WO1990012448A1 - Device for controlling servo motor - Google Patents

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Yoichi Yamamoto
Takayuki Tohya
Yoshiji Hiraga
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Seisakusho
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a servomotor that drives a processing device for processing an object based on a command from a command generation unit, and more particularly to a servomotor incorporated in a machine having a positive or negative characteristic difference due to gravity or the like.
  • the present invention relates to a technology for improving a response delay that occurs at the time of reversing the rotation direction and at the beginning of movement after stopping.
  • a servo motor control circuit having a position feedback loop and a speed loop controlled digitally, for example, as shown in FIG. 1, uses the rotational position of the motor 10 or the movable part of the machine (not shown).
  • a speed feedback loop for controlling the rotation speed of the motor 10 and a current feedback loop for controlling the current of the motor 10 are provided. It has been done.
  • the part enclosed by the frame is the part to be processed digitally.
  • ⁇ indicates a digital amount signal
  • — indicates an analog amount signal.
  • Position control unit 19 So usually
  • V S KP ⁇ £ (KP is a constant) Equation (1) is performed, and if the speed control method is PI (proportional-integral) control method, the speed control unit 12
  • I rP K ⁇ ⁇ V ( ⁇ is a constant)
  • I r I ⁇ ⁇ + I ⁇
  • a rate control unit 12 that determines the relationship between the speed command Vs, velocity V d and the current command I r is
  • the motor current I d and the motor speed in the rotational direction when reversing motors The relationship between V s and motor speed V d is plotted with the vertical axis representing the motor current I d , the motor speed command V s and the motor speed V d , and the horizontal axis taking the time t with the direction reversal command input as the origin. Then, for example, the curve of FIG. 2 30 V s, 31 V d, is as shown by 32i d.
  • I. Is a value obtained by converting the friction torque of the machine into a motor current.
  • the speed command is decelerated from the positive direction to the negative direction at a constant acceleration.
  • the motor current la indicated by curve 32 i d gradually decreases, indicated by the curve 31v d
  • the motor speed v d is zero until the motor current I d exceeds ⁇ ID, and the motor current I d is one I.
  • the motor starts reverse rotation only after exceeding. That is, there is a time delay from when the speed command in the opposite direction is input to when the motor starts reverse rotation.
  • Such a time delay naturally appears as a control machining error. More specifically, for example, as shown in FIG. 3, a command pulse train of a perfect circle is distributed and a perfect circle shown by a curve 40 in the same figure is obtained. However, due to the response delay when reversing the rotation direction, the shape of the actual cutting object in the quadrant switching part of the arc cutting causes more bulging as shown in curve 41. Occurs.
  • the section I is the maximum speed section that moves only on the X axis
  • the section Y is the section that is stationary.
  • the section marked with ⁇ ⁇ is a section where the Y-axis has started moving but is not a perfect circle.
  • the section of m moves along both the X and ⁇ axes, and is a section of a perfect circular orbit.
  • the current numerical control uses only pulse distribution of a circle and a straight line, so there is a problem in arc cutting.
  • the same problem occurs in a trajectory that reverses the direction of the speed command of another axis while the sign of the speed command of one axis is constant, that is, pauses, for example, contour control of a parabolic trajectory .
  • An object of the present invention is to solve the problems of the conventional control shown in FIG. 1 described above and the control proposed in the earlier application, and the processing of the speed control unit is performed by a micro computer.
  • the purpose is to improve the control accuracy by compensating for the response delay of the motor caused by the friction torque when the direction of the motor is reversed.
  • Another object of the present invention is to compensate for the response delay of the motor caused by the friction torque by using the same means as in the case of reversing the direction of the motor even when the motor starts to move. Is to increase.
  • the first invention of the present application is directed to providing a motor torque or current feed knock loop inside a motor speed feed knock loop, and a speed control unit. It consists of a crocomputer And a servo motor controller having a controller having at least a proportional and an integral element,
  • the motor speed command changes from a positive to a negative value or from a negative to a positive value, or the detected speed of the motor changes from a positive to a non-positive value or from a negative to a non-negative value. It is characterized in that it has means for inverting the value of the integral element constituting the control section according to a certain function and adding the output value to the current command value or to the integral term.
  • the second invention of the present application is the above servo motor control device
  • the motor speed command changes from a positive to a negative value or from a negative to a positive value, or the detected speed of the motor changes from a positive to a non-positive value or from a negative to a non-negative value.
  • the value of the integral element that composes the control unit is changed according to a certain function so that it becomes the equivalent value of positive friction when rotating forward, and it becomes the equivalent value of negative friction when rotating negatively, and the output value is the current command value. Or a means for adding to the integral term.
  • the third invention of the present application provides the servo motor control device
  • the value of the integral value that constitutes the speed control unit is changed to the value corresponding to positive friction when rotating forward, and to the negative value when rotating negatively. It is characterized in that it has means for changing according to a certain function so as to obtain a friction equivalent value, and adding the output value to the current command value or to the integral term.
