WO1988005566A1 - Speed controller in a servo system - Google Patents

Description

サ ー ボシステムの速度制御装置

技術分野

本発明はサーボシステム の速度制御装置に関し、 特に、 コ ン ピュ ータを使用してサー ボ システムの速度を制御する装置 に関する。 .

背景技術

従来、 コ ン ビユ ータを使用 したサーボ システムの速度制御 装置は、 例えば、 コ ン ピュ ータ数値制御装置 （ C N C装置） や産業用ロボ ッ ト等に利用されている。 '

例えば、 旋盤等の C N C装置によ り ワークを加工する場合 サ ーボ システムの速度は、 ワ ークを順次加工する各プロ ッ ク 毎に該ワ ークを加工するのに最適な速度が指定されるよう に なされている。 例えば、. ワ ー ク の内側を直角に削る場合、 そ のコ ーナ部を切削するブ口 'ン ク の送り速度は、 直線状に切削 するプロ ッ ク の送り速度より も遅 く 設定されていて、 切削ェ. 具への過負荷を防止する と共に切削面を良好なものと し、 さ らに、 コ ーナ部を高精度に削り取るよ う になされている。

とこ ろで、 上記の C N C装置等に使用される従来のサーボ システム の速度制御装置は、 ブ口 V ク に指定された速度を読 み取った後、 その指定された速度になるよ う にサーボシステ ムの加減速制御を行つている。 そのため、 .従来のサ—ボシス テムの速度制御装置は、 例えば、 減速を行うブロ ックの長さ が十分でないと、 後のブ口 フクに指定された速度までサーボ システムの速度を'减速することができないという問題点があ つた。 発明の開示

本発明の目的は、 サーボシステムの速度制御、 特に、 サー ボシステムの減速制御を適切に行う ことにある。

本発明によれば、 コ ンピュータを使用してサーボシステム の速度を制御するサ一ボシステムの速度制御装置であって、 複数のブ口 ックに指定された速度を先読みするブロ ック速度 先読み手段と、 該先読みされたブロ ックの始端位置において サーボシステムの速度が常に該ブロ ックに指定された速度以 下となるように減速開始位置を演算する減速開始位置演箕手 段と、 該演算された滹速開始位置からサ―ボシステムを減速 するサ一ボシステム減速手段とを具備することを特徵とする サ一ボシステムの速度制御装置が提供される。

-上述した搆成を有する本発明のサ―ボシステムの速度制御 装置によれば、 まず、 ブロ ック速度先読み手段により、 複数 のブロ ックに指定された速度が先読みされる。 次に、 減速開 始位置演算手段により、 先読みされたブロ ックの始端位置に おいてサ一ボシステムの速度が該ブロ ックに指定された速度 以下となるように減速開始位置が演箕される。 そして、 サー ボシステム減速手段により、 演箕された減速開始位置からサ 一ボシステムが减速される。 これによ り 、 全.てのブ口 ク に おいてサ ー ボ システムの速度を該ブロ ッ ク に指定された速度 以下とし、 サ―ボシステム の減速制御を適切に行う ことがで さる。 図面の簡単な説明

第 1 図は C N C装置における加減速制御指令の一例を示す 図、 . .

第 2図は従来のサーボシステム の速度制御装置によ り制御 されたサーボシス テムの速度の一例を示す図である。

第 3図は本発明のサーボシステムの速度制御装置を使用し た C N C装置を概略的に示すブ口 ク図、

第 4図は本発明のサ―ボシステムの速度制御装置により制 御されたサーボシステムの速度の一例を示す図、

第 5図は本発明および従来のサーボシステムの速度制御装 置により制御されたサーボシステム の速度を比較して示す図、 および、 一一

第 6図は本発明に基づく 制御動作の一例を示すフロ ーチ ヤ 一 トである。 発明を実施するための最良の形態

まず、 本発明に係るサーボシステムの速度制御装置の実施 例を説明する前に、 従来のサーボシステムの速度制御装置の 問題点を第 1 図および第 2図を参照して説明する。

