、Ｍはサーボモータ、２４はサーボモー
タＭの回転とともにパルスを発生するパルスコーダであ
る。なお、図３では１軸のサーボモータのみを示してい
る。
【００４５】ＣＮＣ２０は、ＩＴＰ周期（分周周期）毎
に移動指令ＭＣＭＤを共有ＲＡＭに書込み、デジタルサ
ーボ回路２２のＣＰＵはこの移動指令ＭＣＭＤを共有Ｒ
ＡＭ２１から読み取り、上記ＩＴＰ周期をＮ個に分割し
た周期Ｔｓ（ＩＴＰ＝Ｔｓ×Ｎ）で、位置・速度ループ
処理を行う。ＩＴＰ周期毎、ＮＣ２０から出力される移
動指令ＭＣＭＤがＩＴＰ周期中均等に分配されるように
周期Ｔｓの位置・速度ループ処理における移動指令を求
める（従来からの公知のＤＤＡ処理）。そして、この移
動指令とパルスコーダ２４からフィードバックパルスに
よって得られるサーボモータＭの現在位置との差から位
置ループ処理を行うとともに、後述する位置のフィード
フォワード制御処理を行って速度指令を求める。次に、
該速度指令とパルスコーダ２４からのフィードバックパ
ルスによって得られるサーボモータＭの実速度より速度
ループ処理、さらには、速度のフィードフォワード処理
を行い、トルク指令（電流指令）を求める。そして、電
流ループ処理を行い、ＰＷＭ指令を作成し、サーボアン
プ２３を介してサーボモータＭを駆動する。
【００４６】図４は、前記ＩＴＰ周期（分周周期）と位
置・速度ループ処理周期との関係を説明する図である。
通常８ｍｓｅｃ程度であるのに対して、サーボ回路内部
での位置ループ，速度ループの周期は２ｍｓｅｃ、ある
いは１ｍｓｅｃ程度であり、位置・速度ループ処理の周
期Ｔｓが２ｍｓｅｃの場合には、ＩＴＰ周期は４個に等
分されることになる。
【００４７】図５は、位置指令と加速度補償成分との時
間的位相関係を示す概略図である。図５の（ａ）はＩＴ
Ｐ周期（分周周期）毎の位置指令を示し、図５の（ｂ）
は該位置指令による実際にトルクの発生時期を示してお
り、発生トルクはその時定数により、位置指令から遅延
時間ｔの後に立ち上がり、あるいは立ち下がる。図５の
（ｃ）は各位置指令における加速度補償成分を示してお
り、図５の（ｂ）の遅延時間分を補償するように、位置
指令に対して早められたタイミングで加速度補償成分の
立ち上がり、あるいは立ち下がりが行われる。
【００４８】図６〜図８は、本発明のフィードフォワー
ド制御を、デジタル制御によって行う場合の位置指令と
速度補償成分及び加速度補償成分との関係を示す図であ
り、図６〜図８は、タイミングの進めの程度を定数ｋ
（後述する）によって変更する例を示している。図６の
定数ｋ＝０は、時間進めを行わない場合を、図８の定数
ｋ＝１は、設定した１単位のタイミング量だけ時間進め
を行った場合を、図７の定数ｋ＝０．５は、設定した１
単位のタイミング量の半分の量の時間進めを行った場合
を、それぞれデジタル制御により行った場合を示してい
る。また、図６〜図８において、位置指令は破線で示
し、速度補償成分は実線で示し、加速度補償成分は一点
鎖線で示している。
【００４９】図６は時間進めを行わない場合であり、こ
のときの加速度補償成分の立ち上がりは、例えば、
（ｂ）に示すように位置指令の立ち上がりと同時に行わ
れる。これに対して、図７は設定した１単位のタイミン
グ量の半分の量の時間進めを行う場合であり、このとき
の加速度補償成分の立ち上がりは、例えば、（ｃ）に示
すように位置指令より１単位のタイミング量だけ早いタ
イミングであり、その加速度補償成分の変化量は段階的
に行われる。また、図８は設定した１単位のタイミング
量だけ時間進めを行う場合であり、このときの加速度補
償成分の立ち上がりは、例えば、（ｄ）に示すように位
置指令より１単位のタイミング量だけ早いタイミングで
あり、その加速度補償成分の変化量は前記（ｃ）の場合
と比較して、より急峻である。
