JPS63228302A - 高速位置決め方式 - 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 本発明は、コンピュータ内蔵の数値制御装置（以下ＣＮ
Ｇという）やロボット等のように、コンピュータを使用
してデジタル制御し、機械を位置決めする位置決め制御
方式に関する。

従来の技術 ＣＮＣやロボットのように、コンピュータを使ってデジ
タル制御して機械の位置決めを行う装置においては、所
定サンプリング周期毎に、当該ブロックの指令速度に応
じてパルス分配計算を行い、この計算されたパルス分配
量、即ち、移動量を次のサンプリング周期に位置制御部
へ出力し、サーボモータを回転し、当該ブロックで指令
された位置に到達したか否かを位置制御部で検出される
位置偏差量がパラメータで設定されたインポジション幅
内に入ったか否か判断し、インポジション幅内に入ると
、次のブロックの処理を開始していた。

発明が解決しようとする問題点 第４図は、従来の位置決め制御方式の説明図で、第４図
（ａ）はサンプリング周期Ｔを表わし、（ｂ）は各ブロ
ックでのパルス分配計算を表示しており、このパルス分
配計算によって、当該ブロックでの指令速度ｆで、各サ
ンプリング周期毎に位置制御部へ出力される移Ｗｊ［Ｐ
　（ｎ）　、　Ｐ　（ｎ＋１）・・・を求め、−周期遅
れて位置制御部へ第４図（Ｃ）に示すように、この移動
量がＰ（ｎ）　、　Ｐ（ｎ＋１）・・・が出力される。

そして、この移動ｆｆ１Ｐ（ｎ）。

Ｐ（ｎ＋１）・・・を受けてサーボモータは第４図（Ｃ
）のＡに示すように回転する。一方、位置制御部内のエ
ラーレジスタの値より位置偏差量ε（Ｉｌｌ）を所定同
期毎検出し、この位置偏差量ε（Ｉ８）がパラメータで
設定されたインポジション幅内にあるか否かチェックし
、インポジション内ならば、次のブロックのパルス分配
計算を開始している。

第４図においては、始めのブロックに対しｔ　（ｎ）よ
り３サンプリング周期に亘ってパルス分配計算がなされ
、位置制御部に１サンプリング周期遅れてパルス分配計
算された移動ｆｆ１Ｐ（ｎ）　、　Ｐ（ｎ＋１）　。

Ｐ（ｎ＋２＞が指令速度ｆで位置制御部に入力される。

そして、モータが回転し、時刻ｔ　（ｎ＋５）で始まる
周期での検出された位置偏差量ε（ｍ）がインポジショ
ン幅内であったとした場合を記載しており、このインポ
ジション幅内に入ったことが検出されると、次のブロッ
クのパルス分配計算が行われ、次のサンプリング周期ｔ
　（ｎ＋６）で始まる周期にこの計算された移ｆｊｌ　
ｆｆｌが位置制御部へ出力されることとなる。このこと
は、インポジション幅に入ったことが検出されたあとは
、ただちに次のブロックの動作を開始してよいにもかか
わらず、１サンプリング周期Ｔ遅れて、次のブロックの
動作が開始されることとなり、加工時間が長くなるとい
う欠点がある。

そこで、本発明の目的は、位置偏差量がインポジション
幅に入った後、次のブロックの動作（モータの回転）が
１サンプリング周期遅れることなく行われるようにする
ことができる高速位置決め方式を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、プログラムより読取られた１ブロックの移動
指令に対し、所定サンプリング周期毎にパルス分配計算
を行い、次のサンプリング周期にパルス分配計算された
移動ｍを位置制御部に出力し、機械を移動させ、パルス
分配計算が終了した周期の次のサンプリング周期以降の
サンプリング周期開始時に位置制御部から位置偏差量を
検出し、該検出した位置偏差量と、位置偏差Ｍを検出し
た１つ前のサンプリング周期でのパルス分配計算による
指令速度とによって次の周期で検出される位置偏差量を
予測し、予測位置偏差♀が設定されたインポジション幅
内に入ることにより位置決め完了として次のブロックの
処理を開始するように構成することによって前記問題点
を解決した。

