JPS6015718A - 速度サ−ボ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は移動体の現在速度を検出してサーボゲインパタ
ーンを変更し、移動体の移動速度を効率よく停止、減速
を含む予定速度に制御する速度サーボ制御する方法に関
するものである。

従来より工作機械における刃物台のような移動体をサー
ボ制御により速度制御し位置決めを行うことが行われて
いるが、従来の制御方法ではサーボ増幅器のゲインパタ
ーンが一定であるため、移動体を減速させてから停止さ
せる位置決めを迅速になし得ないという難点がある。

上記のような点に鑑み、例えば、停止させる前の移動体
の走行速度の大小を検出し、この速度の大小により停止
指令の入力点を予定停止位置の手前で適宜変更して行う
制御法が提案されており。

それなりの効果が期待できるものの未だ充分とはいい難
い。その理由は、上記提案の方法は、停止指令を入力す
る点を移動体の減速走行時における速度の大小によって
変更するだけで、ゲインパターンは何ら変更されず一つ
であるから、停止信号が供給されて移動体が停止するま
でに要する時間は一定乃至は略一定になり難いほか、大
形の工作機械等に適用した場合、位置決め精度が高くな
らずなお改善の余地があるからである。

このような点は、停止している移動体を移動させ始めて
定速で走行させる加速走行時に、ついてもいえる。即ち
、従来のサーボ制御では加速時のゲインパターンも一つ
であるため、移動体を含む負荷の大小等の要因によって
定走速行に至るまでにはどうしても時間的バラツキが生
じるなどするからである。

従来、このようなバラツキを少なくするため、駆動源に
大容量のものを使用し、また、増幅器のゲインも十分大
きなものが使用されているが、大型駆動源は制御に対す
る応答特性が緩慢であるため、大容量の駆動源を用いる
と鋭敏な応答特性を得るのにゲインの高い大容量の増幅
器を使用しなければならないといった設備面での問題が
生じるほか、修正動作が過度になりがちでシステムの制
動が悪くなったり、不安定になったりするという難点が
ある。

上記のような速度サーボ制御の現状に鑑み、大容量の駆
動源、或はこれに見合った増幅器を使用しなくてもそれ
らを使用した場合に比べ遜色のない応答特性が得られ、
しかもバラツキの殆んどない位置決めを実現するための
速度制御を行うことができる制御方法を提供することを
目的としてなされたもので、その構成は、走行中の移動
体が予め定めた任意の基準速度になったときの該移動体
の位置を当該移動体に取附けた測長器によりパルス信号
で直接検出するか、又は、走行中の移動体が予め定めた
任意の基準位置に到達したときの該移動体の速度を前記
副長器から構成される装置パルス信号と適宜の基準時間
パルスとを対応させて形成するパルス信号で検出し、検
出された移動体の位置又は速度信号を、前記基準速度又
は基準位置において予定される位置又は速度信号と比較
し、その比較結果に基づいて前記移動体の駆動源のサー
ボゲインを変更することにより、移動体の移動速度を制
御することを特徴とするものである。

次に、本発明の実施例を、工作機械の刃物台等を移動体
とする場合について説明する。

第１図に於て、１は刃物台等から成る移動体、２は該移
動体１の摺動ベッド、３は移動体ｌの移動駆動系を構成
する送りネジ、４は該ネジ３に回転力を付与する駆動源
をして設けられたサーボモータで、以上１〜４により移
動体１の移動駆動系の一例を構成する。

而して、上記移動体に対する従来の一般的なサーボ制御
は、例えば、移動体１の現在位置に対応した信号とその
予定位置に対応した信号とを比較演算し、この演算結果
に基づいて前記モータ４の出力を制御し移動体Ｉの位置
決めを行なうが、この場合におけるモータ４の出力はそ
の増幅器がもつ一つのゲインパターンに支配されるため
、位置決めにバラツキが生じ、特に、移動体１或はそれ
を含む駆動源の慣性質量が大きいときなどには、サーボ
制御を以てしても前記バラツキを解消し得ないでいるの
が現状である。