【００５０】次に、本発明のフィードフォワード制御方
法を実施するためのサーボ系の一実施例について、図９
を用いて説明する。図９において、１はＣＮＣ（コンピ
ュータ内蔵の数値制御装置）から分周周期（ＩＴＰ周
期）毎に移動指令ＭＣＭＤを位置・速度ループ処理周期
毎の移動指令に分割するＤＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉ
ｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ）、２は該Ｄ
ＤＡ１から出力される移動指令を加算し、各位置・速度
ループ処理周期毎のサーボモータの移動量を減じて位置
偏差を求めるエラーカウンタ、３はエラーカウンタ２に
記憶する位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じて速度
指令を求める項、４は速度ループの項でｋ１はｈ積分定
数、ｋ２は比例定数である。５，６とサーボモータの伝
達間関数の項で、Ｋｔはトルク定数、Ｊｍはモータイナ
ーシャである。１０，１１はサーボモータに結合された
機械の伝達関数の項で、Ｋｍはバネ定数、Ｃｍは粘性
項、Ｊｌは機械のイナーシャである。さらに、１２は速
度を位置に変換する伝達関数の項である。
【００５１】また、７は先行スムージング手段の項、８
は先行スムージング手段によって得られた先行スムージ
ングデータＳＭＤより位置フィードフォワード量ＦＦｐ
を求める項で、ｋはサーボモータに接続される機械の特
性や加速度変化に応じて調整されるパラメータであり、
αは位置のフィードフォワード係数である。９は先行ス
ムージングデータＳＭＤを微分して、すなわち、当該周
期と１周期前のスムージングデータＳＭＤの差を求め、
速度のフィードフォワード量ＦＦｖを求める項である。
【００５２】図９に示す制御系においては、図１に示し
た本発明のフィードフォワード制御における時間進めの
項１０５は、先行スムージング手段７及び後述する項１
４によって行われる。先行スムージング手段７において
は、従来の先行スムージング手段による先行スムージン
グ処理において、先行した位置指令のデータを使用する
ものである。図９の実施例では、先行した位置指令のデ
ータとして、デジタル処理におけるサンプリング時間を
先行の１単位とし、ｎサンプリング先行した位置指令デ
ータを用いる場合を示している。このときの先行スムー
ジング手段７における処理は次式（２）によって表され
る。
【００５３】 平均値＝Ｚd+n （１＋Ｚ-1＋Ｚ-2・・・＋Ｚ-(N-1)）・（移動指令量）／Ｎ …（２） ここで、ＮはＩＴＰ周期を位置・速度ループの周期で割
った値、Ｚ-1は位置・速度ループ処理周期の遅れを示
し、Ｚd は進め要素であ。図９に示す先行スムージング
手段では、Ｎを８とした場合において、ｄを４としてい
る。
【００５４】先行スムージング手段７において、位置指
令データはｎサンプリング先行したものであるため、出
力されるスムージングデータＳＭＤはｎサンプリング分
だけ時間が先行している。そこで、項８において位置フ
ィードフォワード量ＦＦｐを求めるためには、時間を戻
す必要がある。そこで、「Ｚ-n」の処理を行う項１３を
設け、先行した時間をｎサンプリング分だけ戻す。
【００５５】先行次式（１）で示される演算を行って移
動指令の平均値を求め、この平均値にフィードフォワー
ド係数αを乗じて位置のフィードフォワード量ＦＦｐと
している。
【００５６】９は先行スムージングデータＳＭＤから速
度のフィードフォワード量ＦＦｖを求める項である。ま
た、１４は項９によって求められた速度のフィードフォ
ワード量ＦＦｖの進み量を調節する項で、ｋｖは調整パ
ラメータである。このパラメータ調整パラメータｋｖに