  • the input applied to the current command value I s in the control method proposed in the earlier application from stearyl-up input by changing the full I filter element including the step input, the response of the motor While preventing overshoot, and shortening the time required for the current command value I s to reach the value corresponding to the sum of the friction torque, torque equivalent to external work, and acceleration torque It will be. .
  • the input value for obtaining the function output value Q in the first invention is set to 1 ⁇ 2 ⁇ (I ⁇ : integral term of the speed control unit). and when inverted from the positive to the negative side where the integral term of the speed ⁇ control unit, [negative constant value] - the value of I r I, to the inverting time from the negative side to the positive side, [positive steady ⁇ ] or change to an I r I, or, if the friction equivalent value by a technique such as the or Obuzaba such precomputed and actual measurement is known, in the this to determine its value on the basis of positive, negative It is possible to cope with the case where the influence of the characteristics, especially the influence of gravity, is large, and the same effect as the first invention can be expected.
  • the third invention even when the motor starts to move, the same effect as in the second invention is obtained, except that the timing for adding the function output value Q to the current measure ⁇ or the integral term of the speed control unit is different. Can be expected.
  • FIG. 1 is a conventional servo motor control circuit diagram
  • Fig. 2 is a response diagram showing the relationship between the motor current, motor speed command and motor speed when the rotation direction of the servo motor is reversed
  • Fig. 3 is FIG. 4 is a block diagram of a control device for carrying out the present invention
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of a function used in an embodiment of the present invention
  • FIG. Fig. 7 is a flowchart for explaining a configuration when a function used in the embodiment shown in Fig. 5 is realized by a program
  • Fig. 7 is a flowchart for explaining a speed control unit according to the present invention
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining a speed control unit according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a block diagram for explaining a process for obtaining a speed command equivalent value used for rotation direction reversal detection. is there.
  • FIG. 4 is a block diagram of a control device for implementing the present invention.
  • 200 is a numerical controller
  • 16 is a command generator
  • 220 is an X-axis motor controller
  • 230 is a Y-axis motor controller
  • 240 is a cutting machine
  • 10X is an X-axis motor
  • 10Y is a Y-axis motor.
  • the difference between the numerical control device 200 in the present embodiment and the conventional device shown in FIG. 1 is that a speed direction reversal detection process is added to the speed calculation unit 21 and a function unit is provided in the speed control unit 12.
  • the division process has been added and changed.
  • the function section of the speed control section 12 outputs a response Q to a step input P.
  • the type of this function depends on the friction torque characteristics of the cutting machine 240 and the motor 10, and the time constant is the acceleration torque value of the command given from the command generation unit 16, the gain adjustment value of the servo system, the rigidity of the motor shaft, etc. May be selected according to the spring constant value determined by.
  • the types of functions are (a) —constant rate increase type, (b) exponential function type, and (c) S-shaped type as shown in Fig. 5 as examples.
  • P 2 P,-(2m b -l)
  • Fig. 7 shows an example of PI control method in the speed controller
  • the value of FLAG 1 is checked (step 51 in Fig. 7). If it is 0, the function output value Q is 0. If it is 1, the value of minus 2 of the integral term I of the previous speed control unit is used as the function. Set the output value of the above function FILTER 1 as input P to Q, and set the value of FLAG 1 to 2 (steps 52a and 52b). If the value of FLAG 1 is 2, the previous function output After saving the value 0 ⁇ to Q, set the current output value of PILTER1 to Q. (Step 52c)
  • I i I 1 + Q / K I
  • I r I ⁇ - I rP + Q
  • FIG. 8 is a flowchart showing another embodiment of the PI control system in the speed control unit 12, which will be described below.
  • step 61 in FIG. 8 It is determined whether or not the processing is initial (step 61 in FIG. 8). It moves at a constant speed and stores the values of the integral term of the speed control unit when it reaches the steady state in IrIP and I ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , respectively (step 62 in Fig. 8).
  • the value of FLAG1 is first nicked (step 63 in FIG. 8). If it is 0, the function output value Q is 0, and if it is 1, the motor operation changes from the positive side to the negative side. If I rIM — I rI changes from the negative side to the positive side, then set the output value of the above-mentioned function FILTER1 with the value of I rIP — I rI as the function input value P to Q, and set FLAG Set the value of 1 to 2 (steps 64a and 64b). If the value of FLAG 1 is 2, save the previous function output value Q to, and then set the current FILTER 1 output ⁇ to Q. (Step 64c)
  • the rate of change of the output value of FILTER1 is calculated by Q—, and if 0 and FLAG1 is 2, the processing of the above formula (5) is performed (step 66).
  • the equation (4) is changed to the equation (6).
  • the FLAG1 of the speed control unit 12 when the motor speed V d is changed to hydrofluoric zero from zero from 0 to 1 Otherwise, the same processing as in the case of reversing the speed direction may be performed.
  • P (-1) ⁇ I rI + i3
  • P (1-a) ⁇ I rI —
  • I It is not necessary to store rIP and IrIM , and it can be realized by simple processing. If the friction equivalent value can be obtained in advance by calculation or measurement of the actual machine, or by using a method such as an observer, etc. Step 62 can be omitted, and the value of the function input value P can be determined using that value instead of IrIP and IrIM .