そこで本発明では、」二連のように移動体１が位置決め
のために減速走行しているとき、例えば、予め定めた任
意の基準位置における現在速度を検出し、これをその地
点で予定される移動体の予定速度と比較演算して、前記
モータ４の後述する増幅器７のサーボゲインを変更補正
するようにしたのである。

而して、５は移動体１の減速、停止点を含む予定位置や
その位置での減速、停止を含む予定速度等を設定する設
定部、６は増幅器７のゲイン制御部、８は前記移動体１
に直接数対けその移動体１が移動するとその移動量に見
合ったパルス信号、例えば、０．０１ｎｗｎあたりＩパ
ルスを出力するようにした検出器で、従来の位置決め制
御においては、この検出器８から検出される信号を前記
設定部５に於て処理し予定位置信号或は予定速度信号と
比較演算し、この演算結果によって増幅器７の出力を制
御するようにしており、この従来方法では増幅器のゲイ
ンパターンは一定であるが、本発明では以下に述べる構
成によりゲイン制御部６において増幅器７のゲインを変
更できるようにした。

而して、９はアップダウンカウンタを主体に形成した現
在位置検出部で、ここでは設定部５より供給される予定
位置信号から前記検出器８より供給される現在位置信号
を逐次減算するなどの処理をして、移動体１の現在位置
を例えば、原点からの距離や残り移動距離などを表わす
信号で検出する。この検出部９の出力信号は位置比較部
ＩＯにおいて各種の予定位置信号と比較演算される。

１１は前記検出器８から供給されるパルス信号を、基準
パルス発生器１２の時ｎ１パルスに対応させて移動体１
の現在速度を形成する現在速度検出部で、この検出部１
１の出力信号は前記設定部５に設定された移動体１に関
する複数の地点における種々の予定速度信号と速度比較
部１３に於て比較演算される。

前記比較部１０及び／又は同１３の演算結果に基づく出
力は、ゲイン形成部１４において増幅器７のゲインを変
更、補正するための信号に形成されてゲイン制御部６に
供給され、この制御部６においてゲイン変更、補正信号
にされて増幅器７のゲインを変更するのである。

いま、定速走行している移動体１を減速させてから停止
させる位置決め制御における上記実施例の作動例につい
て説明する・ 第２図は、定速走行している移動体ｌが減速走行し始め
た後、予め任意に定めた基準速度に達したときの当該移
動体１の現在位置を検出し、この現在位置の如何により
増幅器７のゲインを変更して移動体１の位置決めを行っ
た場合の速度線図である。

而して、定速走行中の移動体１がＰ、点に達したことは
、位置比較部１０で検出されるから、従来方法によりこ
の地点でサーボモータ４に制動がかけられる。次に、こ
れにより減速走行している移動体１が予め定めた基準速
度Ｖ。に達したらその位置を検出する。移動体１が速度
Ｖ。に達したかどうかは速度比較部１３で検出すること
ができ、また、その位置がどの地点かは位置検出部９或
は同比較部１０で検出することができる。而して、減速
走行中の移動体１が基準速度Ｖ。に達した地点が、例え
ば図示の２７点か或は１３点によって、そのままの減速
度では予定停止点Ｐで停止できるかどうか、即ち、Ｐ点
の手前に停止するかオーバランするかがゲイン形成部１
４で判別され、該形成部からその旨の出力がゲイン制御
部６に供給される。

ゲイン制御部６では、ＰＩ又はＩ）、の位置（例えば、
２０点からの距離の大小）により、減速効率を高めるか
又は緩めるように増幅器７のゲインを変更するのである
。尚、第２図に示す線図では、更に、停止直前に於て、
別の基準速度ｖ１についても、上記例のような位置の検
出を行い増幅器７のゲインを変更する補正を行っている
。