よって、項９で求められた速度のフィードフォワード量
ＦＦｖは、デジタル処理のサンプリング時間間隔内にお
ける微小の進み量の調整が行われる。このｋｖと進み量
との関係は、前記図６〜図８に示されている。なお、Ｔ
ｓは位置・速度ループの周期である。
【００５７】したがって、図１のブロック図における時
間進めの項１０５は、図９に示す実施例では、先行スム
ージング手段７、調整項１４によって行われることにな
る。
【００５８】ＩＴＰ周期毎、ＣＮＣ等の数値制御装置か
ら移動指令ＭＣＭＤが出力され、ＤＤＡ１によって位置
・速度ループ周期Ｔｓ毎の移動指令が求められる。エラ
ーレンジ２は、この移動指令と位置のフィードフォワー
ド量から位置偏差を求める。この位置偏差にポジション
ゲインＫｐが乗じられて速度指令Ｖｃが求められる。
【００５９】一方、先行スムージング手段７によって、
前記式（２）の処理、もしくは、当該ＩＴＰ周期の移動
指令ＭＣＭＤと当該ＩＴＰ周期の前後のＩＴＰ周期の移
動指令ＭＣＭＤによって、従来の先行スムージング処理
と同様の方法によって先行スムージングＳＭＤを求め
る。このとき、ｎサンプリング時間進んだ移動指令を使
用して先行スムージングを行う。
【００６０】図１０の（ａ）〜（ｃ）は、位置指令及び
先行スムージングデータＳＭＤを示すタイムチャートで
ある。図１０の（ｂ）は、位置指令（ａ）に対して、前
記式（２）において、ｎを「２」として、２サンプリン
グ時間だけデータを先行させた場合の先行スムージング
データを示している。この図１０の（ｂ）に示した先行
スムージングデータを、図９中の項１３によって、進ま
せた時間分だけ元に戻す。この結果を図１０の（ｃ）に
示している。この項１３の出力である先行スムージング
データは、結果的には、先行スムージング手段７におい
てｎサンプル分進ませる処理を行わない従来の先行スム
ージングデータと同一になる。
【００６１】項１３からの先行スムージングデータは、
項８において、以下の式（３）にしたがって位置フィー
ドフォワード量ＦＦｐを求める。
【００６２】 ＦＦｐ＝α｛ｋ＋（１−ｋ）Ｚ-1｝ ＝α｛ｋ・ＳＭＤ０＋（１−ｋ）ＳＭＤ１｝ …（３） ここで、ＳＭＤ０は当該位置・速度ループ処理周期Ｔｓ
で算出された先行スムージングデータ、ＳＭＤ１は１周
期Ｔｓ前に算出された先行スムージングデータであり、
フィードフォワード量は、当該周期の先行スムージング
データＳＭＤ０の定数ｋだけ増加され、１周期Ｔｓ前に
算出された先行スムージングデータＳＭＤ１の定数ｋだ
け減少され、結局フィードフォワード量ＦＦｐは設定所
定時間だけ、進められることになる。
【００６３】図１０の（ｄ）は、αを「１」とし、定数
ｋを「０」とした場合の先行スムージングデータであっ
て、１サンプリング時間だけ進めた場合を示している。
また、図１０の（ｅ）は、αを「１」とし、定数ｋを
「１／２」とした場合の先行スムージングデータであっ
て、１／２サンプリング時間だけ進めた場合を示してい
る。さらに、図１０の（ｆ）は、αを「１」とし、定数
ｋを「１」とした場合の先行スムージングデータであっ
て、時間進めを行わない場合を示している。
【００６４】前記位置ループ処理によって求められた速
度指令Ｖｃに、前記位置のフィードフォワード量ＦＦｐ
を加算することにより、位置のフィードフォワード制御
が実行された速度指令Ｖｃを求める。そして、この速度
指令Ｖｃからサンプリングモータからの速度フィードバ
ック量を減じて速度偏差を求め、従来と同様の速度ルー
プ処理を実行してトルク指令Ｔｃを求める。
【００６５】また、図９中の項９において、先行スムー
ジングデータＳＭＤを微分（当該周期の先行スムージン
グデータから前周期の先行スムージングデータを減じて
