KR20070096821A

KR20070096821A - 서보모터의 제어방법

Info

Publication number: KR20070096821A
Application number: KR1020070026112A
Authority: KR
Inventors: 이치로 마츠모토; 준 후지타; 미노루 하마무라
Original assignee: 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2007-10-02
Also published as: US20080012520A1; KR100914349B1; JP2007257515A; DE102007013952A1; US7659682B2

Abstract

서보모터의 제어방법은, 서보모터에 의해 원호보강 전송운동을 하는 이동체의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 검출하고, 상기 이동체의 위치를 위치지령에 추종시키는 피드백 제어를 실시하는 서보모터의 제어방법에 있어서, 상기 이동체의 운동방향이 완전히 교체되는 상한 전환시의 토크지령체에 대해서, 상기 운동방향이 완전히 교체된 위치로부터의 거리에 대응한 토크보정을 실시하는 것으로서, 상한돌기를 보정하면서, 볼 나사가 반전할 때의 자유지대에 의해 변화하는 마찰에 대해서도 토크변화가 추종하도록 적절한 보정을 실시하는 것이 가능하게 된다. 특히, 전환시에 정(靜)마찰 보정용의 제1의 토크보정치를 부여하고, 자유지대 경과후의 거리로부터 동(動)마찰 보정용의 제2의 토크보정치를 부여하는 것으로 적절한 토크보정이 가능하게 된다.

Description

서보모터의 제어방법{METHOD OF CONTROLLING A SERVO-MOTOR}

도 1은 본 발명에 따른 토크제어방법을 실현하는 토크보정 시스템을 도시하는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 토크제어방법을 도시하는 플로우차트이다.

도 3은 토크보정을 실시하지 않는 경우의 원호상한 전환부의 DBB 측정결과(원호반경방향의 위치오차)를 도시하는 그래프이다.

도 4는 이동방향 반전시의 보정 토크파형을 도시하는 도면이다.

도 5는 도 4에 있어서의 보정코트를 반영시킨 토크지령을 도시하는 파형도이다.

도 6은 도 3의 경우보다 돌기형상오차가 감소된 경우의 DBB 측정결과를 도시하는 그래프이다.

도 7은 도 6의 그래프가 얻어지는 경우에 있어서 토크지령을 도시하는 파형도이다.

도 8은 돌기형상 가공오차를 작게 하는 목적으로, 부여되는 토크를 크게 한 결과, 원호내부에의 침투가 발생했을 경우의 DBB측정을 실시한 결과를 도시한 그래프이다.

도 9는 도 8의 결과를 얻을 수 있던 경우에 대해서, 서보모터에 더해진 토크지령을 도시하는 파형도이다.

도 10은 도 6의 경우보다 한층 더 돌기형상오차가 감소된 경우의 DBB 측정결과를 도시하는 그래프이다.

도 11은 도 10이 얻어지는 경우에 있어서 보정토크파형을 도시하는 파형도이다.

도 12는 도 11의 보정토크파형을 반영시킨, 토크지령을 도시하는 파형도이다.

도 13은 쇼크를 감소시키기 위해서, 동마찰에 대한 보정토크를 점감형으로 한 보정토크파형을 도시하는 파형도이다.

도 14는 자유지대가 존재하지 않는 경우의 보정토크를 도시하는 파형도이다.

도 15는 자유지대가 존재하는 않는 경우의 보정토크를 도시하는 파형도이며, 보정토크를 점감형한 경우의 보정토크파형을 도시한 파형도이다.

도 16은 동마찰에 대한 보정토크패턴의 올라가고, 내려가는 소정의 각도를 가지도록 설정한 예를 도시한 파형도이다.

본 발명은 서보모터의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작기계 의 전송축이나 산업 로봇의 암(arm)을 구동하는 서보모터(servo-motor)의 제어방법에 관한 것이다.

