JPS619180A - サ−ボモ−タの加減速制御方法 - 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】 産業上の利用分野 近年の工作機械、特に産業用ロボットは、設置の省スペ
ース化および取り付は方法の全方向化、すなわち上から
つり下げたり壁にかけたりするために小形軽量化が進め
られている。これは機構的には機械の剛性を下げること
となるが、一方ではさらに高速運動が要求されている。

したがってサーボモータで産業用ロボットを動かす場合
に機械の衝撃荷重を考慮した滑らかな加速または減速を
行う必要がある。

本発明は、このような目的に合うサーボモータの加減速
制御方法に関する。

従来例の構成とその問題点 サーボモータで動かされる産業用ロボットでは、位置と
速度とを同時に制御するのに通常は偏差カウンタを用い
る。これを第１図のブロック図で説明する。説明を簡単
にするために、サーボモータ１は１方向にのみ回転させ
るものとする。偏差カウンタ２はアンプダウンカウンタ
で、入力ａにパルスＳ、が入れはカウンタ内容が増え、
入力すにパルスｓ２　　が入ればカウンタ内容は減る。

Ｄ／Ａ変換器３はディジタル入力、すなわち何本かの入
力の各々の０まだは１人力の組み合せをアナログ出力′
へ変換するものである。サーボアンプ４は指示された入
力値で定まる速度でモータ１を回転させるものである。

５はロータリエンコーダ（ＲＥ）またはパルスジェネレ
ータと呼ばれるもので、回転角度に比例した数だけパル
スを出力する位置検吊器である。モーターとＲＦ５は直
結または適当な回転比でもって接続されている。

さて信号Ｓ、・は指令入力である。この信号ｓ１が偏差
カウンタ２のａ入力に入ると偏差カウンタ２は内容が増
える。そうするとＤ／Ａ変換されたサーボアンプ速度指
示値Ｓ４が増えて、モーターを回転させる。モーターに
つながったＲＦ５がパルスを発生させて、これが偏差カ
ウンターのｂ入力に入り、偏差カウンタ２の内容を減少
させる。そうすると今度はＤ／ム変換された出力９４　
　が小さくなり、モーターの回転を減少させる。以上が
動作の基本部分である。

直ちに次の２つのことが言える。

（１）偏差カウンタ２の入力、すなわち指令パルスＳ１
　　の総量がモーターの総回転量を定める。

（１１）指令パルスＳ“１の周波数がモーターの回転速
度に比例する。

有 この偏差カウンタ２を用いた制御方法で、従来量も良く
使われているのが、指数関数加減速である。第２図で示
すように、ある時刻よシ、一定速度に相当する指令パル
ス列を与える。Ｄ／人変換器３とサーボアンプ４の比例
定数を桐とすると、偏差カウンタ２の内容が速度を定め
るので、となる。一方、ＲＦ、５の比例定数をに２とす
れば、回転角に応じたパルスが出るので、 ８２　（ｔ）−に２ｖ　（ｔ）　　　　　　　　　　　
　　−−（２）となる。（１）と（２）より ｖ（ｔ）＝＝−−に＋１１ｚＴ（ｔ）＋ｋｔＳ＋（ｔ）
　　　・−”（３）ｔ である。

一般解は、 ・・・・・・（４） である。

加速時は、直前が停止、入力は一定、すなわち　　　　
　　１Ｖ　（Ｏ）　＝　Ｏ ５１（Ｔ）　＝　Ｓｌ であるから、（４）式は ｖ　（ｔ）　＝　−（１−ｅ−に１に２’　）　　　　
　−・”（５）となる。

減速時は、定常回転速度にあるから、 ｖ（ｔ、））＝ｖ また、入力はないので ｓ、　（ｔ）　＝　Ｏｔ　）　ｔ。

である。（４）式は ｖ　（ｔ）　−ｅ−に１に２ｔｖ　　　　　　　　　　
−＝　・・・（６）となる。

以上のことから、希望する速度を単に指令パルス列とし
て与える方式が指数関数加減速となる。

ところで指数関数加速を定める（５）式より、厳密に言
えばモータ速度が一定になるには、かなり時間が必要で
ある。これは例えばＮＯ旋盤などのネジ加工のように、
ある短かい時間でもって一定速度にならねばならない場
合には都合が悪い。このようなときは、 ｖ　（ｏ）　＝○ で、 ｖ（ｔ）＝　ｋ（１ｔ　　　　　　　　ｔ　）ｏ　　　
　　　　−＝−−−（７”Ｊを考える。

（４）式は、 ｋＯ＝＝　ｋ１８１　（ｔ）　−ｋｌに２　ｋＯｔとな
るので、入力は ８１（ｔ）＝　　　＋　ｋ２　ｋ（、ｔ　　　　　　　
　　　・・・・・・（８）−に１ である。これを直線加速と呼び、前記ネジ加工の加速の
とき等に使用されるっ 本発明の背景となる滑らかな動作という観点からは、上
記加速または減速方法は次のような間１題がある。

位置をｘ　（ｔ）、質量をｍ、力をＦで表わすとき、ｘ
　（ｔ）の２階徽分ｘ　（ｔ）が加速度であるから、Ｆ
　（ｔ）　＝　ｍ　ｘ　（ｔ）　　　　　　　　　　　
　　　　　−−（９）である。剛性の小さな機構は、上
記の荷重の他に衝撃荷重を考えねばならない。これは、
時刻ｔの直前を１−ｏ、直後をｔ＋ｏで表わせば、Ｆ（
ｔ＋ｏ　）　　’　（ｔ−ｏ　）　　　　　　　　−・
（１ｏ）ｄ を意味する。したがってｘ　（ｔ）、すなわちπｖ　（
ｔ）の連続性が問題である。しかるに指数関数加速では
、 直線加速では、 であり、衝撃が発生する。

