WO1988003677A1 - Digital servo system - Google Patents

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WO1988003677A1
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Masatoyo Sogabe
Kanemasa Okuda
Keiji Sakamoto
Shunsuke Matsubara
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Fanuc Ltd
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    • G05B19/231—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
    • G05B2219/42093—Position and current, torque control loop

Definitions

  • the present invention relates to a digital 'servo * system, and more particularly to a digital servo system suitable for controlling the position of an object having low frictional resistance.
  • Fig. 1 is a block diagram showing the flow of main control signals in a digital servo system using transfer functions and the like.
  • the position (motor rotation angle) field By feedback, a deviation from the position command is detected, amplified by the position gain ⁇ , and output as a speed command Vcmd.
  • the speed command is compared with a feedback value of the speed (motor rotation angular speed), a deviation E thereof is detected, and the deviation E is amplified and output as a torque command Tcmd. If the torque command is larger than a load such as frictional resistance, the motor can be driven.
  • the output was a waveform approximating the function (K, is a constant for proportional integration).
  • K is a constant for proportional integration
  • An object of the present invention is to provide a digital servo system that can quickly stop a moving object having a small frictional resistance at a position where the object should be stopped without vibrating.
  • the digital servo system comprises: a position detecting means for detecting an actual position of an object; and detecting a deviation of the actual position of the object from a commanded predetermined position.
  • a digital system comprising: a torque command generating means for outputting a torque command; and a motor driving means for moving the object in accordance with the torque command. It increases in response to the output of the means and reaches a predetermined saturation value, and decreases rapidly and approaches 0 when the output of the speed deviation detecting means becomes zero.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a control signal flow of a digital 'servo' system to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram showing a comparative example of the torque command value between the conventional and the embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of a digital servo system to which the present invention is applied.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a hardware configuration of a digital servo system according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 shows the configuration of the digital servo system of the present invention. Show.
  • 1 is a position detecting means for detecting the actual position of the object
  • a position deviation detecting means for detecting and outputting a deviation of the actual position of the object from a commanded predetermined position
  • 3 is a speed command generating means for outputting a speed command value for moving the object according to the output of the position deviation detecting means
  • 4 is a speed detecting means for detecting an actual moving speed of the object.
  • a speed deviation detecting means for detecting and outputting a deviation of the actual moving speed of the object from the speed command value
  • a torque command generating means for outputting a torque command value to the motor according to the output of the speed deviation detecting means
  • Reference numeral 7 denotes a motor driving unit that moves the object according to the torque command.
  • the torque command value Tcmd in the torque command means & increases according to the output of the speed deviation detecting means to reach a predetermined saturation value, and the speed deviation detection When the output of the means 5 becomes 0, the output is rapidly decreased to approach 0. As a result, the moving object is stopped quickly by the frictional resistance of the system, so that it does not vibrate by manipulating that the target stop position is excessively far.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a hardware configuration of a digital servo system according to the present invention.
  • the configuration in Fig. 4 consists of a micro computer 100, a D / A converter 10, and a switching amplifier. It consists of 20, a motor 30, and a pulse encoder 40.
  • the pulse encoder 40 shown in FIG. 4 realizes the position detecting means 1 and the speed detecting means 4 shown in FIG. 1 together with a power center function included in the function of the micro-computer 100.
  • the counter function constituting the speed detecting means 4 obtains speed information by counting the pulse encoder output at each clock cycle.
  • the motor driving means 7 shown in FIG. 1 includes a D / A converter 10 for converting a digital torque command value into an analog signal in FIG. 4 and a motor 30 according to the torque command value for the motor 30. This is realized by the switching lamp 20 that supplies current.
  • FIG. 2 shows an example of the waveform of the torque command according to the present embodiment, together with the waveform of the conventional torque command described above.
  • the torque command value T cmd shown in the embodiment of the present invention is a series updated every clock cycle (for example, 2 ms ec).
  • the torque command value in addition to the above-described conventional advantage that the torque command value once increases monotonically, the torque command value does not become abnormally large due to having the saturation value. As soon as the actual speed deviation from becomes zero, the torque command value starts to decrease and the moving object stops due to frictional resistance. There is no vibration around.
  • the digital servo system according to the present invention is useful in, for example, an NC machine tool, and particularly in a system in which the position of an object having low frictional resistance is controlled by a servomotor.