この微分値を得る）して得られる値に、サーボモータの
トルク定数Ｋｔ、イナーシャＪｍ、該サーボモータに結
合された機械のイナーシャＪｌによって定まる定数（＝
（Ｊｍ＋Ｊｌ）／Ｋｔ）及び速度フィードフォワード係
数βを乗じて速度のフィードフォワード量ＦＦｖを求め
る。すなわち、次の式（４）の演算を行って速度のフィ
ードフォワード量ＦＦｖを求める。
【００６６】 ＦＦｖ＝｛β（Ｊｍ＋Ｊｌ）／Ｋｔ）｝｛（１−Ｚ-1）／Ｔｓ｝ＳＭＤ ＝｛β（Ｊｍ＋Ｊｌ）／ＫｔＴｓ）｝（ＳＭＤ０−ＳＭＤ１）…（４） 本発明のフィードフォワード制御においては、さらに、
図９中の項１４によって、速度のフィードフォワード量
ＦＦｖの微小な進み量の調整を行う。
【００６７】項９からの速度のフィードフォワード量Ｆ
Ｆｖは、項１４において、以下の式（５）にしたがっ
て、進み量が微調整された速度のフィードフォワード量
ＦＦｖとなる。
【００６８】 ＦＦｖ＝｛ｋｖ＋（１−ｋｖ）Ｚ-1｝ＦＦｖ ＝｛ｋｖ・ＦＤ０＋（１−ｋｖ）ＦＤ１｝ …（５） ここで、ＦＤ０は当該位置・速度ループ処理周期Ｔｓで
算出された速度のフィードフォワード量、ＦＤ１は１周
期Ｔｓ前に算出された速度のフィードフォワード量であ
り、フィードフォワード量は、当該周期のフィードフォ
ワード量ＦＤ０の定数ｋｖだけ増加され、１周期Ｔｓ前
に算出されたフィードフォワード量ＦＤ１の定数ｋｖだ
け減少され、結局フィードフォワード量ＦＦｖは１サン
プリング時間内の設定所定時間だけ、進められることに
なる。
【００６９】この項９及び項１４から得られるフィード
フォワード量ＦＦｖは、トルク指令Ｔｃに対する加速度
補償成分となる。図１０の（ｇ）は、項９から得られる
加速度補償成分を示し、図１０の（ｈ）は、前記式
（５）において、定数ｋｖを「０」とした場合の加速度
補償成分であって、１サンプリング時間だけ進めた場合
を示している。また、図１０の（ｉ）は、定数ｋｖを
「１／２」とした場合の加速度補償成分であって、１／
２サンプリング時間だけ進めた場合を示している。さら
に、図１０の（ｊ）は、αを「１」とし、定数ｋｖを
「１」とした場合の加速度補償成分であって、時間進め
を行わない場合を示している。
【００７０】この項１４による１サンプリング時間内の
微小時間進めと、前記した先行スムージング手段７にお
ける１サンプリング時間を単位とする時間進めとを組み
合わせることにより、任意の量の時間進めを設定するこ
とが可能となる。
【００７１】そして、このフィードフォワード量ＦＦｖ
を前記した速度ループ処理によって得られたトルク指令
Ｔｃに加算し、速度のフィードフォワード制御が行われ
たトルク指令Ｔｃを求め、該トルク指令Ｔｃによってサ
ーボモータを駆動する。
【００７２】次に、デジタルサーボ回路２２のＣＰＵの
行うＩＴＰ周期毎の処理を図１１のフローチャートを用
いて説明する。なお、図１１のフローチャートではステ
ップＳの符号を用いて説明する。
【００７３】ＣＮＣ２０から指令された移動指令ＭＣＭ
Ｄを共有メモリ２１から読み取り（ステップＳ２１）、
レジスタＲ３にはレジスタＲ２に記憶してある値を格納
し、レジスタＲ２にはレジスタＲ１に記憶してある値を
格納し、レジスタＲ１にはステップＳ１で読み取るｎサ
ンプリング先の移動指令ＭＣＭＤを格納する（ステップ
Ｓ２）。本発明において、加速度補償成分の算出におい
ては時間進みのデータを得るため、移動指令ＭＣＭＤと
してｎサンプリング進ませた値を使用する。そのため、
移動指令ＭＣＭＤはｎサンプリング先読みされ、レジス
タＲ１には、通常の位置・速度ループの処理の（ｎ＋
１）ＩＴＰ周期先の移動指令ＭＣＭＤが記憶され、レジ
スタＲ２には、ｎＩＴＰ周期先の移動指令ＭＣＭＤが記
憶され、レジスタＲ３には（ｎ−１）ＩＴＰ周期先の移