NC 공작기계나 산업 로봇의 운동 정밀도를 향상시키기 위해서는, 각 요소의 형상 정밀도를 상승시키는 것과 동시에, 기구부의 조립과 제어계의 조정을 정확하게 실시해서 동작을 최적으로 제어하는 것이 불가피하다.

예를 들어, 공작기에 있어서 2축 원호 보간 전송운동을 실시하게 하는 서보모터의 제어에서는, NC 위치지령과 서보모터 또는 상기 서보모터에 의해 구동되는 테이블 새들 등의 이동체에 설치된 위치 검출기로부터의 피드백 신호와의 편차가 영(0)이 되는 위치 루프를 형성하고 있어, 위치 피드백 신호를 미분한 속도 피드백 신호로부터 속도 루프를 형성해서, 속도 루프 게인의 출력을 토크 지령치로 하는 방식이 일반적이다.

그렇지만, 이러한 형식의 서보모터 제어에서는, 모터의 회전방향을 반전시킬 때 통상적으로 기계는 즉석에서 반전할 수 없다. 이것은 전송 구동 기구의 로스트 모션이나 마찰의 영향이기 때문에, 원호 절삭 등을 행하고 있을 때 원호의 상한이 변하면, 실제 운동의 궤적이 지령궤적보다 외측으로 나타나버려, 궤적에 부풀어 오르는 것이 발생된다. 이러한 현상은 스틱모션 또는 상한돌기로 불리고 있어, 공작기계에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나인 윤곽 가공 정밀도 저하의 일 요인이 된다.

이러한 현상은, 운동방향이 반전할 경우에는 마찰 토크의 부분만큼 토크 지령을 반전시킬 필요가 있는 것에 대해서, 가이드, 볼 베어링, 볼나사 등에 있어서의 통상의 3점접촉이, 서보모터의 반전시에는 2점접촉이 되어 버리는 것으로부터, 속도루프에 응답지연이 생기고 전송축이 일시적으로 정지하는 것이 원인이 되는 것으로 고려되어진다.

이러한 오차를 보정하는 방법의 하나로서, 반전시에 토크를 보정하는 것이 제안되어지며, 특히 이동방향 반전시에게만 토크를 어시시트 하는 것은, 예를 들어 본원 출원인에 의한 특허문헌 1에서 개시되어진다.

또한, 상술한 현상에 더해서, 최근의 연구에서는 볼 나사의 저마찰영역(볼 접촉점 개수 변화영역이라고도 한다)인 자유지대의 영향에 의해 반전후의 마찰이 변하는 것을 알 수 있다. 그리고, 이러한 변화하는 마찰에 대해서도 적절한 보정을 실시하지 않으면, 돌기형상오차가 남거나 반대로 침투가 발생한다고 하는 문제점이 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 상술한 자유지대에 대한 마찰의 변화에 대응할 수 없기 때문에, 돌기형상오차를 영(0)으로 할 수 없었다.

따라서, 다른 선행기술로서는 자유지대에 의한 마찰의 변화에 대응하는 방법에 있어서, 보정의 개시, 종료위치를 서보모터의 반전으로부터 이동량에 의해 판단, 속도지령을 하는 것으로 제어하는 것이 제안되어진다(특허문헌 2 참조).

그러나, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 보정하는 대상이 속도지령이기 위해서, 동일한 기계라도 통과속도에 의해 보정량이 변화해 버려, 여러 가지 통과속도에 대응하는 보정량을 측정, 준비해둘 필요가 있어서, 제어의 번잡화를 초래하고 있다.