作　　用 位置制御部で制御されるサーボ系の伝達関数は機械のハ
ードウェアが特定されて一律的に決まる。

そのため、パルス分配計算が終了した次のサンプリング
周期以降の各サンプリング周期毎に位置偏差量を検出す
れば、この位置偏差量と、位置偏差量を検出したサンプ
リング周期の前のサンプリング周期の指令速度により、
前記伝達関数に従って次のナンプリング周期で検出され
位置偏差量を予測し、この予測された位置偏差ｍがイン
ポジション幅内であると、ただちに次のブロックのパル
ス分配計算を開始し、次のタイミング周期にはパルス分
配計算された移ａ量が位置制御部に入力され、サーボモ
ータを駆動するから、機械は、あるブロックで指令され
た位置に達すると、ただちに次のブロックの動作を開始
するから従来の位置決め方式と比較し、１サンプリング
周期早めて次のブロックの処理動作が開始される。

実施例 第１図、第２図は、本発明の詳細な説明図で、第１図に
おいて、サンプリング周期を王とし、あるブロックが読
まれ、時刻ｔ　（ｎ）　、　ｔ　（ｎ＋１）　。

ｔ　（ｎ＋２）で始まる各周期でのパルス分配の計算の
結果、夫々多周期毎のパルス分配量、即ち移動量Ｐ（ｎ
）　、　Ｐ（ｎ＋１）　、　Ｐ（ｎ＋２）が求められ、
求められた移動Ｆ；ｉ　Ｐ　（ｎ）〜Ｐ（ｎ＋２）は１
サンプリング周期遅れて位置制御部へプログラムで指令
された速度ｆで出力されたとする例を示すものであり、
又、速度制御部で制御されるサーボ系の伝達関数が一次
遅れの例を示しており、サーボモータは、各周期の指令
速度ｆでの指令移動Ｉ　Ｐ　（ｎ）〜Ｐ（ｎ＋２＞に対
し、第１図、第２図、　Ｆ（ｔ）　、　Ｆ’　（ｔ）で
示す速度曲線で示すように駆動されることとなる。

即ち、サーボ系の伝達関数の一次遅れの時定数をＴＣ１
速度指令部に移動ｍ　Ｐ　（ｎ）が入力された時点ｔ　
（ｎ＋１）を原点とすると、指令速度ｆにおける移動指
令に対するサーボモータの応答速度曲線Ｆ（［）は次の
簗１式で表わされる Ｆ（ｔ）　＝ｆ　（１−ｅ−（ｔ／１Ｃ））　　　　　
−（１）この応答速度曲線は次の周期の時刻ｔ（ｎ＋２
）と時刻ｔ　（ｎ＋３）間においては、第２図中１（ｔ
）。

ｑ２　（ｔ）の曲線を加算したものに等しい。曲線ａ１
（ｔ）は時刻ｔ（ｎ＋１）とｔ　（ｎ＋２）間の１周期
に速度ｆの移動指令があって、時刻ｔ（ｎ＋２）で該移
動指令がなくなったときの時刻ｔ（ｎ＋２）以降のサー
ボモータの速度減衰曲線を示し、ｇ２（ｔ）は時刻ｔ　
（ｒ＋＋２）で速度ｆの移動指令があったときのサーボ
モータの速度曲線を示すもので、時刻ｔ（ｎ＋２）、　
ｔ　（ｎ＋３）間の時刻（Ｔｉｔ）においては、第１式
の速度曲線Ｆ（ｔ）は次の第２式のようになる。

Ｆ（ｔ）　＝ｆ　（１−ｅ−”＋ｊ）”　）　　　−（
２）又、曲線Ｑｌ（ｔ）は次の第３式となる。

ｑｌ（ｔ）＝ｆ　（１，−（Ｔ／Ｔｃ）　）　、　ｅ−
（ｔ／Ｔｃ）・・・（３） 曲線１（ｔ）は次の第４式となる。

ｇ２　（ｔ）　＝ｆ　（１−ｅ−”１Ｃ））　　　　−
（４）その結果、 ｇｌ　（ｔ）＋ｇ２（１）＝ｆ　（１−ｅ−（Ｔ／ＴＣ
）　。

、。−（ｔ／Ｔｃ） ＋　ｆ　（１−ｅ”ＩＣ）） ＝　ｆ（１ｅ　−（（Ｔｉｔ）／Ｔｃ）　＞・・・（５
） となり、ｇｌ　（ｔ）　＋ｇ２　（ｔ）は第２式の右辺
と等しいものとなる。