動指令ＭＣＭＤが記憶されることになる。
【００７４】次に、カンウタＣを「０」にセットし（ス
テップＳ３）、レジスタＲ１に記憶してある値からレジ
スタＲ２に記憶してある値を減じて、ｎＩＴＰ周期先の
移動指令ＭＣＭＤと（ｎ＋１）ＩＴＰ周期先の移動指令
ＭＣＭＤの差を求め、ｎＩＴＰ周期先の周期から（ｎ＋
１）先の周期間における加速度を求める。すなわち、Ｉ
ＴＰ周期毎の移動指令は、所定時間内の移動指令である
から速度を表すことになり、ｎＩＴＰ周期先の周期から
（ｎ＋１）先の周期間の移動指令（速度）の差は、加速
度を意味する。以下各ＩＴＰ周期毎にこの処理を実行す
る。
【００７５】位置・速度ループ処理周期毎のデジタルサ
ーボ回路２２のＣＰＵは、図１２に示すフローチャート
の処理を実行する。なお、図１２のフローチャートで
は、ステップＳ１１からの符号を用いて説明する。
【００７６】カンウタＣの値が、ＩＴＰ周期を位置・速
度ループ処理で除した値Ｎ（＝ＩＴＰ周期／位置・速度
ループ処理周期）の１／２より小さいか否かの判断を行
う（ステップＳ１１）。その値がＮ／２より小さい場合
には、アキュムレータＳＵＭにレジスタＲ２の値からレ
ジスタＲ３の値を減じた値を加算する（ステップＳ１
２）。一方、カンウタＣの値がＮ／２より大きい場合に
は、アキュムレータＳＵＭにレジスタＲ１の値からレジ
スタＲ２の値を減じた値を加算する（ステップＳ１
２）。なお、アキュムレータＳＵＭは初期設定におい
て、「０」とする。
【００７７】次に、上記アキュムレータＳＵＭの値を上
記分割数Ｎの２乗で除算して、先行スムージングデータ
ＳＤＭ０を求める（ステップＳ１４）。次に、カンウタ
Ｃをインクメントする（ステップＳ１５）。
【００７８】上記ステップＳ１１〜ステップＳ１４が先
行スムージングデータを求める工程である。なお、この
先行スムージング処理と前記式（１）で求めた先行スム
ージング処理とは異なっている。すなわち、式（１）で
示す先行スムージング処理は位置・速度ルー毎の移動指
令（ＤＤＡ処理後の移動指令）に基づいて先行スムージ
ングデータＳＭＤ０を求めるものであるが、これは処理
が複雑となるため、上述の処理を行う。なお、式（１）
に基づく処理については、特願平２−３０１１５４号、
特願平３−２５５９７７号等に示されている。また、式
（１）による先行スムージングデータと上記ステップＳ
１１〜ステップＳ１５の処理による先行ステップＳデー
タとの実質的同一性については、特開平５−３２４０８
６号に示されている。
【００７９】次に、従来と同様にして、この当該周期で
求められたスムージングデータＳＭＤ０とレジスタに記
憶する位置・速度ループ処理の１周期前のスムージング
データＳＭＤ１から前記式（３）の演算によって、位置
のフィードフォワード量ＦＦｐを求める（ステップＳ１
６）。
【００８０】次に、レジスタＲ２に格納された移動指令
ＭＣＭＤに基づいてＤＤＡの処理を行い、位置・速度ル
ープ処理周期の移動指令を求める（ステップＳ１７）。
【００８１】なお、作動開始時の最初のＩＴＰ周期の期
間は、レジスタＲ２には移動指令ＭＣＭＤが記憶されて
いないから、位置・速度ループ処理の移動指令は「０」
である。すなわち、スムージング処理及びフィードフォ
ワード処理のみが１ＩＴＰ周期先行して実行されること
になる。このことは、通常の位置・速度ループ野処理よ
りフィードフォワード処理はＩＴＰ周期先行しているこ
とを示している。
【００８２】ステップＳ１７の処理で求められた位置・
速度ループ処理周期の移動指令及びパルスコーダ２４か
らの位置のフィードフォワード量から、従来と同様の位
置・ループ処理を行い、速度指令Ｖｃ１を求める（ステ
ップＳ１８）。そして、該速度指令にステップＳ１６で
求めた位置のフィードフォワード量ＦＦｐを加算し、位