[특허문헌 1] 특개평 10-63325호 공보

[특허문헌 2] 특개평 7-13631호 공보

따라서 본 발명은 상한돌기를 보정하면서 볼 나사가 반전할 때 자유지대에 의해 변화하는 마찰에 대해서도 토크변화가 추종하도록 적절한 보정을 실시하는 것이 가능한 서보모터(servo-motor)의 제어방법 및 서보모터의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 서보모터의 제어방법에 의하면, 서보모터에 의해 원호보간 전송운동을 하는 이동체의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 검출해서, 상기 이동체의 위치를 위치지령에 추종되는 피드백 제어를 실시하는 서보모터의 제어방법에 있어서, 상기 이동체의 운동방향이 완전히 교체되는 상한 전환시의 토크 지령치에 대해서, 상기 운동방향이 완전히 교체된 위치로부터의 거리에 대응하는 토크보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 서보모터의 제어방법에 의하면, 보정의 개시, 종료위치를 서보모터의 반전으로부터의 거리에 따라 판단해서, 속도지령은 아니고 토크지령을 대상으로 해서 보정하는 것으로 제어하기 위해, 동일한 기계이면 1회의 측정으로 필요한 보정량을 산출하는 것이 가능해서, 상한통과 속도가 변화되어도 보정량이 변화하지 않고 안정되게 보정이 수행될 수 있다. 또한, 자유지대의 길이는 볼 나사마다 고유해서, 이동속도 등으로 변화하지 않기 때문에, 이러한 거리에 대응해서 토크보정을 실시하지 않는 것으로, 속도에 의지하지 않고 적절한 보정을 실시하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명에 의한 서보모터의 제어방법의 일 실시형태에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 토크제어방법에 대해서는 도 2에서, 이것을 실현하는 서보 시스템 전체의 구성은 도 1에서 도시되고 있지만, 이것을 설명하기 이전에, 먼저 본 발명에 의한 서보모터에 대한 토크보정의 개요에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서는, 예를 들어 자유지대가 0.02 mm 존재하는 볼 나사에 있어서 반전시의 돌기오차보정을 예를 들어 설명한다.

도 3은 특별한 토크보정을 실시하지 않는 상태에서의 원호반경방향의 위치오차를 도시하고 있다.

여기에서 파선은 본래의 원호형상을, 실선은 가공오차형상을 도시하고 있다. 다만, 상기 도 3에 있어서, 오차형상을 알기 쉽게하기 위해서 과장해서 묘사된다. 중앙의 수직선은 예를 들어 이동방향의 반전 등의 상한 전환위치를 도시하고 있고, 이러한 상한 전환시부터 실제의 운동의 궤적이 지령궤적보다는 외측으로 나타나서 궤적에는 부풀어 오른 것을 가지는 돌기형상 가공오차(상한돌기)가 생기는 것을 알 수 있다. 이러한 돌기형상의 형상오차는, 전술한 바와 같이, 상한 전환시에 속도루프에 응답 지연이 생겨, 전송축이 일시적으로 정지하는 것에 기인하고 있다고 생각된다. 이러한 돌기형상 가공오차는, 제품의 가공형상 품질을 현저하게 저해하기 때문에, 적절한 보정이 필요하다.

또한, 도 3에 있어서의 측정은, DBB(Double Ball Bar Measurement)측정이라고 불리는 정밀형상 측정방법에 의해서 얻어지는 것이다. 이것은, 교토대학 공학 부, 원야오키교수에 의해서 개발되어진 것으로서, 그 원리는 무아레 스케일을 내장한 신축식 측정기 본체의 파의 양단에 고정밀도 구를 부착한 장치를 NC 공작기계의 주축과 테이블의 사이에 자기(磁氣)자리를 개입시킨 세트로 해서, 어느 쪽이던지 일방의 구의 중심을 중심으로 해서 XY, YZ, ZX 평면상에 원호보간 운동을 시키고, 지령치와 기계의 실제의 움직임과의 오차에 의해서 생기는 파의 신축량을 취해서 개인용 컴퓨터에 의해 작화처리 하여, 얻을 수 있던 궤적을 기본으로 해서 운동오차의 원인을 진단하는 것이 가능하게 된다.

따라서, 상기 DBB 측정 시스템을 사용하는 것으로 NC 공작기계의 원호보간운동시의 오차를 측정하고, 운동정밀도를 평가해서 얻은 운동오차궤적으로부터 운동오차의 원인을 진단하는 것이 가능하여, NC공작기계의 정밀도가 향상되며, 가공품의 품질 안정화 등에 기여할 수 있다.

