JPS63265582A - サ−ボモ−タ制御装置 - 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】 技術分野 本発明はサーボモータの制御装置に係り、特に、無段階
で設定された加速度または出力トルクでサーボモータが
作動するようにフィードバック制御する制御装置に関す
るものである。

従来技術 各種のＮＣ工作機械、ロボット、測定装置等においてサ
ーボモータが多用されている。そして、かかるサーボモ
ータの作動をフィードバック制御するための制御装置は
、−ａに、所望する目標回転位置および目標回転速度が
設定されることにより、それ等の目標回転位置および目
標回転速度を実現するようにサーボモータを作動させる
ようになっている。すなわち、目標回転位置および目標
回転速度が設定されると、サーボモータの回転速度が０
の状態から目標回転速度になるまで増速した後、その目
標回転速度で定速回転させ、その後、減速して回転速度
が０となった時に目標回転位置に到達するように、回転
位置や回転速度を制御要素としてサーボモータをフィー
ドバック制御するのである０例えば、特開昭６０−２０
８４号公報に記載されている装置は、回転位置および回
転速度を制御要素としてサーボモータをフィードバック
制御する制御装置の一例である。

発明が解決しようとする問題点 ところで、かかる従来のサーボモータ制御装置において
は、サーボモータの加速度や出力トルクを自由に設定す
ることはできなかった“、すなわち、サーボモータの増
減速時には予め定められた一定の加速度若しくは２〜３
の中から選択された加速度で増減速させるようになって
おり、出力トルクについてはその加速度やユーザーによ
って設定された前記目標回転速度でサーボモータを作動
させるのみで、特に出力トルクを自由に設定できるよう
にはなっていなかったのである。

このため、例えば前記目標回転位置および目標回転速度
を設定した場合にその目標回転位置に到達するまでの所
要時間を自由に変更したり、サーボモータによってねじ
締め作業を行わせる場合にその締付トルクを自由に定め
たりすることはできないなど、サーボモータの作動を制
御する上での自由度が低（、必ずしもユーザーのニーズ
に充分に応えているとは言い難かった。

問題点を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、サーボモータの加速度や出力
トルクを自由に制御し得るようにすることにある。

そして、かかる目的を達成するため、本発明は、サーボ
モータの作動をフィードバック制御する装置であって、
（ａ）前記サーボモータの目標加速度ま゛たは目標出力
トルクを無段階で設定する設定手段と、伽）前記サーボ
モータの実際の加速度または出力トルクを検出する検出
手段と、（Ｃ１その検出手段によって検出された前記実
際の加速度または出力トルクが前記設定された目標加速
度または目標出力トルクと一致するように前記サーボモ
ータをフィードバック制御する制御手段とを有すること
を特徴とする。

作用および発明の効果 このようなサーボモータ制御装置においては、検出手段
によって検出されたサーボモータの実際の加速度または
出力トルクが、設定手段によって無段階で設定された目
標加速度または目標出力トルクと一致するようにサーボ
モータはフィードバック制御され、その目標加速度また
は目標出力トルク通りに作動させられる。

したがって、かかるサーボモータ制御装置によれば、設
定手段に目標加速度または目標出力トルクを設定するこ
とにより、従来は自由に制御することのできなかったサ
ーボモータの加速度或いは出力トルクを自由に制御する
ことが可能となり、サーボモータによる作業内容に応じ
てサーボモータを最適条件で作動させることができるよ
うになるのである。また、サーボモータの実際の加速度
または出力トルクを検出してフィードバック制御するよ
うになっているため、上記目標加速度または目標出力ト
ルクを実現するために位置制御や速度制御によって間接
的にサーボモータの加速度や出力トルクを制御する場合
に比較して、その目標加速度または目標出力トルクに従
ってサーボモータを高い精度で作動させることができる
。

ここで、上記サーボモータの加速度および出力トルクは
共にサーボモータを回転させる力で、負荷トルクが同じ
場合には同一視することができるため、加速度と出力ト
ルクとの何れを制御し得るようにしても差支えない。し
かし、負荷トルクが変動する場合には、サーボモータの
使用分野、使用目的等に応じて加速度制御を行うか出力
トルク制御を行うかが選択される。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