同様に、時刻ｔ　（ｎ＋３）とｔ　（ｎ＋４）間では、
同様に求めた曲線１（ｔ）とＱ４（ｔ）を加算した値が
Ｆ（ｔ）となる。

又、同様に時刻ｔ　（ｎ＋４）以降のサーボモータの速
度（減衰）曲線Ｆ’　（ｔ）は、曲線１（ｔ）とｇ５（
ｔ）を加算したちである。

即ち、時刻ｔ　（ｎ＋３）　、　ｔ　（ｎ＋４）でのサ
ーボモータの速度Ｆ　（２Ｔ）、Ｆ　（３Ｔ）は第１式
より、Ｆ（２Ｔ）−ｆ（１−ｅ−（２１／”）　　　”
・（６）Ｆ（３Ｔ）＝ｆ（１−ｅ−（３１′１０））　
　　−（７）となり、時刻ｔ　（ｎ＋４）より経過時間
をｔとすると、Ｆ’　（ｔ）は第７式より、 Ｆ、Ｂ）　＝　ｆ（１−８−（３Ｔ／Ｔｃ））　、　。

−（ｔ／Ｔｃ）・・・（８） となり、ｏ３（ｔ）は第６式より、 Ｑ　３　（ｔ）　＝　ｆ　（ｌ　−８””／”）、。−
（（Ｔｉｔ）／ＴＣ）　　　　　　　、（９）ａ５（ｔ
）は、 ｑ５　（０，、ｆ（１ｅ　−（Ｔ／Ｔｃ）　＞　、　ｅ
　−（ｔ／Ｔｃ）・・・　（１０） Ｑ３　（ｔ）　＋０４　（ｔ）は第９式、第１０式より
、ｇ３　（ｔ）　＋　ｇ４　（ｔ）　＝　ｆ　（１−ｅ
−（２””）、　。−（（Ｔｉｔ）／Ｔｃ）　＋　ｆ（
１−８−（Ｔ／Ｔｃ）　）、。＝（ｔ／Ｔｃ）　＝＝　
ｆ　（。−（（Ｔｉｔ）／Ｔｃ）−８−（（３Ｔ＋ｔ）
／Ｔｃ）＋。−（ｔ／Ｔｃ）−８−（（Ｔ÷ｔ）／Ｔｃ
）　＞　＝　ｆ　（１ｅ−（３Ｔ／ＴＣ））、。−（ｔ
／Ｔｃ）　　　　　　　　　　　　　・・・（１１）と
なり、第８式の右辺と等しくなり、 Ｆ’　（ｔ）　＝０３　（ｔ）　＋０４　（ｔ）　　　
　　・・・（１２）となる。

一方、移動ｍは速度を積分して求められるものであるか
ら、位置制御部に移動Ｎ　Ｐ　（ｎ）〜Ｐ（ｎ＋１）が
入力完了した時点、即ち、時刻ｔ　（ｎ＋４）における
位置偏差量は、速度曲線Ｆ’　（ｔ）を時刻ｔ　（ｎ＋
４）より速度が「０」となる時刻まで積分したもの値、
即ち、第２図でａで示す面積となる。そして、第１２式
よりこの面積は速度曲線０５　（ｔ）　、　Ｑ３　（ｔ
）を各々時刻ｔ（ｎ＋４）より各々速度が「０」になる
時刻まで積分した値、即ち、第２図す、ｃで示す面積の
合計となる。