このようにすると、ゲインが大きな増幅器７であっても
、ゲイン一定の場合には移動体１の速度が小さくなると
、例えば、モータ４に対する減速効率が低下したリモー
タ出力を微細に制御することが困難で、制御精度に難が
あったものを解消できることは勿論、効率のよい出力の
制御ができるから、サーボモータの容量や増幅器のゲイ
ンを、減速効率を高めるため必要以上に大きなものを用
いていた従来技術の難点を払拭できるという効果が得ら
れる。

第３図は、Ｐ′１点から減速走行している移動体の速度
を、予め定めた任意の基準位置Ｐ′、で検出し、その地
点における検出速度Ｖ。の大小によりＰ′、〜Ｐ′３間
における増幅器７のゲインを変更して移動体ｌを予定点
で停止させた速度線図で、この場合にも、減速後２つ以
上の基準位置について本発明によりゲイン処理を行えば
より効率のよい、しかも、高い精度の位置決めができる
ことを表わしている。

本発明による増幅器のゲイン変更は、移動体１のスター
トから定速度走行に至る加速時に実施しても、先の減速
時におけると同様の効果が得られる。

即ち、第４図は、移動体１の加速時、予め任意に定めた
基準速度Ｖ。に達する地点Ｑ。又はＱ、を、例えば、ス
タート点からの距離で検出し、その大小により増幅器７
のゲインを変更し、より効率よく移動体１を所定位置で
定速走行に至らしめる例を示した速度線図であり、この
場合においても。

次の基準速度ｖ１における移動体１の到達位置を検出し
て上記制御を行わせれば実効が大きい。

第５図は、上記加速時のゲイン変更を、予め任意に定め
た基準位ＩＱ’ｏ、Ｑ’、点における検出速度の大小に
よって行った場合の速度線図であり、この場合において
も第４図にお（）る例と同様の効果が得られる。

加速時にかかる制御を行うと、比較的小容量のサーボモ
ータ、或は、増幅器を使用したサーボ駆動系であっても
、大容量モータ及び大きなゲインの増幅器を使用した駆
動系に遜色のない応答特性を持った作動を移動体に実現
できるので、経済的に有利であるばかりでなく、微細な
制御を行う面でもはるかに有利になる。

特に、所定位置までは能力−ぽいの出力で加速し、所定
位置に達したら定速走行させるような場合においては、
ゲインを変えながらの加速は加速走行から定速走行へ円
滑に、例えば、速度線図でオーバシュートとなって表わ
れる速度変動を殆ど生じることなく移行できるので、機
械にも無理な負荷がかからない利点がある。尚、この点
については、減速時についても同様である。