先ず、第１図は本実施例のサーボモータ制御装置のハー
ドウェア構成を示すブロック線図であり、設定入力器１
０．ＣＰＵ１２．ＲＯＭ１４およびＲＡＭ１６を備えて
いる。設定入力器ｌＯは、ＡＣサーボモータ１８の制御
データを設定入力するためのもので、キー人力、祇テー
プ、磁気テープ等によって制御データを一工程毎にＣＰ
ＵＩ　２に入力する。制御データには、ＡＣサーボモー
タ１８の目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆ、目標加速度
に、および目標回転位置Ｘに到達するまでの目標所要時
間Ｅの４つの設定要素が含まれており、これ等は予め制
御装置に設定されている基本制御パターンに基づいて所
望する値に設定される。

上記基本制御パターンは、ＡＣサーボモータ１８の回転
速度が０の状態から所定の加速度で増速する増速段階、
その増速段階に続いて所定の回転速度で回転する定速段
階、およびその定速段階に続いて回転速度が０となるま
で増速段階における加速度と絶対値が等しい負の加速度
で減速する減速段階によって一工程を終了するように予
め定められている。第２図は、かかる基本制御パターン
を回転速度と時間とのグラフで示したもので、時間０　
”　ｔ　ｌが増速段階Ｉ２時間ｔ、〜ｔ２が定速段階■
１時間ｔ２〜ｔ、が減速段階■であり、増速段階Ｉと減
速段階■の時間は互いに等しい。そして、前記目標回転
位置Ｘは回転速度と時間との積である面積Ｓを定めるも
のであり、目標回転速度Ｆは定速段階■における回転速
度Ｖを定めるものであり、目標加速度には増速段階■お
よび減速段階■における加速度を定めるものであり、目
標所要時間Ｅは時間ｔ、を定めるものであるが、それ等
４つの設定要素の中の任意の３つが設定されれば残りの
１つは一義的に定まるため、４つの設定要素の中の３つ
を任意に選択して設定すればよい。

なお、上記目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標
加速度には、ＡＣサーボモータ１８により送りねじ２０
を介して駆動されるＮＣテーブル２２の位置、移動速度
および加速度で設定することもできる。これは、ＮＣテ
ーブル２２の位置。

移動速度および加速度はＡＣサーボモータ１８の回転位
置１回転速度および加速度と１対１で対応するもので、
実質的に目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標加
速度Ｋを設定することと向じだからである。本発明は、
このような目標加速度の設定の仕方をも含むものである
。

また、前記ＲＯＭ１４は、前記制御データに基づいて制
御パターンを作成するとともに、ＡＣサーボモータ１８
がその制御パターンに従って作動するように、回転位置
１回転速度および加速度を制御要素としてフィードバッ
ク制御するための一連の処理ｉシックが記憶されている
プログラムメモリ２４を備えており、ＲＡＭ１６は、前
記制御データおよび制御パターンが記憶される制御デー
タメモリ２６および制御パターンメモリ２８を備えてい
る。そして、ＣＰＵ１２は、上記ＲＯＭＩ４のプログラ
ムメモリ２４に記憶された処理ロジックに従って信号処
理を行い、ＡＣサーボモータ１８を駆動するための駆動
信号ＳＳをモータ駆動装置３０に出力する。このＣＰＵ
１２には、上記制御データの他にモータ電流検出器３２
からＡ／Ｄコンバータ３４を経てＡＣサーボモータ１８
の実際のモータ電流を表す電流信号ＳＡが供給されると
ともに、エンコーダ３６からＡＣサーボモータ１８の実
際の回転位置を表すパルス信号としての位置信号ＳＸが
供給されるようになっている。

このように構成されたサーボモータ制御装置は、第３図
のブロック線図に示されている機能を備えている。この
機能は前記プログラムメモリ２４に記憶されている処理
ロジックが実行されることによって発揮されるもので、
前記設定入力器ｌＯから目標回転位置Ｘ、目標回転速度
Ｆ、目標加速度におよび目標所要時間Ｅに関する制御デ
ータが入力されると、その制御データは先ず制御データ
メモリ２６に記憶される。