Description

明 柳 ディ ジタル . サーボ ♦ システム
技術分野
本発明は、 ディ ジタル ' サーボ * システムに関し、 特に摩 擦抵抗の少ない対象物の位置を制御するのに適したディ ジタ ル ♦ サーボ · システムに関する。 背景技術
第 1図はディ ジタル · サ一ボ · システムにおける主な制御 信号の流れを伝達関数等を用いて示したブロ ッ ク線図である 位置指令を受けると、 位置 （モータ回転角度 ） のフ ィ ー ドバックにより、 該位置指令からの偏差を検出し、 これを位 置ゲイ ン Κ ρ で増幅して速度指令 V cmd として出力する。 該 速度指令は速度 （モータ回転角速度 ） のフ ィ ー ドバッ クの 値と比較され、 その偏差 Eが検出され、 さ らに、 該偏差 Eが 増幅されて トルク指令 T cmd として出力される。 該 トルク指 令が摩擦抵抗等の負荷より も大きいならば、 モータを駆動さ せる こ とができる。
従来前記 トルク指令 T cmd は第 2図に示されるように伝達 K ,
関数 ( K , は比例積分のための定数） を近似する波形 の出力となっていた。 つまり、 速度指令 V e d から速度フ ィ 一 ドバッ クの値を差し引いた偏差 Eが 0でない時は、 トルク 指令は該偏差 Eに比例した傾きを有する、 直線上に増加する 積分波形を有し、 該偏差 Eが 0になっても、 そのままの値を 維持するという波形を有していた。 このような トルク指令は 摩擦抵抗の大きい対象物を駆動するようなシステムにおいて は、 摩擦抵抗に打勝つまで トルクが増加するので有効であつ た。
しかしながら、 前述のような （第 2図) 従来の、 積分波形 を有する トルク指令は、 摩擦抵抗の小さい対象物を駆動する 際には、 一旦速度指令を出力すると トルク指令ば直線的に增 加し、 速度指令と速度フィ一ドバックとの差が 0 となった後 も減少することなぐ高い トルク指令値が維持されるので、 移 動対象物はそのまま目的とする位置を通り過ぎて移動し繞け る。 すると、 次に、 この速度、 または位置の行き過ぎが検出 されて今度は前とは逆方向への トルク指令が出され、 逆方向 に移動し繞けてまた目的とする位置を通り過ぎる。 そしてこ の後、 同様の動作を操り返して、 該移動対象物は、 停止すベ き位置の辺りで振動する。 癸明の開示
本発明の目的は、 摩擦抵抗の少ない移動対象物を停止すベ き位置に、 振動させずに速やかに停止させ得るディ ジタル二 サ一ボ · システムを提供することにある。
本発明によるディ ジタル ' サ一ボ ♦ システムは、 対象物の 実際の位置を検出する位置検出手段と、 前記対象物の実際の 位置の、 搢令された所定の位置からの偏差を検出して出力す る位置偏差検出手段と、 前記位置偏差検出手段の出力に応じ て前記対象物を移動させるための速度指令値を出力する速度 指令発生手段と、 前記対象物の実際の移動速度を検出する速 度検出手段と、 前記対象物の実際の移動速度の前記速度指令 値からの偏差を検出して出力する速度偏差検出手段と、 前記 速度偏差検出手段の出力に応じてモ―タへの トルク指令値を 出力する トルク指令発生手段と、'前記 トルク指令によって前 記対象物を移動させるモータ駆動手段とを有するディ ジタル' サ ""ボ · システムであって、 前記 トルク指令値が、 前記速度 偏差検出手段の出力に応じて増加して所定の飽和値に達し、 かつ、 前記速度偏差検出手段の出力が 0 となることにより速 やかに減少し 0に近づく ことを特徴とする。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明を適用するディ ジタル ' サ—ボ ' システム の制御信号の流れを示すブロ ック線図、
第 2図は トルク指令値を従来と本発明の実施例とにおいて 比較対照して示した図、
第 3図は本発明を適用するディ ジタル · サ—ボ · システム の基本的構成を示す図、 そして
第 4図は本発明の実施例におけるディ ジタル · サーボ · シ ステムのハ ー ドウヱァ構成例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明のディ ジタル · サーボ · システムの構成を第 3図に 示す。
1 は、 対象物の実際の位置を検出する位置検出手段、
2 は、 前記対象物の実際の位置の指令された所定の位置か らの偏差を検出して出力する位置偏差検出手段、
3 は、 前記位置偏差検出手段の出力に応じて前記対象物を 移動させるための速度指令値を出力する速度指令発生手段、 4は、 前記対象物の実際の移勖速度を検出する速度検出手 段、
5は、 前記対象物の実際の移動速度の前記速度指令値から の偏差を検出して出力する速度偏差検出手段、
6は、 前記速度偏差検出手段の出力に応じてモータへのト ルク指令値を出力する トルク指令発生手段、
7 は、 前記トルク指令によつて前記対象物を移動させるモ ータ駆動手段である
上記の構成において、 本発明によれば、 前記トルク指令手 段 &における トルク指令値 T cmd が前記速度偏差検出手段の 出力に応じて増加して所定の飽和値に達し、 かつ、 前記速度 偏差検出手段 5の出力が 0 となるとき速やかに減少し 0に近 づく よう にしている。 これにより、 やがてシステムの摩擦抵 抗カによって移動対象物は速やかに停止させられるので、 目 的の停止位置を大き ぐ行き過ぎることを操り返して振動する よう なこ とはない。
第 4図は、 本発明のディ ジタル♦ サーボ . システムのハ ー ドウ ア構成例を示す図である。 第 4図の構成は、 マイ ク ロ コ ンピュ一タ 100 、 D / A変換器 1 0、 スィ ツチングアンブ 2 0 、 モータ 3 0 、 およびパルスエ ンコ ーダ 4 0 からなる。 第 4図のパルスエ ンコ ーダ 4 0 は、 マイ ク ロコ ンビュ一タ 100 の機能に含まれる力ゥ ンタ機能と共に第 1図の位置検出手段 1 および速度検出手段 4を実現する ものである。 こ こで速度 検出手段 4を構成するカウ ンタ機能は、 ク ロ ッ ク周期毎に前 記パルスエ ンコ ーダ出力を計数する こ とにより速度情報を得 る ものである。 第 1 図のモータ駆動手段 7 は、 第 4図におい て、 ディ ジタルの トルク指令値をアナログに変換する D / A 変換器 1 0 、 および、 モータ 3 0 に ト ルク指令値に応じた駆 勣電流を供給するスィ ツチングア ンプ 2 0 により実現される。 上記のモータ駆動手段の構成要素と上記パルスエ ンコ ーダ
4 0 、 およびモータ 3 0以外は全てマイ ク ロコ ン ピュ ータ に よ り実現される数値演算処理手段である。
こ こで本発明の特徴である、 ト ルク指令値について説明す る。 第 2図には、 前述の従来の トルク指令の波形と共に、 本 実施例による トルク指令の波形の一例が示されている。
本発明の実施例に示される トルク指令値 T c md は、 ク ロ ッ ク周期 （例えば 2 ms ec ) 毎に更新される級数
T cmd „ = r { T cmd „- , + Κ ι Ε„ }
により表わされる。 こ こで、 η = 0 , 1 , 2…、 T cmd 。（初 期値） = 0 で、 0 < r < l 、 そして、 はゲイ ンを定める 定数である。 この級数で表わされる ト ルク指令値は、 第 2図
γ. γ ρ に示されるよう な形で増加し、 やがて級数の収束値
1 にて飽和して一定となる。 次に Ε = 0 となると級数 T cmd は 一一 の比で減少して 0へと近づくが、 移動対象物の摩擦 r
抵抗の力と均衡する値まで トルク値が がると、 ここで該移 動対象物は停止する。
このように、 本発明によれば、 トルク指令値が一旦単調に 増加するという前述の従来の利点を有すると共に、 飽和値を 有することにより異常に大き く なることもなく、 さらに、 速 度指令値からの実際の速度の偏差が 0 となると直ちに トルク 指令値は減少し始めやがて移動対象物ば摩擦抵抗によって停 止するので、 該移動対象物が停止位置を大幅に行き過ぎたり . 停止すべき位置の辺りで振動レたりすることがない。 産業上の利用可能性
本発明によるディ ジタル · サーボ · システムは、 例えば N C工作機械等において、 特に、 サーボ · モータにより摩擦 抵抗の少ない対象物の位置を制御するシステムにおいて有用 である。