도 3에 도시된 돌기형상 가공오차를 감소시키기 위해서, 본 발명에 의해서 이동방향의 반전시에 서보 앰프에 부여되는 보정토크파형은 예를 들어 도 4에 도시된 것과 같은 것이 된다.

즉, 도 4에 있어서, 반전개시시의 부하인 정(靜)마찰력에 대한 제1의 보정 토크

에 계속되어, 저마찰영역인 자유지대에 대응하는 보정토크가 없는 부분, 반전 후에 움직이기 시작한 후의 부하인 동(動)마찰력에 대한 제2의 보정토크

는, 반전 즉 상한전환 후의 거리에 응답하여 발생한다. 정(靜)마찰력을 보정하는 제 1 보정토크지령

은 1회의 펄스상(원-샷, one-shot) 만의 지령이며, 동(動)마찰을 보정하는 토크지령

은 어느 정도의 거리에 걸쳐서 계속하는 토크 지령이 된다.

이러한 보정 토크를 가미시켜 최종적으로 서보모터에 부여되는 토크지령은 도 5에서 도시된 것과 같은 것이 된다. 즉, 이러한 실례에서는 제1의 보정토크

의 값에 따라서는, 보정 지령치는 상한반전시에 토크치는 부(負)측에 크게 언더슈트 하고 있어서, 그 이후의 자유지대에 있어서의 토크는 거의 영(0)이 되고, 제2의 보정토크

에 역방향의 토크는 서서히 강해지게 되고 있다.

이와 같이, 돌기형상오차를 감소시킬 수 있도록, 최적의 토크지령파형이 얻어질 수 있도록 보정토크파형을 결정한다. 이러한 보정에 대해서는, 반전시의 마찰에 대해서 토크를 어시스트(보정)하고, 그 보정량은 DBB 측정결과를 보면서 침투가 발생하지 않게 조정한다. 이러한 경우가 있는 양의 보정토크를 결정해서 DBB 측정을 실시한 결과를 도 6에서 도시한다. 이러한 파형은 도 3의 경우와 비교해서, 돌기형상 가공오차가 더욱 적게 되고 있지만, 아직 어느 정도 잔존하고 있다. 이러한 경우의 서보모터에 부여되는 토크파형의 측정결과는 도 7에서 도시되고 있고, 이러한 경우에는 도 5에서 볼 수 있는 것과 같은 큰 언더슈트가 없다.

이러한 돌기형상 가공오차를 작게 하는 목적으로, 부여되는 토크를 크게 해서 DBB 측정을 실시하는 결과를 도 8에서, 서보모터에 가해지는 토크지령을 도 9에서 도시하고 있다.

도 8에 도시되는 DBB 측정결과에 대해서는, 원호 내측으로의 침투가 발생하고 있어서, 단지 보정토크를 증가시킨 것만으로는 오히려 형상정밀도를 해치는 결과로 끝나는 것이 이해되어진다.

따라서, 상한전환시의 형상정밀도를 향상시키려면, 상한전환시의 정지 마찰에 대한 토크보정치 및 자유지대 후의 동 마찰에 대한 토크 보정치 및 그 계속구간의 최적의 편성을 얻고, 거기에 토크 어시스트를 실시하는 것이 중요하다고 생각된다.

거기서, 토크 보정치, 보정구간을 여러 가지로 바꾸어서 DBB 측정을 실시해서, 침투가 발생하지 않고, 한편 돌기형상오차가 최소가 되는 것과 같은 최적보정 토크량을 결정한다. 이때에 얻을 수 있던 DBB 측정결과를 도 10에, 보정토크파형을 도 11에, 그 보정토크파형을 적용시킨 결과의 토크지령파형의 측정결과를 도 12에 각각 도시한다. 도 10을 전체적으로 전혀 보정이 없는 도 5의 경우와 비교하면, 형상오차는 현저하게 개선이 이루어지는 것을 알 수 있다.