置のフィードフォワード処理をした速度指令Ｖｃを求め
る（ステップＳ１９）。この速度指令Ｖｃと速度フィー
ドフォワード信号により従来と同様の速度ループ処理を
行ってトルク指令Ｔｃ１を求める（ステップＳ２０）。
【００８３】次に、カンウタＣに先行するサンプリング
数ｎを加算したの値が、ＩＴＰ周期を位置・速度ループ
処理で除した値Ｎ（＝ＩＴＰ周期／位置・速度ループ処
理周期）の１／２より小さいか否かの判断を行う（ステ
ップＳ２１）。その値がＮ／２より小さい場合には、ア
キュムレータＳＵＭにレジスタＲ２の値からレジスタＲ
３の値を減じた値を加算する（ステップＳ２２）。一
方、カンウタＣの値がＮ／２より大きい場合には、アキ
ュムレータＳＵＭにレジスタＲ１の値からレジスタＲ２
の値を減じた値を加算する（ステップＳ２２）。なお、
アキュムレータＳＵＭは初期設定において、「０」とす
る。 次に、上記アキュムレータＳＵＭの値を上記分割
数Ｎの２乗で除算して、先行スムージングデータＳＤＭ
０を求める（ステップＳ２４）。
【００８４】上記ステップＳ２１〜ステップＳ２４は、
先行した移動指令ＭＣＭＤを用いて先行スムージングデ
ータを求める工程であり、この先行スムージングデータ
の処理では、前記図１１に示すフローチャートにより求
めたｎサンプリング進めた移動指令ＭＣＭＤを用いて行
う。したがって、先行スムージングデータもｎサンプリ
ングだけタイミングが進められることになる。
【００８５】次に、上記処理で求めたスムージングデー
タにおいて、スムージングデータＳＭＤ０とレジスタに
記憶する１周期前のスムージングデータＳＭＤ１から前
記式（４）の演算によって、位置のフィードフォワード
量ＦＦｖを求める（ステップＳ２５）。さらに、前記式
（５）によって進み量が微調整された速度のフィードフ
ォワード量ＦＦｖを求める（ステップＳ２６）。
【００８６】この処理においては、当該位置・速度ルー
プ処理周期Ｔｓで算出された速度のフィードフォワード
量を定数ｋｖだけ増加し、１周期Ｔｓ前に算出された速
度のフィードフォワード量を定数ｋｖだけ減少して加算
することにより、結局フィードフォワード量ＦＦｖは１
サンプリング時間内の設定所定時間だけ進められること
になる。そして、このフィードフォワード量ＦＦｖは、
トルク指令Ｔｃに対する加速度補償成分となる。
【００８７】そして、この速度フィードフォワード量Ｆ
ＦｖをステップＳ１７で求めたトルク指令に加算し、速
度フィードフォワード制御がされたトルク指令Ｔｃを求
め（ステップＳ２７）、電圧ループにこのトルク指令Ｔ
ｃを引き渡す（ステップＳ２８）。そして、スムージン
グデータＳＭＤ０を次の周期で１周期Ｔｓ前のスムージ
ングデータＳＭＤ１として使用するためにレジスタに格
納し（ステップＳ２９）、当該位置・速度ループの処理
を終了する。
【００８８】以下、各位置・速度ループ処理周期Ｔｓ毎
に前記処理が実行される。
【００８９】なお、前記ステップＳ１１からステップＳ
１６においては、従来と同様の先行スムージング処理に
よって位置のフィードフォワード量ＦＦｐを求めている
が、図９の先行スムージング手段９において、先行した
移動指令ＭＣＭＤを用いることにより、ステップＳ１１
からステップＳ１６の位置のフィードフォワード量ＦＦ
ｐの算出と、ステップＳ２１からステップＳ２６の速度
のフィードフォワード量ＦＦｖの算出とに用いる先行ス
ムージングデータＳＭＤを求めることができる。
【００９０】この場合には、ステップＳ１１からステッ
プＳ１６の処理は以下となる。
【００９１】この先行スムージングデータの処理では、
前記図１１に示すフローチャートにより求めたｎサンプ
リング進めた移動指令ＭＣＭＤを用いた行っているた
め、その先行スムージングデータもｎサンプリングだけ