Claims

請 求 の 範 囲 1. 対象物の実際の位置を検出する位置検出手段 （ 1 ) と、 前記対象物の実際の位置の指令された所定の位置からの偏 差を検出して出力する位置偏差検出手段 （ 2 ) と、
前記位置偏差検出手段 （ 2 ) の出力に応じて前記対象物を 移動させるための速度指令値を出力する速度指令発生手段 ( 3 ) と、
前記対象物の実際の移動速度を検出する速度検出手段 （ 4 ) と、
前記対象物の実際の移動速度の前記速度指令値からの偏差 を検出して出力する速度偏差検出手段 （ 5 ) と、
前記速度偏差検出手段 （ 5 ) の出力に応じてモータへの ト ルク指令値を出力する トルク指令発生手段 （ 6 ) と、
前記 ト ルク指令によ って前記対象物を移動させるモータ駆 動手段 （ 7 ) とを有するデ ィ ジタル ' サ一ボ ' システムであ つて、
前記 トルク指令値が、 前記速度偏差検出手段 （ 5 ) の出力 に応じて増加して所定の飽和値に達し、 かつ、 前記速度偏差 検出手段 （ 5 ) の出力が 0 となることにより速やかに減少し 0に近づく ことを特徴とするディ ジタル · サーボ · システム。
2. nを自然数として、 前記 ト ルク指令発生手段 （ 6 ) 力、 ら出力される トルダ指令値を Tcmd „ 、 前記速度偏差検出手 段 （ 5 ) の出力を En 、 K , をゲイ ン定数、 rを 0 < r < l を満す定数として、 該 トルク指令値 Tcmd n は、 初期値 0で、 ク口 ツクに同期して該自然数 nのメ ンク リメ ン トと共に更新 される級数 Tcmd n = r {Tcmd η- ι + K！ En } で表わさ れる請求の範囲第 1項記載のディジタル ' サーボ ♦ システム,
PCT/JP1987/000860 1986-11-08 1987-11-06 Digital servo system WO1988003677A1 (en)

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