発明の目的 本発明は、このような従来の欠点を除去し、機械の衝撃
荷重を考慮した滑らかな加速または減速を行うようにし
たものである。

発明の構成 そのだめの構成として本発明は、サーボモータの位置と
速度を同時に制御する偏差カウンタを用いたサーボモー
タの加減速制御方法において、前記サーボモータの所定
の加減速曲線から生成される分配パルス列と、偏差を補
償するパルス列との和または差のパルス列を前記偏差カ
ウンタの指令入力とするものである。

゛実施例の説明 以下本発明の一実施例について説明する。

減速は加速の裏返しであって全く同じように考えればよ
いので、ここでは加速について説明する。

第３図に示すような曲線が望まれるものの１つであり、
例えば ｖ（ｔ）＝　−（１−ｃｏｓ　ｙｒ　ｔ　）　　　　　
　・＝−＝　（１１）態に達する。

ところで（４）式の一般解より偏差カウンタ入力である
指令値の積分が速度を定める。よってモータ速度を制御
するとき、偏差カウンタ入力としての指令値に対しモー
タ速度は遅れの要素を持つことになる。但しく４）式を
求めるとき、サーボアンプが”−１ｅｉａ７＞−１“＊
Ｏｉ！！ｔｌＪ：・６朴６扛１″゛　　　　　望さいと
して無視している。

（４）式をラプラス変換すると、極は１次となるのてこ
のような場合、指怜値に対しモータ速度は１次遅れであ
ると呼ばれる。したがって希望するモータ速度を実現す
るには偏差カウンタによる１次遅れの補償を行うことで
ある。

（４）式より、ｖ（ｔｏ）　−□　　とすれば、ａｔ　
ｖ（ｔ）　−に１Ｓｌ　（ｔ）ｈｌに２　ｖ（ｔ）　　
　＋＋＋＋＋＋　（１２）であるから、 となる。ｋ２はモータ速度とパルスジェネレータとの比
例定数であるので、これを簡単のため１と考えれば、指
令入力は、 となる。ｋｌ、に２は偏差カウンタ制御方式で位置ルー
プゲインと呼ばれるものである。

望ましい曲線をｆ。、補正部分をｆｌ、指令曲線をｆ２
とすれば　（第４図）（１１）式に関してＬえば、 ｆｏ＝　＝（１−ｃｑｓ　πｔ、　）　　　　　　、、
■（１５）ｆ２＝　−（１−ｃｏｓ　ｒｔ）十−−π５
ｉｎｙｒｔ２２に１に２ ・・・・・・（１７） となる。これをマイクロコンピュータを用いたシシステ
ムで実現するには、以下のようにすればよい。

第５図にシステムのブロック図を示す。１１はＣＰＵ、
１２はＲＯＭで処理手順のプログラムが格納されている
。１３はＲＡＭで計算途中の数値等を一時的に記憶する
。１４はＲＯＭで（１５）式と（１６）式をテーブルと
したものを蓄えている。

第６図はテーブルの内容を模式的に示すものである。こ
とでは総加速所要時間を１６分割して離散値として計算
する。もちろん１６分割は一例であって、いくらでもよ
い。計算処理の手順は第７図のフローチャートに示す。

（１７）式までの説明では目標速度は１として考えてい
るので、実際の目標速度をＶ。とすれば、（１７）式の
結果をＶ。倍する必要がある。なお、フローチャートで
は計算端数処理の記述は省略しである。

（１７）式の右辺、２つの項の値をテーブルより持って
きて計算し、直前の値との差を、その時の基本処理時間
での指令パルス数とするものである。

発明の効果 以上のような本発明の加減速制御方法によれば、次のよ
うな効果がある。

（１）偏差カウンタの１次遅れを簡単に補償できる。

（２）シだがって、加速度曲線が連続している屑らかな
加速が実現できる。

（３）機構衝撃、振動の少ないサーボモータ制御が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は偏差カウンタによるサーボモータの位置制御方
法を実施するための装置のプＯツク図、臀 第２図は指数関数加減速方法での指令パルスＳ１とモー
タの回転速度の関係を示す図、第３図は本発明が実現し
ようとする、モータの望ましい加速曲線の一例を示す図
、第４図は第３図の曲線を実現する指令曲線ｆ１と、ｆ
ｏから定まる補正曲線ｆ２を示す図、第５図は数値デー
タテーブルを有するシステムのブロック図、第６図は数
値データテーブルを模式的に示す図、第７図は処理のフ
ローチ。 ヤードである。 １・・・・・・サーボモータ、２・・・・・・偏差カウ
ンタ。 代理人の氏名　升理士　中　尾　敏　男　ほか１名デ 第１図 第２因 第３図 第５図 第６図 第７図 手続補正書” 昭和５９年１２月　２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サーボモータの位置と速度を同時に制御する偏差カウン
   タを用いたサーボモータの加減速制御方法において、前
   記サーボモータの所定の加減速曲線から生成される分配
   パルス列と、偏差を補償するパルス列との和または差の
   パルス列を前記偏差カウンタの指令入力とするサーボモ
   ータの加減速制御方法。