制御データメモリ２６に記憶された制御データは、その
後一工程毎に読み出されて制御パターン作成ブロック３
８に供給される。制御パターン作成ブロック３８は、読
み出された制御データと前記基本制御パターンとに基づ
いて、その制御データ通りにＡＣサーボモータ１８を作
動させるための制御パターンを作成する。この制御パタ
ーンは、第４図に示されているように、ＡＣサーボモー
タ１８が位置すべき理論上の回転位置を予め定められた
所定の時間間隔、例えば１ｍ秒毎に求めたものであるが
、増速段階Ｉにおける二回微分の値すなわち加速度は前
記目標加速度にと一致し、定速段階■における一回微分
の値すなわち回転速度は前記目標回転速度Ｆと一致し、
減速段階■における二回微分の値すなわち加速度の絶対
値は前記目標加速度にと一致し、最終の理論回転位置は
前記目標回転位置Ｘと一致し、その最終の理論回転位置
に到達する時間は前記目標所要時間Ｅと一致する。

ここで、上記制御データには、通常は４つの設定要素の
中の任意の３つの値が含まれていて、その３つの値を満
足するように制御パターンは作成される。したがって、
前記設定入力器１０により入力された制御データの中に
目標加速度Ｋが含まれていない場合でも、残りの３つの
設定要素の値によって制御パターンは作成され、その制
御パターンが作成されることにより増速段階Ｉおよび減
速段階■の加速度は一義的に定められる。すなわち、前
記目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標所要時間
Ｅが設定入力されれば、この制御パターン作成ブロック
３８において目標加速度にも実質的に設定されるのであ
り、本実施例ではこの制御パターン作成ブロック３８と
前記設定入力器ｌＯおよび制御データメモリ２６によっ
て設定手段が構成されている。

一方、目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆ、目標加速度に
および目標所要時間Ｅの中の２つしか設定されていない
場合には、予め定められた基準回転速度、基準加速度を
目標回転速度Ｆ、目標加速度にとして制御パターンを作
成するようになっている。すなわち、例えば目標回転位
置Ｘおよび目標加速度にのみが設定されている場合、或
いは目標回転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみが設定さ
れている場合には、それぞれ基準回転速度を目標回転速
度Ｆとして制御パターンを作成し、目標回転位置Ｘおよ
び目標回転速度Ｆのみが設定されている場合には基準加
速度を目標加速度にとして制御パターンを作成するので
ある。なお、目標回転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみ
が設定されている場合には、基準加速度を目標加速度に
として制御パターンを作成させるようにすることもでき
る。

また、目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標加速
度ＫがＮＣテーブル２２の位置、移動速度および加速度
で入力される場合には、この制御パターンを作成するに
先立って送りねじ２０のピッチに基づいてＡＣサーボモ
ータ１Ｂの目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標
加速度Ｋに変換するか、ＮＣテーブル２２が位置すべき
理論位置を算出してそれをＡＣサーボモータ１，８の理
論回転位置に変換するようにすればよい。

このようにして制御パターン作成ブロック３８において
一工程毎に作成された制御パターンは、その後制御パタ
ーンメモリ２８に記憶される。そして、その制御パター
ンの理論回転位置は前記所定の時間間隔で逐次読み出さ
れ、位置偏差算出ブロック４０に供給される０位置偏差
算出ブロック４０には、前記エンコーダ３６からＡＣサ
ーボモータ１８の実際の回転位置を表す位置信号ＳＸが
供給されるようになっており、位置偏差算出ブロック４
０はその実際の回転位置と理論回転位置との位置偏差を
算出してその結果を第１演算ブロツク４２へ出力する。

第１演算ブロツク４２は、予め定められた演算式に従っ
て位置偏差を演算処理することにより、その時のＡＣサ
ーボモータ１８の理論上の回転速度、すなわち前記制御
パターンの一回微分に相当する値を求め、それを速度偏
差算出ブロック４４へ出力する。速度偏差算出ブロック
４４には、前記位置信号Ｓｘに基づいてＡＣサーボモー
タ１８の実際の回転速度を算出する回転速度算出ブロッ
ク４６からその実際の回転速度を表す信号が供給される
ようになっており、速度偏差算出ブロック４４はその実
際の回転速度と理論回転速度との速度偏差を算出してそ
の結果を第２演算ブロツク４８へ出力する。