第 1 図は C M C装置における加減速制御指令の一例を示す 図であり、 第 2図は従来のサーボシステムの速度制御装置に より制御されたサーボシステムの速度の一例を示す図である。 第 1図および第 2図に示されるように、 ブロ ック N 120 か らブ口 ツク N 160 において F 1000の速度に設定されたサーボ システムをブひック 170 において F 100 の速度に'减速させ る場合、 従来のサーボシステムの速度制御装置は、 それぞれ のブロ ックを読み込んだ後、 初めてそれらのブロ ッ クに指定 された速度が認識されるようになされている。 そのため.、 従 来のサーボシステムの速度制御装置は、 ブロ ッ ク N 120 から ブ口 ック N 160 において F 1000の速度が指定されたサーボシ ステムをブロ ック N 170 の始端位置において F 100 の速度に 減速することができなかった。 すなわち、 従来のサーボシス テムの速度制御装置は、 ブロ ック N 170 の始端位置において、 初めて'ブロ ック Ν Ϊ70 に指定された F 100 の速度を認識し、 そのブロック の始端位置から減速を開始するようにな されているために、 ブロ ック N 170 の始端位置からサーボシ ステムの速度を設定された F 100 の速度にするととができな かった。

.同様に、 ブロ ック N 180 で F 500 の速度をブロ ック N 190 で F 100 の速度に減速させ、 さらに、 ブロ ック N 20Q で F 500 の速度に加速させる場合、 従来のサ一ボシステムの速度制御 装置では、 プロ ック N 190 の始端位置から减速を開始するた め、 サーボシステムの速度をブ口 ツク N 190 に指定された F 100 の速度まで减速する前にブロ ック N 200 の始端位置に 来てしまい、 そのブロ ック N 200 の始端位置からはブロ ッ ク N 200 に指定された F 500 の速度までサーボシステムの；東度 を加速する こ とになつていた。 .

このよ う に、 従来のサ一ボシステムの速度制御装置は、 ブ 口 フ ク に指定された速度を読み取った後、 サーボシステムの 加減速制御を行う よ う になされているため、 減速を行う ブ口 ッ クの長さが十分でないと、 後のブロ ッ クに指定された速度 まで減速する こ とができないという問題点があった。

例えば、 ワ ー ク の内側を直角に削る場合、 コ ーナ部を切削 するブロ ッ ク に指定された送り速度 （例えば、 F 1 00 の速度） は、 直線状に切削するブロ ッ クに指定された送り速度 （例え ば、 F 1000の速度） よ り も遅 く なされている力く、 このコ ーナ 部を切削するまでのブロ ッ クが十分に長く ないと、 サーボシ ステムの速度は、 直線状に切削 るブロ ッ ク に'指定された F 1 000の速度からコ —ナ部を切削する のに適した F 1 00 の速 度まで減速する こ とができなかった。 そのため、 従来のサ - ボシステムの速度制御装置を使用 した C N C装置等 （例えば、 旋盤） は、 コ ーナ部を切削するのに適した速度まセ減速する こ とができず、 その結果、 コ ーナ部を適切に削り取る こ とが できなかったり 、 切削工具に過大の負荷が係つて工具が破損 したり工具の寿命が短く なる といった不具合を生じる こ とに もなつていた。

以下、 添付図面を参照して本発明に係るサ―ボシステム の 速度制御装置の実施例を詳述する。

第 3 図は本発明のサーボシステムの速度制御装置を使用し た C N C装置を概略的に示すブロ ッ ク図である。

第 3 図に示されるよ う に、 C N C装置は、 マイ ク ロプロセ フ サ 4、 バスを介してマイ ク ロプロセ ッサ 4 に接続された R A M 5 、 R O M 6 、 ノヾブルメ モ リ 7 、 C R T S . キ一ボー ド 9、 および、 軸制御装置 1 0を具備している。

軸制御装置 1 0 の指令はサーボ増幅器 1 1 に供給され、 サ ーボ増幅器 1 1 の出力に従ってサ一ボモータが制御されるよ うになされている。 サーボモータ 1 2 にはパルスエ ンコーダ 等の位置検出器 1 3が取付けられ、 この位置検出器 1 3 の出 力信号が軸制御装置 1 0 にフ ィ ー ドバック されるようになさ れている。

第 1図は C N C装置における加減速制御指令の一例を示す 図であり、 第 4図は本発明のサーボシステムの速度制御装置 により制御されたサーボシステムの速度の一例を示す図であ る。