최적 보정토크량은 여러 가지의 운전조건에 대해서 요구해두어, 후술하는 보정량 산출부에 부속되는 파라미터 발생부에 파라미터로서 기억되어지는 등, 어떠한 수단으로도 기억해 두는 것이 선호된다.

또한 일정구간에 걸쳐서 기계의 마찰에 의한 지연을 해소하기 위한 토크 어시스트의 경우, 보정 토크를 하는 거리 이후에 갑자기 영(0)으로 되는 구형적인 토크 보정치를 부여하는 것에 의해 전송축의 움직임에 충격이 발생하는 일이 있다. 이러한 모습은 도 11과 도 12와의 관계로서 도시되어지고, 도 11에 있어서 동(動)마찰에 대한 보정 토크는 소정기간 연속된 후 급격하게 영(0)이 되지만, 이러한 시점에 대응하는 토크 파형은 도 12에 도시된 바와 같이 파형치에 불연속부가 생겨서, 토크치가 급격하게 변화해서 충격이 발생하는 것이 있다.

이러한 충격을 방지하기 위해서는 도 14에 도시된 바와 같이 동(動)마찰에 대하여 토크 보정치를, 도 11의 경우에 같은 구형 모양의 토크 보정이 아니고, 거리에 대해서 보정 토크치가 점차 감소하는 점감형의 토크 보정을 실시하면 좋다.

이상의 실례에 있어서, 볼 나사를 포함해 자유지대가 존재하는 전제로 설명하고 있지만, 볼 나사 대신에 리니어 모터를 사용하는 경우와 같이 자유지대가 없는 경우도 있을 수 있다. 이것은, 리니어 모터의 경우에는, 구동원과 구동축이 직접 연결되고 있어, 볼 나사에 있어서의 강철 볼이 존재하지 않기 때문이다. 자유지 대가 존재하지 않는다고 하는 것은, 도 11이나 도 13에 대해서

과

의 부분이 연속해서 토크 보정을 실시하게 되기 때문에, 원샷(one-shot)의

의 토크보정을 생략할 수 있게 된다.

이와 같이 해서 얻을 수 있었던, 자유지대가 존재하지 않는 경우의 통상의 보정 토크파형의 일례를 도 14에서 도시한다. 이러한 파형은 도 11에 대응하는 것이다. 동일하게, 도 15는 자유지대가 존재하지 않는 경우의 절감형 보정토크 파형을 도시하는 것으로, 도 13에 대응되는 것이다. 어느 경우에서도 상한 반전시부터 거리에 대응해서 동 마찰에 대응하는 토크 보정이 실시된다.

도 1은 상기에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 서보모터의 제어방법을 실현하기 위하여, 예를 들어 공작기계의 서보 제어계의 블록도이다. 이러한 실시태양에서는, 예를 들어 NC공작기계의 테이블에 소정의 하중을 탑재하고, 상기 테이블에 소정의 원호반경, 전송속도로 원호보간 전송 운동을 시키는 것이 된다.

도 1에 있어서, 서보모터(13)는 전송축의 전송나사를 회전구동하는 서보모터이며, 테이블과 새들(saddle)의 직교하는 각 전송축에 대해서, 동시에 2축 제어를 수행하고, 테이블에 원호보간 전송운동을 부여하게 되어 있다.

이러한 서보계의 구성과 동작을 순차적으로 설명한다.

NC 지령 프로그램(1)은 제어장치 내의 ROM(도시되지 않음)으로부터 읽어 내어지거나 또는 외부로부터 공급되어지면, 먼저 해석부(2)로 해석되어되어 NC의 실행 데이터에 변환되어진다. 이러한 실행 데이터의 내용인, 원호반경, 전송속도에 응한 위치지령 등은, 분기부(3)에 의해 속도지령부(VCMD)로서 꺼내지는 것과 동시에, 적산부(4)에 보내진다. 적산부(4)에는 속도치가 전분되어 위치 지령치(PCMD)로서 취해진다.