本発明は以上の通りであって、移動体を効率よく且つ高
精度に制御するサーボ制御方法として極めて有用である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の制御系の一例のブロック図、第２
図は及び第３図は本発明方法による減速時における制御
例の速度線図、第４図及び第５図は本発明方法による加
速時における制御例の速度線図である。 １・・・移動体、２・・・摺動ベッド、３・・・送りネ
ジ。 ４・・・サーボモータ、５・・・設定部、６・・・ゲイ
ン制御部、７・・増幅器、８・・・検出器、９・・位置
検出部、１０・・・位置比較部、１１・・・速度検出部
、１２・・・基準パルス発生器、１３・・・速度比較部
、１４・・・ゲイン形成部代理人　小　泉　良　邦 、１°　１　１ＴＩ 手続ネ甫−ｄＥＶワ 昭和５９イ■−ぢ月　１９日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事イ′１の表示　昭和５８年特ｉｉ’ｒ願第１２２
２８５号２、発明の名称　速度サーボ制御方法 代表者　新　藤　満三部 ５、補正の対象 明■１出全文 ６、補正の内容 明■１書全文を別紙の通り補正Ｊる。 ７、添何古類の目録 全文訂正明細書　１通 以に 明　細　書 １、発明の名称 速度サーボ制御力ｄ１ ２、特許請求の範囲 走行中の移動体が予め定めた任意の基準速度になったと
きの該移動体の位置を当該移動体に取附けた副長器によ
りパルス信号で直接検出するか、又は、走行中の移動体
が予め定め７ｅ任意の基準位置に到達したときの該移動
体の速度を前記副長器から構成される装置パルス信号と
適宜の基準時間パルスとを対応させて形成するパルス信
号で検出し、検出された移動体の位置又は速度信号を、
前記基準速度又は基準位置において予定される位置又は
速度信号と比較し、その比較結果に基づいて前記移動体
の駆動源のサーボゲインを変更づることにより、移動体
の移動速度を制御することを特徴と覆る速度サーボ制御
方法。 ３、発明の詳細な説明 本発明は移動体の現在速１皇を検出してサーボゲインパ
ターンを変更、し、移動体の移動速度を効率よく予定速
度に制御する速度サーボ制御方法に関づるものである。 従来より工作機械における刃物台のような移動体をサー
ボ制御により速度制御し位置決めを行うことが行われて
いるが、従来の制御方法ではサーボ増幅器のゲインパタ
ーンが一定であるため、移動体を減速させてから停止さ
せる位置決めを迅速になし得ないという難点がある。 上記のような点に鑑み、例えば、停止さける前の移動体
の走行速度の大小を検出し、この速度の大小により停止
指令の入力点を予定停止位置の手前で適宜変更して行う
制御法が提案されており、それなりの効果が期待できる
ものの未だ充分とはいい難い。その理由は、上記提案の
方法は、停止指令の入力点を移動体の減速走行時におけ
る速度の大小によって変更するだけで、ゲインパターン
は何ら変更されず一つであるから、停止信号が供給され
−Ｃ移動体が停止するまでに要づる時間は一定乃至は略
一定になり暉いほか、大形の工作機械等に適用した場合
、位置決め精度が高くならず、なお改善の余地があるか
らである。 このような点は、加速走行時についてもいえる。 即ち、従来のサーボ制御では加速時のゲインパターンも
一つであるため、移動体を含む負荷の大小その他の要因
によって定速走行に至るまでにはどうとしても時間的バ
ラツキが生じるなどするからである。 又、従来、このようなバラツキを少なくするため、駆動
源に大容量のものを使用し、まｌ〔、増幅器のゲインも
十分大きなものを使用Ｊることが行われているが、大型
駆動源は制御に対する応答特性が緩慢であるため、設備
面での問題が生じるほか、修正動作が過度になりがらで
システムの制動が悪くなったり、不安定になったりする
という難点がある。 この発明は上記のような速度り一−ボ制御の現状に鑑み
、大容量の駆動源、或はこれに見合った増幅器を使用し
なくても比較的小容量の駆動源で遜色のない応答特性が
得られ、しかもバラツキの殆んどない位置決めを、実現
するだめの速度制御を行うことができる制御方法を提供
Ｊることを目的としてなされたもので、その構成は、走
行中の移動体が予め定めた任意の基準速度になったとき
の該移動体の位置を当該移動体に取附けた測長器により
パルス信号で直接検出するか、又は、走行中の移動体が
予め定めた任意の基準位置に到達したときの該移動体の