' 第 1図および第 4 '図に示されるように、 ブロ ッ ク N 120 か らブロ ック N 160 において F 1000の速度に設定されたサーボ システムをブロ フ ク N 170 において F 100 の速度に减速させ る場合、 本実施例装置では複数のプロ フクに指定された速度 が先読みされ、 該先読みされたブロ ックの始端位置において サ―ボシステムの速度が常に該ブ□ ックに指定された速度以 下となるように減速開始位置が演算される。 そして、 ブロ ッ ク N 170 の手前から減速が開始され、 ブロ ッ ク 170 の始端 位置において該ブ口 ック N 170 に指定された F 100 の速度ま で減速される。 同様に、 ブロ ッ ク N 180 で F 500 の速度をブ ロ ッ ク N 190 で F 100 の速度に减速させる場合、 ブロ ック N 190 の手前から減速が開始され、 サーボシステムの；荣度は ブロ ッ ク N 190 の始端位置において該ブロ ッ ク N 190 に指定 された F 1 Q 0 の速度まで減速される。

こ こで、 サ―ボシステムの速度を加速する場合、 例えば、 ブロ ッ ク N 170 で F 1 00 の速度をブロ ッ 'ク N 180 で F 500 の 速度に加速する場合、 ブロ ッ ク N 1 80 の始端位置から加速が 行われるが、 加速の場合には各々 のブロ ッ ク の始端位置から そのブロ ッ ク に指.定された速度まで加速するよ う にすればよ い。 すなわち、 サーボシステムの速度を加速する場合は、 減 速の場合のよう に、 各プロ ッ ク の手前から加速をして該各ブ 口 ッ クの始端位置でそのプロ ッ クに指定された速度にする必 要はない。 この理由は、 各ブロ ッ ク におけるサ一ボシス テム の実際の速度がそのプロ 'ン クに指定された速度よ り も遅い場 合には、 ワークの加工時間が多少と も長 く なるが、 加工精度 に対する悪影響は全 く 無いからである。 同様に、 例えば、 ブ ロ ッ ク N 1 90 で F 1 00 の速度がブロ ッ ク N 200 で F 500 の速 度に加速する場合、 ブロ ッ ク N 200 の始端位置から加速が行 われる こ とになる。

第 5図は、 ブロ ッ ク N 1 からブロ ッ ク N i 5 までに指定さ れた速度、 並びに、 本発明のサーボシステムの速度制御装置 および従来のサ―ボシステムの速度制御装置によ り制御され たサーボシステム の速度を比較して示す図であり 、 曲線 a は 本発明のサ―ボシステムの速度制御装置によ り制御されたサ

—ボシステムの速度、 また、 曲線 b は従来のサ—ボシス テム の速度制御装置によ り制御されたサーボシステム の速度を示 す。 第 5図に示されるように、 ブロ ッ クに指定された速度が順 次増大するブロ ッ ク N 1からブ口 ツク N 4まで、 曲線 a およ び曲線 b はサーボシステムが同様に加速される。 そして、 ブ ロ ッ ク N 5 の始端位置において、 本発明のサ一ボシステムの 速度制御装置により制御されたサ―ボシステムの速度を表す 曲線 a は、 プロ フク N 6の始端位置で該ブ α ック 6 に指定 された速度になるように減速を開始する。 また、 従来のサ ~~ ボシステムの速度制御装置により制御されたサーボシステム の速度を表す曲線 b は、 ブロ ッ ク N 5 に指定された速度にな るまで加速を継続し、 ブ α ック N 6 の始端位置で初めて該ブ ロ ック Ν 6 に指定された速度を確認して減速を蘭始する。 こ の従来のサーボシステムの速度制御装置により制御されたサ —ボシステムの速度は、 ブ ック Ν 了の後半部分において、 やっ とブロ ック Ν 6 に指定された速度 （ブロ ック Ν 7 に指定 された速度） まで減速される。 ここで、 加速曲線の立上り角 および減速曲線の立下り角は、 それぞれのサーボシステムに より個 に規定されるものである。 - 次に、 ブロ ックに指定された速度が順次増大するブロ ッ ク Ν 8およびブロ ック Ν 9 において、 曲線 aおよび曲線 b はサ 一ボシステムが同様に加速されることを示すが、 曲線 a はブ ロ ック N 9 の終端位置の少し手前から減速を開始してブロ つ ク N 1 2 の始端位置で該ブ π ック N 1 2 に指定された速度に 一致するように制御される。 ところで、 曲線 a ' に示される ように、 - ブ α ッ ク Ν 1 1 に指定された速度だけを考慮してブ ロ ック Ν 1 0 の始端位置 （ブロ ック Ν 9 の終端位置） から減 速を開始すれば、 ブロ ッ ク N 1 1 の始端位置において該ブ口 フ ク N 1 1 に指定された速度まで減速する こ とができ る力 次のブロ ッ ク N 1 2 の始端位置で該ブロ ッ ク N 1 2 に指定さ れた速度まで減速する こ とができない。 このよ う な場合には 先読みされたブ口 ッ ク の始端位置においてサ―ボシステムの 速度が常に該ブロ ッ クに指定された速度以下となるよ う に減 速制御されなければならない。 こ こで、 先読みするブロ ッ ク の数は、 例えば、 4 0 ブロ ッ ク または 6 0 ブロ ッ ク等であり サーボシステムの速度制御装置を使用するサ―ボシステムに よつてそれぞれ最適なプロ ッ ク数に設定されている。