タイミングが進められている。
【００９２】カンウタＣにｎを加算した値が、ＩＴＰ周
期を位置・速度ループ処理で除した値Ｎ（＝ＩＴＰ周期
／位置・速度ループ処理周期）の１／２より小さいか否
かの判断を行う（ステップＳ１１）。その値がＮ／２よ
り小さい場合には、アキュムレータＳＵＭにレジスタＲ
２の値からレジスタＲ３の値を減じた値を加算する（ス
テップＳ１２）。一方、カンウタＣの値がＮ／２より大
きい場合には、アキュムレータＳＵＭにレジスタＲ１の
値からレジスタＲ２の値を減じた値を加算する（ステッ
プＳ１２）。
【００９３】次に、上記アキュムレータＳＵＭの値を上
記分割数Ｎの２乗で除算して、先行スムージングデータ
ＳＤＭ０を求める（ステップＳ１４）。次に、カンウタ
Ｃをインクメントする（ステップＳ１５）。
【００９４】次に、上記処理で求めたスムージングデー
タにおいて、ｎサンプリング分の時間を元に戻した後、
スムージングデータＳＭＤ０とレジスタに記憶する１周
期前のスムージングデータＳＭＤ１から前記式（３）の
演算によって、位置のフィードフォワード量ＦＦｐを求
める（ステップＳ１６）。
【００９５】これによって、本発明のフィードフォワー
ド制御では、スムージング処理及びフィードフォワード
処理のみが（ｎ＋１）ＩＴＰ周期先行して実行されるこ
とになる。このことは、通常の位置・速度ループ処理よ
り本発明のフィードフォワード処理は（ｎ＋１）ＩＴＰ
周期先行していることを示している。
【００９６】図１３は、本発明のフィードフォワード制
御による実験結果の一例を示していおり、指定形状に対
する誤差分を示している。なお、図では誤差分を指定形
状の目盛りに対して５００倍に拡大して示している。一
方、図１４は本発明のフィードフォワード制御を行わな
い場合の実験結果の一例を示すものであり、図１３と同
様に誤差分を指定形状の目盛りに対して５００倍に拡大
して示している。
【００９７】本発明のフィードフォワード制御によっ
て、指定形状からの誤差分が減少した、良好な指令追従
性を得ることができる。
【００９８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流ループでの立ち上がりの遅れを補償して、指令追従
性の良好なサーボモータのフィードフォワード制御方法
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィードフォワード制御方法を説明す
るための概略ブロック図である。
【図２】本発明のフィードフォワード制御方法における
補償成分の関係を説明する図である。
【図３】本発明を適用したサーボモータ制御系のブロッ
ク図である。
【図４】前記ＩＴＰ周期（分周周期）と位置・速度ルー
プ処理周期との関係を説明する図である。
【図５】位置指令と加速度補償成分との時間的位相関係
を示す概略図である。
【図６】本発明のフィードフォワード制御において、時
間進めを行わない場合の位置指令及び加速度補償成分を
示す図である。
【図７】本発明のフィードフォワード制御において、設
定した１単位のタイミング量の半分の量の時間進めを行
った場合の位置指令及び加速度補償成分を示す図であ
る。
【図８】本発明のフィードフォワード制御において、設
定した１単位のタイミング量の時間進めを行った場合の
位置指令及び加速度補償成分を示す図である。
【図９】本発明のフィードフォワード制御方法を実施す
るためのサーボ系の一実施例のブロック図である。
【図１０】本発明のフィードフォワード制御における位
置指令、先行スムージングデータ及び加速度補償成分を
示すタイムチャートである。
【図１１】本発明のフィードフォワード制御において、
ＩＴＰ周期毎の処理周期毎の処理のフローチャートであ
る。