적산부(4)의 출력은 감산회로(5)를 거쳐 위치루프 게인부(6)에 의해 위치루프 게인이 요구되어, 한층 더 감산회로(7)를 거쳐서, 적분기(8) 및 가산회로(9)의 1 입력에 부여되어질 수 있다. 적분기(8)의 출력은 가산회로(9)의 다른 입력에 더해진다. 가산회로(9)의 출력은, 속도루프 게인부를 지나서 속도루프 게인이 요구되어, 가산회로(11)를 개입시켜 서보앰프(12)에 입력되어진다. 서보앰프(12)에서의 증폭된 출력이 모터(13)에 공급되어져서, 모터(13)가 구동되어진다. 또한, 이러한 모터(13)에는 로터리 엔코더와 같은 회전위치 검출기(14)가 설치되고 있어, 모터의 회전이 검출되어진다.

이러한 회전위치 검출기의 출력(14)은 감산회로(5)의 타방측 입력에 부여되어질 수 있는 것과 동시에, 미분 처리부(15)에 의해 미분된 것이 감산회로(7)의 타방측 입력에 부여되어질 수 있는 것과 동시에, 속도 피드백(VFBK)으로서 보정량 산 출부(16)에 부여되어질 수 있다. 이러한 보정량 산출부(16)에는, 전술한 속도 지령치(VCMD) 및 위치 지령치(PCMD)를 입력시켜, 한층 더 미리 요구된 최적 토크 보정치에 관련하는 파라미터를 기억하고 있는 파라미터 공급부(17)로부터 공급된 파라미터에 근거해 토크 보정치(

)의 연산이 수행되어, 얻을 수 있는 토크 보정치는 가산기(11)의 타방측에 더해진다. 따라서, 이러한 제어계는 위치 피드백 루프와 속도 피드백 루프의 2개의 피드백 루프를 가지는 서보계가 되고 있다.

이것에 의해, 토크보정이 부가된 토크 지령치에 의해서, 서보모터(13)는 그 위치 및 속도가 각각 지령치와의 편차가 영(0)이 되도록, 서보제어 되어진다.

도 1에 있어서의 처리 블록 가운데, 적어도 분배부(3), 적산부(4), 위치루프 게인부(6), 적분기(8), 미분 처리부(15), 보정량 산출부(16)는 샘플링 주기를 기본으로 해서 이것을 점차적으로 배수로 한 일정시간을 주기로서, 그 주기마다 처리가 수행되어진다.

또한, 전송축의 위치검출에 대해서는 상술한 실시예와 같은 로터리 엔코더 이외에 여러 가지 직접적 또는 간접적인 위치검출수단, 예를 들어 레이저 측장기, 피에조식 변위형 등을 이용해서 검지하는 것이 가능하다.

도 1의 구성에 있어서 특징적인 것은, 분배부(3)의 출력인 속도 지령치(V- CMD), 속도지령 적산부 출력인 위치지령치(P-CMD), 및 위치검출기(14)로부터의 위치 피드백치를 분배처리부(15)에서 분배처리시킨 출력인 속도 피드백(V-FBK)의 각각을 보정량 산출부(6)에 입력해서, 보정량 산출부(16)로부터 서보 앰프(12)에의 토크지령치에 대한 토크 보정치(

)를 얻고 있는 점이다. 더욱 상세하게는, 전술한 바와 같이 토크 보정치는, 이동지령방향의 반전시에 정(靜)마찰에 대응하는 제1의 토크 보정치와, 거기에 연속하는 동(動)마찰에 대응하는 제 2 토크 보정치라든지 된다.

도 2는 서보 앰프에의 토크지령에 더해지는 토크 보정치를 출력하고, 보정량 산출부(16)에서의 처리를 도시하는 플로우차트이다. 또한, 여기에서는 전송축 1축으로 붙은 제어를 예시하고 있지만, 다른 축에 붙어도 같은 제어가 가능하게 된다.