第２演算ブロツク４８は、予め定められた演算式に従っ
て速度偏差を演算処理することにより、その時のＡＣサ
ーボモータ１８の理論上の加速度、すなわち前記制御パ
ターンの二回微分に相当する値を求め、それを加速度偏
差算出ブロック５０へ出力する。加速度偏差算出ブロッ
ク５０には、前記位置信号ＳＸに基づいてＡＣサーボモ
ータ１８の実際の加速度を算出する加速度算出ブロック
５２からその実際の加速度を表す信号が供給されるよう
になっており、加速度偏差算出ブロック５０はその実際
の加速度と理論加速度との加速度偏差を算出してその結
果を第３演算ブロツク５４へ出力する。本実施例では、
上記位置信号ＳＸを出力するエンコーダ３６およびその
位置信号ＳＸからＡＣサーボモータ１８の実際の加速度
を算出する加速度算出ブロック５２によって検出手段が
構成されており、加速度算出ブロック５２は演算器に相
当する。

第３演算ブロツク５４は、上記加速度偏差算出ブロック
５０によって算出された加速度偏差に基づいて、その加
速度偏差をなくすようにＡＣサーボモータ１８を作動さ
せるための最終的な目標電流を出力するもので、この目
標電流は前記位置偏差および速度偏差をもなくすように
決定されている。すなわち、前記第１演算ブロツク４２
および第２演算ブロツク４８は、この第３演算ブロツク
５４から出力される目標電流が位置偏差および速度偏差
をなくすものとなるようにそれぞれ演算処理するのであ
る。上記第３演算ブロツク５４は加速度偏差算出ブロッ
ク５０と共に制御手段を成しており、前記増速段階Ｉお
よび減速段階■においてはＡＣサーボモータ１８の実際
の加速度が目標加速度にと一敗するようにそのＡＣサー
ボモータ１８は制御されることとなる。

第３演算ブロツク５４から出力された目標電流は、位相
同期ブロック５６においてＡＣサーボモータ１８の実際
の回転位相と同期させられた後、電流偏差算出ブロック
５８において電流信号ＳＡが表すモータ電流との電流偏
差が算出される。そして、その電流偏差は第４演算プ、
ロック６０において電圧信号に変換され、パルス幅変調
ブロック６２においてパルス幅変調された後、駆動信号
ＳＳとしてモータ駆動装置３０に出力される。

これにより、ＡＣサーボモータ１８は、制御パターン作
成ブロック３８において作成された制御パターンに従っ
て、回転位置１回転速度および加速度を制御要素として
フィードバック制御され、設定入力器１０により設定さ
れた制御データ通りに作動させられるのである。

このように、本実施例のサーボモータ制御装置は、目標
加速度Ｋが直接または間接的に設定されることにより、
ＡＣサーボモータ１８はその目標加速度Ｋに従って増減
速させられるようになっているため、この加速度につい
て自由に制御し得なかった従来の制御装置に比較して、
例えば同じ目標回転速度Ｆでも目標回転位置Ｋに到達す
るまでの所要時間に応じて増減速時の加速度を自由に設
定できるなど、作業内容に応じてＡＣサーボモータ１８
を最適条件で作動させることができるようになるのであ
る。

また、ＡＣサーボモータ１８の実際の加速度を検出して
フィードバック制御するようになっているため、目標加
速度Ｋを実現するために位置制御や速度制御のみによっ
て間接的にＡＣサーボモータ１８の加速度を制御する場
合に比較して、その目標加速度Ｋに従ってＡＣサーボモ
ータ１８を高い精度で作動させることができる。特に、
本実施例では回転位置０回転速度および加速度の３つを
制御要素としてフィードバック制御するようになってい
るため、制御パターンに対するＡＣサーボモータ１８の
追従遅れが少なく、制御パターンに従ってより高い精度
でＡＣサーボモータ１Ｂを作動させることができる利点
がある。

また、本実施例では目標加速度Ｋを直接設定することも
、目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標所要時間
Ｅを設定することにより間接的に設定することもできる
ため、制御データを作成する際の作業が容易である。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例ではＡＣサーボモータ１８の加速度
を自由に制御し得る制御装置について説明したが、サー
ボモータをエンジンの替わりに使用してトランスミッシ
ョンの試験等を行う測定装置やねじ締め作業を行う工作
機械等においては、目標出力トルクを無段階で設定し得
るようにするとともにサーボモータの実際の出力トルク
を検出してフィードバック制御するようにすることもで
きる。その場合には、前記加速度算出ブロック５２にお
いて算出された加速度から出力トルクを求めることもで
きるが、負荷トルクが変動するときは前記モータ電流検
出器３２によって検出されたＡＣサーボモータ１８のモ
ータ電流等から直接的に出力トルクを算出することが望
ましい。