速度を前記副長器から構成される装置パルス信号と適宜
の基準時間パルスとを対応させて形成するパルス信号で
検出し、検出された移動体の位置又は速度信号を、前記
基準速度又は基準位置において予定される位置又は速度
信号と比較し、その比較結果に基づいて前記移動体の駆
動源のサーボゲインを変更することにより、移動体の移
動速度を制御することを特徴とするものである。 次に、本発明の実施例を、工作機械の刃物台等を移動体
とする場合について説明づる。 第１図に於て、１は刃物台等から成る移動体、２は該移
動体１の摺動ベッド、３は移動体１の移動駆動系を構成
する送りネジ、４は該ネジ３に回転力を付与Ｊる駆動源
をして設りられたサーボモータで、以上１〜４により移
動体１の移動駆動系の一例を構成づる。 而して、上記移動体に対づる従来の一般的なサーボ制御
は、例えば、移動体１の現在位置に対応した信号とその
予定位置に対応した信号とを比較演算し、この演算結果
に基づいて前記モータ４の出力を制御し移動体１の位置
決めを行なうが、この場合におけるモータ４の出力はそ
の増幅器がもつ一つのゲインパターンに支配されるため
、位置決めにバラツキが生じ、特に、移動体１或はそれ
を含む駆動源の慣性質ｍが大きいときなどには、サーボ
制御を以てしても前記バラツキを解消し得ないでいるの
が現状である。 そこで、上述のＪ：うに移動体１が位置決めのために減
速走行しているとぎ、例えば、予め定めた任意の基準位
置にお番プる現在速度を検出し、これをその地点で予定
される移動体の予定速度と比較演算して、前記モータ４
の後述づる増幅器７のサーボゲインを変更補、正するよ
うにする。 而して、５は移動体１の減速、停止点を含む予定位置や
その位置での減速、停止を含む予定速度等を設定する設
定部、６は増幅器７のゲイン制御部、８は前記移動体１
に直接数対ｔ：Ｉぞの移動体１が移動１゛るとその移動
間に見合ったパルス信号、例えば、０．０１１１１ｍあ
たり１パルスを出力覆るようにした検出器である。９は
アップダウンカウンタを主体に形成した現在位置検出部
で、ここでは設定部５より供給される予定位置信号から
前記検出器８より供給される現在位置信号を逐次減算覆
るなどの処理をして、移動体１の現在位置を例えば、原
点からの距離或いは残り移動距離などどして表わす。こ
の検出部９の出力信号は位置比較部１０において各種の
予定位置信号と比較演搾される。 １１は前記検出器８から供給されるパルス信号を、基準
パルス発生器１２の時３１パルスに対応させて移動体１
の現在速度を形成する現在速度検出部である。この検出
部１１の出力信号は前記設定部５に設定された移動体１
に関づる複数の地点における種々の予定速度信号と速度
比較部１３に於て比較演算される。 前記比較部１０及び／又は同１３の演算結果に基づく出
ノ〕は、ゲイン形成部１４において増幅器７のゲインを
変更、補正するだめの信号に形成されてゲイン制御部６
に供給され、この制御部６のゲイン変更、補正信号とし
て増幅器７のゲインを変更するのである。 上記構成より、いま、定速走行している移動体１を減速
させてから停止させる位置決め制御の作動例について第
１図を参照しながら説明する。 第２図は、定速走行している移動体１が減速走行し始め
た後、予め任意に定めた基準速度■０、及び、ｖｌに達
したときの当該移動体１の現在位置をそれぞれ検出し、
この現在位置の如何により増幅器７のゲインを変更して
その特性が破線で示づ目的特性に近づくよう移動体１の
位置決めを行った場合の速度線図である。 而して、実線で示した定速走行中の移動体１が１１点に
達したこζは、位置比較部１０で検出されるから、従来
方法により予めの指定ゲインパターンに基づいてこの地
点でサーボモータ４に制動がかけられ目的位置Ｐへ向う
。次に、移動体１が予め定めた基準速Ｊｉ　Ｖ　ｏに達
したらその位置１〕２を検出する。移動体１が速度Ｖｏ
に達したかどうかは速度比較部１３で検出Ｊることがで
き、また、その位置がどの地点かは位置検出部９或は同
比較部１０で検出Ｊることができる。而して、減速走行
中の移動体１が基準速度Ｖｏに達した地点Ｐ２が、予定
位置１３点から外れていれば、この外れた距１１１”＋
−Ｐ２を考慮して、ゲインパターンを変更すべく、ゲイ
ン補正信号がゲイン形成部１４で形成される。該形成部
からその旨の出力がゲイン制御部６に供給される。 ゲイン制御部６は、距離誤差（Ｐ３−Ｐ２　）に応じて