처리 개시후, 이동지령 방향이 반전했는지 어떠했는지가 판정되어지고(스텝 ST1), 반전하고 있지 않는 경우에는 즉시 종료한다. 한편, 반전하고 있는 경우에는 위치 검출부(14)로부터 얻어지는 속도가 영(0) 또는 반전했는지 어떠했는지가 판정되어지며(스텝 ST2), 이러한 조건에 해당되지 않는 경우에는 즉시 종료된다. 또한, 이러한 위치 검출부(14)로부터 얻어지는 속도가 반전했는지 아닌지는 미분처리부(15)로부터 출력되는 속도 피드백 신호의 부호가 반전되었는지 아닌지로 판정할 수 있다.

스텝 ST2에 있어서, 속도가 영(0) 또는 반전했다는 조건이 만족되는 경우에는 이동지령방향이 반전되고, 속도는 영(0) 또는 반전한 후의 최초의 처리인지 아닌지가 판정되어진다(스텝 ST3).

스텝 ST3의 조건에 해당하는 경우는, 최초의 경로(처리)에 있어서 정(靜)마찰력을 보정하는 1회(원샷, one-shot)만의 제1의 토크 보정치

를 준비한다(스텝 ST4). 이러한 보정량은 전술한 바와 같이, 미리 시행 또는 시뮬레이션에 의해 돌기형상 가공오차가 가능한 적고, 한편 원호 내측에의 침투가 발생하지 않는 범위로서 정해져서, 제어장치 내의 메모리(도시되지 않음)에 기억되고 있는 것을 이용한다.

스텝 ST3에 있어서 최초의 처리가 아닐 때에는, 반전위치로부터의 거리가 자유지대 범위를 넘고 있는지 아닌지를 위치지령치(P-CMD)와 위치 피드백값으로부터 판정하고(스텝 ST5), 자유지대 범위 내에 있으면 동(動)마찰력의 보정을 실시하지 않기 위해서 종료된다. 반전위치로부터의 거리가 자유지대 범위 내를 넘고 있어, 토크보정 범위 내인지 아닌지를 동일한 위치지정치(P-CMD)와 위치 피드백값으로부터 조사하고(스텝 ST6), 보정범위를 넘고 있으면 종료하지만, 보정범위 내에 있을 때에는 동(動)마찰에 대한 제2의 토크보정치

를 준비한다(스텝 ST7). 또한, 상기 제2의 토크보정치

의 종료시점도 검출된 위치에 근거해서 지령되 어진다.

스텝 ST4로 얻을 수 있는 제1의 토크 보정치

및 스텝 ST7로 얻을 수 있는 제2의 토크 보정치

는 도 1의 보정량 산출부(16)로부터 최종적으로 서보앰프(12)로의 토크지령에 더해지고(스텝 ST8), 모터(13)에 토크지령이 부여되어 이에 근거한 구동이 이루어진다.

또한, 도 14 및 도 15에서 설명하고 있는 바와 같은, 자유지대가 존재하지 않는 경우에 둘 수 있는 보정량 산출부(16)의 처리에 있어서, 도 2의 플로우차트의 스텝 ST5 및 ST6이 생략되어, 동(動)거동에 대한 제2의 토크 보정치

를 토크 보정치

로서 이용한다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서 토크 보정치(

)를 준비하는 조건은, 정(靜)마찰력을 보정하는 토크지령에 대해서는 이동지령방향이 반전해서, 위치검출기로부터 얻어지는 속도가 영(0) 또는 반전된 후의 처리가 되는 때가 되며, 동(動)마찰에 대한 보정토크 지령은 위치검출기로부터 얻어지는 속도가 영(0) 또는 반전된 후의 처리가 어느 곳에도 없는 때에 있어서, 반전위치로부터의 거리가 자유지대 범위를 넘고, 또한 반전위치로부터의 거리가 토크보정 범위에 있는 때이다.