また、前記実施例では目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆ
、目標加速度におよび目標所要時間Ｅをそれぞれ所望の
値に設定し得るようになっているが、少なくとも目標加
速度Ｋについて無段階で設定し得るようになっておれば
よい。

また、前記実施例では理論回転位置を指令する制御パタ
ーンを作成し、位置偏差を求めてから速度偏差、加速度
偏差を順次算出してフィードバンク制御するようになっ
ているが、理論回転速度または理論加速度を指令する制
御パターンを作成して回転位置１回転速度および加速度
を制御要素としてフィードバック制御するようにしたり
、或いは理論回転位置、理論回転速度および理論加速度
を指令する制御パターンをそれぞれ作成してフィードバ
ック制御するようにしたりすることも可能である。なお
、必ずしも回転位置１回転速度および加速度の全てにつ
いてフィードバック制御する必要はなく、少なくとも加
速度についてフィードバック制御し得るようになってお
ればよい。

また、前記実施例ではエンコーダ３６から構成される装
置信号ＳＸからＡＣサーボモータ１８の実際の加速度を
算出するようになっているが、負荷トルクが変動しない
場合にはＡＣサーボモータ１８の加速度と出力トルクと
の間には一定の関係が存在するため、モータ電流を表す
電流信号ＳＡからＡＣサーボモータ１８の実際の出力ト
ルクを算出してフィードバック制御するようにしても差
支えない。

また、前記実施例の基本制御パターンは増速段階Ｉ、定
速段階■および減速段階■から成るもので、増速段階Ｉ
と減速段階■の加速度の絶対値は互いに等しいが、増減
速時の加速度をそれぞれ所望する値に設定し得るように
したり、最終の回転速度を次の工程の目標回転速度と一
致させるようにしたりするなど、基本制御パターンの内
容は適宜変更され得るものである。

また、出力トルクを一要素とする基本制御パターンを含
む複数種類の基本制御パターイを予め設定しておく一方
、制御データの設定要素として前記目標回転位置Ｘ、目
標回転速度Ｆ、目標加速度におよび目標所要時間Ｅに目
標出力トルクを加え、サーボモータの使用分野や使用目
的等に応じてそれ等の基本制御パターンや設定要素をユ
ーザーが任意に選択して設定し得るようにすることもで
きる。その場合に、選択された基本制御パターンに応じ
てサーボモータをフィードバック制御する処理ロジック
を変更する必要があれば、基本制御パターンに応じて複
数種類の処理ロジックを予め設定しておくこととなる。

その他−々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱す
ることなく当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を
加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるサーボモータ制御装置
の構成を説明するブロック線図である。 第２図は第１図の装置に予め設定されている基本制御パ
ターンの概念図である。第３図は第１図の装置の機能を
説明するブロック線図である。第４図は第３図の制御パ
ターン作成ブロックにおいて作成される制御パターンの
概念図である。 １０：設定人力器 １８：ＡＣサーボモータ（サーボモータ）２６：制御デ
ータメモリ　３６：エンコーダ３８二制御パターン作成
ブロック ５０：加速度偏差算出ブロック ５２：加速度算出ブロック（演算器） ５４：第３演算ブロツク 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第２図 第４図 ｅ４　　間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータの作動をフィードバック制御する装
   置であって、 前記サーボモータの目標加速度または目標出力トルクを
   無段階で設定する設定手段と、 前記サーボモータの実際の加速度または出力トルクを検
   出する検出手段と、 該検出手段によって検出された前記実際の加速度または
   出力トルクが前記設定された目標加速度または目標出力
   トルクと一致するように前記サーボモータをフィードバ
   ック制御する制御手段と を有することを特徴とするサーボモータ制御装置。
2. （２）前記検出手段は、前記サーボモータの実際の回転
   位置を検出するエンコーダと、該エンコーダによって検
   出された実際の回転位置を表すパルス信号に基づいて前
   記加速度または出力トルクを算出する演算器とを有する
   ものである特許請求の範囲第１項に記載のサーボモータ
   制御装置。
3. （３）前記検出手段は、前記サーボモータを駆動する実
   際の電流値を検出するモータ電流検出器と、該モータ電
   流検出器によって検出された実際の電流値に基づいて前
   記出力トルクを算出する演算器とを有するものである特
   許請求の範囲第１項に記載のサーボモータ制御装置。