面積すについて検討すると、サーボモータは、移動指令
に対し追従し、移動指令量だけ移動するものであるから
、時刻ｔ　（ｎ＋３＞からｔ　（ｎ＋４）間のサンプリ
ング周期１間に速度ｆの指令、即ち、ｆ−Ｔの移動指令
量が出され、これに対し、サーボモータが速度曲線０４
（ｔ）に示すように回転したものであるから、時刻ｔ　
（ｎ＋３）からｔ　（ｎ＋４）間のサンプリング周期１
間に移動した吊は速度曲線１ｆｔ）をｔ　（ｎ＋３）か
らｔ（ｎ＋４）まで積分した値であり、残量が面積すと
等しくなる。即ち、第２図で示す面積ｄとｂは等しい等
となる。その結果、面積すの値は、 −ｆＴｃ（１−ｅ””）　　　−＜１４＞となり、面積
すは求めることができる。

又、面積Ｃについて検討すると、時刻ｔ　（ｎ＋３）を
原点とし、このときの速度をｆｏとすると、面積Ｃは速
度曲線ｇ３（ｔ）を王から無限大まで積分した値である
。即ち、次の第１５式で表わされる。

ｃ＝　Ｓτ（Ｊ３　（ｔ）　＝　Ｓ″ｙ、　ｆ　ｏ　ｅ
−（ｔ／Ｔｃ）　ｄ　ｔ＝　ｆ　ｏ　Ｔ　ｃ　ｅ　”Ｉ
Ｃ）−（１５）一方、前記速度曲線１（ｔ）を０から無
限大まで積分した値は、時刻ｔ　（ｎ＋３）での速度曲
線ｇ３（ｔ）に対応する位置偏差量ε（ｆｆｉ）を意味
するから、 ε（ｍ）＝　Ｓ’：　０３　（ｔ）＝　ＳτｆＯｅ−（
ｔ／Ｔｃ）　ｄｔ＝ｆＯＴｃ　　　　　・・・（１６） 故に、時刻ｔ　（ｎ＋３）で位置偏差けε（ｍ＞を検出
すると、面積Ｃは第１５．１６式より、ｃ　　＝　　ε
　（ｖａ＞　　ｅ　　−”丁Ｃ）　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　、、、（１７）として求められる。

その結果、次の周期の時刻ｔ　（ｎ＋４）での予測位置
偏差量ε（ｎ＋＋１）は、面積Ｃとｂを加算したもので
あるから、第１４式、第１７式より、Ｅ　（１１＋１）
　＝　６　（ｌＩ）　ｅ−（Ｔ／ＴＣ）＋ｆＴｃ（１−
ｅ”■０））　　−（１８）として求められる。

即ち、パルス分配計算が終了し次の周期の開始時（又は
最後のパルス分配計算が行われた周期の終り）に、第１
図の例では時刻ｔ　（ｎ＋３）に位置制御部のエラーレ
ジスタから位置偏差ｍε（ｍ）を読取れば、次の周期で
検出される予測位置偏差量ε（ＩＩｌ＋１）を第１８式
より予測することができる。

第１８式において、■はサンプリング周期、ＴＣはサー
ボ系の時定数、ｆは位置偏差けε（ｎ＋）を検出した１
つ前の周期におけるパルス分配計算により求められる指
令速度であるため、次の周期における予測位置偏差■ε
（＋＋＋１）は検出した当該周期での位置偏差量ε（ｍ
）により予測することができる。なお、パルス分配計算
が終了した次の周期より開始される予測偏差量ε（ｍ＋
１）の計算において、１回目は、前記指令速度ではプロ
グラムで指令される速度であるが、２回目以降は「０」
となる。

第３図は、本実施例における位置決め方式を実行するた
めのフローチャートで、各サンプリング周期毎に該処理
を行うものである。

まず、パルス分配計算する分配パルスがあるか否か判断
しくステップＳ１）、分配パルスがあれば、分配計算処
理を行う（ステップ５１０）、即ち、第１図において、
分配パルスＩＰ（ｎ）。