減速効率を高めるか又は緩めるように増幅器７のゲイン
を変更するのである。尚、第２図に示す線図では、更に
、停止直前に於て、別の基準速度Ｖ＋　についても、上
記例のような位置の検出（Ｐ４　、　Ｐ５　）を行い増
幅器７のゲインを変更する補正を行っている。 このようにすると、効率のよい出力の制御ができるから
、サーボモータの容量や増幅器のゲインを減速効率を高
めるため必要最小限に止めることができ、従来技術の難
点を払拭できるという効果が得られる。 第３図は、位置基準の場合の実施例を示し、破線で示す
目的特性に近づ【プるよう１．Ｐ’＋点から減速走行し
ている移動体の速度を、予め定めた任意の基準位置Ｐ’
　２　、Ｐ’　３で検出し、その地点における検出速度
の目的速度との差Ｖ’　ｏ　。 Ｖ′１の大小に応じ、増幅器７のゲインパターンを変更
して移動体１を予定点ＰＣ停止さぼるようにした速度線
図である。この場合にも、減速後２つ以上の基準位置に
ついてゲイン処理を行えばより効率のよい、しかも、高
い精度の位置決めができることを表わしている。 次に、本発明による増幅器のゲインパターン変更は、移
動体１のスタートから定速走行に至る加速時に実施して
も１、先の減速時におけると同様の効果が得られること
を示す。 即ち、第４図は、移動体１の加速時、予め任意に定めた
基準速度Ｖｏに達する地点Ｑｏから破線で示した目的特
性からの誤差（Ｑ＋　−Ｑｏ　）を検出し、その大小に
より増幅器７のゲインパターンを変更し、より効率よく
移動体１を所定位置で定速走行に至らしめる例を示した
速度線図であり、この場合においても、次の基準速度Ｖ
１にお（）る移動体１の到達位置を検出して複数位置で
上記制御を行わせれば実効が大きい。 又、第５図は、第３図減速特性に対応して加速の場合の
特性曲線を示づもので、加速時のゲインパターン変更を
、予め任意に定めた基準位置Ｑ’　ｏ　、Ｑ’　＋点に
お（）る検出速度の破線で示した目的特性上の速度値と
の誤差に応じて行った場合の速度線図であり、この場合
においても第４図における例と同様の効果が得られる。 加速時にかかる制御を行うと、比較的小容伊のサーボモ
ータ、或は、増幅器を使用したサーボ駆動系であっても
、大容量モータを使用した駆動系に遜色のない応答特性
を持った作動を移動体に実現できることは減速の場合と
同じであり、経済的に右利であるばかりでなく、微細な
制御を行う面でもはるかに有利になる。 特に、所定位置までは能力−ぽいの出力で加速し、所定
位置に達したら定速走行させるような場合においては、
ゲインを変えながらの加速は加速走行から定速走行へ円
滑に、例えば、速度線図でオーバシュートどなって表わ
れる速度変動を殆ど生じることなく移行できるので、機
械にも無理な負荷がかからない利点がある。尚、この点
については、減速時についても同様である。 本発明に係る速度サーボ制御方法は、移動体を効率よく
且つ高精度に制御するサーボ制御方法として極めて有用
である。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明方法の初陣系の一実施例を示すブロック
図、第２図及び第３図は本発明方法による減速時におけ
る制御例の速度線図、第４図及び第５図は本発明方法、
による加速時における制御例の速度線図である。 １・・・移動体　２・・・摺動ベッド ３・・・送りネジ　４・・・サーボモータ５・・・設定
部　６・・・ゲイン制御部７・・・増幅器　８・・・検
出器 ９・・・位置検出部　１０・・・位置比較部１１・・・
速度検出部 １２・・・基準パルス発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 走行中の移動体が予め定めた任意の基準速度になったと
   きの該移動体の位置を当該移動体に取附けた測長器によ
   りパルス信号で直接検出するか、又は、走行中の移動体
   が予め定めた任意の基準位置に到達したときの該移動体
   の速度を前記測長器から構成される装置パルス信号と適
   宜の基準時間パルスとを対応させて形成するパルス信号
   で検出し、検出された移動体の位置又は速度信号を、前
   記基準速度又は基準位置において予定される位置又は速
   度信号と比較し、その比較結果に基づいて前記移動体の
   駆動源のサーボゲインを変更することにより、移動体の
   移動速度を制御することを特徴とする速度サーボ制御方
   法。