以上により 、 本サーボシステムの速度制御装置を使用した サ―ボシステムは、 全てのブロ ッ ク の始端位置においてその ブロ ッ ク に指定された速度.以下の速度に制御される こ とにな る。

第 6 図は本発明に基づく 制御動作の一例を示すフ ロ ーチ ヤ

- トである。

まずべ 減速処理が開始される と、 ステ ッ プ 2 1 で、 複数の プロ ッ クが先読みされる。 こ の先読みされるプロ ッ ク の数は、 例えば、 4 0 ブロ ッ ク または 6 0 ブロ ッ ク等であり 、 サーボ システムの速度制御装置を使用する サ ーボ システムによ って 最適なブロ ッ ク数が設定される のは前述した通りである。 次 に.、 ステ ツ フ。 2 2 に進み、 先読みされるブロ ッ クにおける減 速個所を確認して、 ステ ッ プ 2 3 に進む。

ステ ッ プ 2 3 において、 減速開始位置が演算されるが、 こ の減速開始位置の演算は先読みされたブロ ッ ク の始端位置に おいてサ一ボシステムの速度が常に該ブロ ·>■ クに指定された 速度以下となるよう に演算が行われる。 そして、 第 5図を参 照して詳述したように、 各ブ。 フ クの始篛位置を通るサ― ボ システムの减速曲線と各ブ口 ッ クに指定された速度またはサ 一ボシステムの加速曲線との交点により減速開始位置が箕出 される。 さ らに、 ブロ ッ ク 2 4 に進んで、 ブロ ッ ク 2 3 で演 算された'减速開始位置から'减速が開始される。 これにより、 サーボシステムの速度は、 全てのブロ フ クの始端位置におい て、 そのブロ ッ クに指定された速度以下の速度に制御される ことになる。

以上において、 本発明のサーボシステムの速度制御装置は 旋盤等の C N C装 Sのサ―ボシステムに使用できるだけでな く 、 産業用ロボッ トやその他の装置のサ一ボシステムにも使 用する ことができる。

Claims

請 求 の 範 翻

1 . コ ンピュ—タを使用してサーボシステムの速度を制御 するサーボシステムの速度'制御装置であつて、

複数のプロ ッ クに指定された速度を先読みするブロ ッ ク速 度先読み手段と、

該先読みされたプロ ッ クの始端位置においてサ—ボシステ ムの速度が該ブ π ッ クに指定された速度以下となるよ う に滅 速開始位置を演算する減速開始位置演算手段と、

該演算された減速開始位置からサ—ボシステムを減速する サ一ボシステム減速手段とを具備するこ とを特徴とするサー ボシステムの速度制御装置。

2 . 前記減速開始位置演算手段は、 各ブロ ッ クの始端位置 を通るサ—ボ ステムの減速曲線と前記ブ π ッ クに指定され た速度または前記サーボシステムの加速曲線との交点によ り 減速開始位置を算出するよ うになつている請求の範囲第 1 項 に記載の装置。