Ｐ（ｎ＋１＞　、　Ｐ（ｎ＋２＞を針環処理し、次の周
期に位置制御部へ出力することとなる。そして、計算す
べきパルス分配がなければ、フラグＨが「１」か否か判
断しくステップＳ２）、後述するように該フラグＨは始
めは「１」でないのでステップＳ３へ移行し、前周期で
の指令速度ｆをレジスタＲに記憶させ、次に、位置制御
部のエラーレジスタより位置偏差量ε（ｍ）を検出しく
ステップ３５）、この検出された位置偏差量とレジスタ
Ｒに記憶した指令速度ｆより、第１８式によって次周期
での予測位置偏差量ε（ｍ＋１）を算出する（ステップ
Ｓ６）。そして、求められた予測偏差量ε（ｍ＋１）が
パラメータで設定されたインポジション幅内にあるか否
か判断しくステップＳ７）、インポジション幅内でなけ
れば、フラグ日を「１」にセットしくステップＳ８）、
このパルス分配計算周期の処理を終了する。そして次の
周期においては、フラグＨが「１」にセットされている
から、ステップＳ２よりステップＳ４へ移行し、レジス
タＲに゛　　「０」を記憶させ、前回と同じように位置
偏差量ε（ＩＩＩ）を検出しくステップＳ５）、次に第
１８式により予測位置偏差量ε（ｍ＋１）を算出するが
、今回はレジスタＲに記憶される指令速度ｆがｒＯＪど
なっているため、第１８式において、ε（ｍ＋１）　ｘ
　ε（ｌｌ）　ｅ−（Ｔ／Ｔｃ）のみの計算を行って予
測位置偏差量ε（ｍ＋１）を求め、インポジション幅内
か否か判断する。

以下多周期毎に該処理を行い、予測位置偏差ｍε（ｍ＋
１）がインポジション幅内になるまで行い、インポジシ
ョン幅内になると、ステップＳ７からステップＳ９へ移
行しフラグＨをリセットし、次のブロックの分配処理を
開始するくステップ５１０）。

このように、次の周期での位置偏差量ε（１１＋１）を
予測し、該予測位置偏差量ε（ｍ＋１）がインポジショ
ン幅内であると、当該周期より次のブロックの処理を開
始するから、１つのブロックから次のブロックへの処理
へ移行するとき、１サンプリング周期だけ処理が早くな
る。

例えば、第１図において、時刻ｔ　（ｎ＋４）で検出し
た位置偏差量ε（ｎ）より次の周期の開始時である時刻
ｔ　（ｎ＋５）での位置偏差ｍε（１ｍ＋１）を予測し
、その予測位置偏差量ε（＋ｅ＋１）がインポジション
幅内であると、時刻ｔ　（ｎ＋４）からの周期より次の
ブロックの処理を開始したから、従来の方式であると、
時刻ｔ　（ｎ＋５）から次のブロックの処理を開始する
場合と比べ、１サンプリング周期Ｔだけ早くすることが
できる。

充用の効果 以上述べたように、本発明は１サンプリング周期後の位
置偏差量を予測し、予測位置偏差量がインポジション幅
内であると、ただちに次のブロックの処理を開始する位
置決め方式であるから、高速に位置決めができ、かつ、
高速加工を可能とする。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の一実施例の位置決め方式の説明図、
第２図は同実施例における作動原理説明図、第３図は同
実施の動作処理フローチャート、第４図は従来の位置決
め方式の説明図である。 Ｔ・・・タイミング周期、Ｐ　（ｎ）　、　Ｐ　（ｎ＋
１）・・・パルス分配計算による移動ｆｆｌ、　ｆ・・
・指令速度、Ｆ（ｔ）　、　Ｆ’　（ｔ）・・・モータ
速度。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プログラムより読取られた１ブロックの移動指令
   に対し、所定サンプリング周期毎にパルス分配計算を行
   い、次のサンプリング周期にパルス分配計算された移動
   量を位置制御部に出力し、機械を移動させ、パルス分配
   計算が終了した周期の次のサンプリング周期以降のサン
   プリング周期開始時に位置制御部から位置偏差量を検出
   し、該検出した位置偏差量と、位置偏差量を検出した１
   つ前のサンプリング周期でのパルス分配計算による指令
   速度とによって、次の周期で検出される位置偏差量を予
   測し、予測位置偏差量が設定されたインポジション幅内
   に入ることにより位置決め完了として次のブロックの処
   理を開始するようにした高速位置決め方式。
2. （２）前記位置制御部で制御されるサーボ系の遅れを一
   次遅れとし、前記検出された位置偏差量と指令速度より
   、次の周期で検出される位置偏差量を予測する特許請求
   の範囲第１項記載の高速位置決め方式。