【図１２】本発明のフィードフォワード制御において、
位置・速度ループ処理周期毎の処理のフローチャートで
ある。
【図１３】本発明のフィードフォワード制御を行わった
場合の実験結果の一例を示すグラフである。
【図１４】本発明のフィードフォワード制御を行わない
場合の実験結果の一例を示すグラフである。
【図１５】従来のサーボモータのフィードフォワード制
御方法を説明するブロック図である。
【符号の説明】
２０ ＣＮＣ ２１ 共有ＲＡＭ ２２ デジタルサーボ回路 ２３ サーボアンプ １００ 先行フィードフォワード １０１ 速度ループ １０２ 電流ループ １０３ サーボループ １０４ モータ １０５ 時間進め

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置のフィードフォワード制御を行って
    サーボモータを制御する制御方法であって、速度指令を
    微分してトルク指令に加える速度フィードフォワードに
    おいて、タイミングの早い加速度補償のデータを用いる
    ことを特徴とするサーボモータのフィードフォワード制
    御方法。
  2. 【請求項２】 加速度補償のデータのタイミングを、サ
    ンプリング時間を単位として調整することを特徴とする
    請求項１記載のサーボモータのフィードフォワード制御
    方法。
  3. 【請求項３】 加速度補償のデータのタイミングを、１
    サンプリング時間内で調整することを特徴とする請求項
    １，又は２記載のサーボモータのフィードフォワード制
    御方法。
  4. 【請求項４】 位置のフィードフォワード制御を行って
    サーボモータを制御する制御方法であって、位置・速度
    ループ処理周期のスムージングデータを求める先行スム
    ージング処理において、先行した位置指令を用いて先行
    スムージング処理を行い、該スムージングデータに基づ
    いて、タイミングの早い加速度補償データを得ることを
    特徴とするサーボモータのフィードフォワード制御方
    法。
  5. 【請求項５】 先行スムージング処理に用いる位置指令
    は、サンプリング時間を単位として調整されることを特
    徴とする請求項４記載のサーボモータのフィードフォワ
    ード制御方法。
  6. 【請求項６】 先行スムージング処理に用いる位置指令
    は、１サンプリング時間内で調節されることを特徴とす
    る請求項４，又は５記載のサーボモータのフィードフォ
    ワード制御方法。
  7. 【請求項７】 移動指令の分配周期をＮ等分した指令毎
    に実施する位置・速度ループ処理における移動指令を上
    記分配周期の移動指令より求め、位置・速度ループ制御
    を行うサーボモータの制御方法において、当該分配周期
    より１つ先の分配周期の移動指令を計算しておき、当該
    位置・速度ループ処理における周期に対して先行した時
    点を中心にＮ個の各位置・速度ループ処理周期における
    移動指令の平均値を先行スムージングデータとし、当該
    先行スムージングデータを微分して得られる速度のフィ
    ードフォワード量を速度ループ処理により得られるトル
    ク指令に加算した値をトルク指令とすることを特徴とす
    るサーボモータのフィードフォワード制御方法。
  8. 【請求項８】 前記フィードフォワード量は、当該周期
    のフィードフォワード量と１周期前のフィードフォワー
    ド量とを比例配分した値とすることを特徴とする請求項
    ７記載のサーボモータのフィードフォワード制御方法。
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