따라서, 서보모터에 의해 원호보간 전송운동을 하는 이동체의 운동방향이 완전히 교체되는 상한 전환시의 토크 지령을 검출해서, 당해 토크지령치에 대해서 볼나사가 고유하는 자유지대를 가미시킨 범위에서, 마찰 토크모델에 따라서 마찰토크를 지우는 방향으로 토크보정이 수행된다.

본 발명에 있어서 서보모터의 제어방법에 의하면, 보정의 개시, 종료위치를 서보모터의 반전으로부터의 거리에 의해 판단해서, 속도지령은 아니고 토크지령을 대상으로 해서 보정하는 것으로 제어하고 있기 때문에, 동일한 기계이면 1회의 측정으로 필요한 보정량을 산출하는 것이 가능하며, 상한통과속도가 바뀌어도 보정량이 변화하지 않고, 안정되게 보정을 수행하는 것이 가능하다. 또한, 자유지대의 길이는 볼 나사마다 고유해서, 이동속도 등으로 변화하지 않기 때문에, 상기 거리에 대응해서 토크보정을 실시하는 것으로서, 속도에 의지하지 않고 적절한 보정을 실시하는 것이 가능하게 된다.

상술한 설명 중에서는, 동(動)마찰에 대한 각 보정 토크파형 패턴은 그 개시시 또는 종료시에 거의 수직으로 세워지거나 또는 내려지는 것이 되고 있지만, 실제예에서는 도 16에 도시된 바와 같이, 소정의 경사를 가지고 증가, 감소하는 것과 같은 패턴도 되고 있는 것이 많다.

즉, 간략화를 위해서 자유지대 종료시를 기준점으로 하는 경우, 상기 기준점 으로부터 거리 a까지는

, 거리 a로부터 b까지는

, 거리 b로부터 c까지는

와 같은 경사를 가지는 사다리꼴 형상의 보정토크 파형으로 할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 특히 하강의 경사를 완만하게 설정하면, 전술한 바와 같은 보정을 보다 완만하게 실시할 수 있어서, 서보모터에 부여되는 토크지령에 있어서도 충격을 부르는 급격한 변화를 피할 수 있다.

상기에서 설명한 실시예는 한정적인 것은 아니며, 상한전환시의 토크지령에 대해서, 상한전환시로부터의 거리에 대응해 토크보정을 실시하는 것이라면, 제어 대칭축이나 제어기계의 종류를 불문하고 적용하는 것이 가능하다.

Claims

서보모터에 의해 원호보간 전송운동을 하는 이동체의 위치를 직접적으로 또는 간접적으로 검출하고, 상기 이동체의 위치를 위치지령에 추종시키는 피드백 제어를 실시하는 서보모터의 제어방법에 있어서,

상기 이동체의 운동방향이 완전히 교체되는 상한 전환시의 토크지령치에 대해서, 상기 운동방향이 완전히 교체된 위치로부터의 거리에 대응한 토크 보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 1 항에 있어서, 상기 운동방향이 완전히 교체된 위치에서 정(靜)마찰에 대한 토크보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 2 항에 있어서, 상기 정(靜)마찰에 대한 토크보정은, 1회 한정의 펄스상으로서 부여되는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 운동방향이 완전히 교체된 위치에서 자유지대 분분의 거리에 대해서는 토크보정을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 4 항에 있어서, 상기 자유지대 부분의 거리의 이동 후에 동(動)마찰에 대 한 토크보정을 실시하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 5 항에 있어서, 상기 동(動)마찰에 대한 토크 보정치는 시간과 함께 점감하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 1 항에 있어서, 이동체는 자유지대가 존재하지 않는 것으로, 운동방향이 완전히 교체된 위치에서 동(動)마찰에 대한 보정량이 거리에 대응해서 부여되어지는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법
제 7 항에 있어서, 상기 동(動)마찰에 대한 토크 보정치는 시간과 함께 점감하는 것을 특징으로 하는 서보모터의 제어방법