  • FI LTER1 By adding a filter function such as a command function to the output stage of the speed control unit regardless of when the speed direction of the motor is reversed or at the start of rotation, the processing of FI LTER1 can be omitted.
  • velocity direction reversal detection as a sign change in the speed command value V s, the position controller 19 and the equivalent processing unit 19 from the position command value s from the command ⁇ generator '; and the integration processing unit 22 DOO performs arithmetic processing shown in FIG. 9 was used to calculate the speed command value corresponding V c, it may be detected sign change of the velocity estimates of using the sign change and, or Obuzaba like. Also, if the steady-state speed deviation due type or types of the control system of the command occurs, the speed instruction ⁇ Vs and the speed command value corresponding V c from the code changes, when during a motor speed V d tie Mi ring was placed The processing may be performed assuming that the direction is reversed.
  • the function output value can be reflected in the current command value.
  • the same can be applied to PID control that includes a differential element in the control section of the speed feedback system and I-PD control. Soshi Therefore, the present invention can be applied in exactly the same manner regardless of the type of servo motor, that is, DC servo motor or AC servo motor.
  • the first invention of the present application can be applied by changing the value of the constant ⁇ used for positive and negative, or by changing the type and time constant of the function used for reversing the positive and negative directions.
  • the value of the integral element constituting the speed controller is changed from the current integrated value to the negative steady-state value or the positive steady-state value.
  • the value is changed according to a certain function, and the output value is added to the current command value or the integral term.
  • the integral term of the speed control unit with the filter effect or the current command value can be quickly changed to a value that overcomes friction from the time of the reversing of the speed direction or the start of rotation. Can be realized, and even if the difference in the positive and negative characteristics of friction torque during direction reversal, especially the effect of gravity cannot be ignored, compensation can be made quickly and without going too far. The delay can be greatly improved.
  • the processing error at the time of reversing the rotation direction or at the start of rotation as in the conventional case can be made extremely small, and the processing accuracy can be improved and the motor can respond quickly. Can be achieved. [Industrial applicability]
  • the present invention can be used in fields where high resolution is required for a servo mechanism, such as precision machining, semiconductor manufacturing, and aspheric lens processing.

Description

明 細 書
サ一ボモータの制御装置
〔技術分野〕
本発明は、 指令発生部からの指令に基づき、 物体を加工する加工 装置を駆動するサ一ボモータの制御装置に関し、 特に重力等により 正， 負の特性差をもつ機械に組み込まれたサーボモータの回転方向 反転時と停止から動き始めに生じる応答の遅れを改善する技術に関 する。
〔背景技術〕
一般に、 位置フ ィードバックループを持ち、 速度ループがデイ ジ タル式に制御されるサーボモータ制御回路は、 例えば第 1図に示す ように、 モータ 10の回転位置または機械可動部 （図示せず） の位置 を制御するための位置フ ィ一ドバッ クループの他に、 モータ 10の回 転速度を制御するための速度フイードバックループと、 モータ 10の 電流を制御するための電流フ ィ一ドバックループとが設けられてい る。 電流フィ一ドバッ クループでは、 抵抗 11で検出したモータ電流 I d とアナ口グ量の電流指令値 I とが等しくなるように制御され、 速度潢算部 21で求められたモータ速度 V d と位置制御部 19からの速 度指令値 V s との差 Δ νが零になるように制御され、 最終的にはパ ルスエ ンコーダゃリ二了スケール等の位置検出器 15で検出され位置 力ゥ ンタ 20で力ゥ ン トされた位置 £ d と指令発生部 16から与えられ る指令値 ·β S との差△ £が零となるように位置フィ一ドバッ クルー プによりモータ位置が制御される。 なお、 第 1図中 12は速度制御部、 14は D Z A変換器、 17はパワーア ンプ、 18 a , 18 b , 18 cは減算部 である。
また、 枠で囲んだ部分がディ ジタル式に処理される部分で、 →は ディ ジタル量信号を、 —はアナログ量信号を表わす。 位置制御部 19 では、 通常、
V S = KP♦ £ (KPは定数） (1)式 なる演算が行われ、 速度制御方式が P I (比例積分） 制御方式の場 合には、 速度制御部 12では、
I rP=K · Δ V (Κ は定数）
I ΓΙ=Κ！ · ∑ Δ V (Κ！は定数、 ∑は (2)式 総計を計算する記号）
I r = I Γ Ρ + I Π
なる演算が行われる。
速度制御方式が I 一 Ρ (積分一比例） 制御方式の場合には、 速度 指令 Vs，速度 Vd 及び電流指令 I r の関係を決める速度制御部 12で は
I rI= K！ · ∑ Δ V 1 I r = I Π - I rP 」
なる演算が行われる。
ところで、 第 1図に示したような構成を有する従来のサーボモー タ制御装置において、 モータ軸の剛性などが理想的であるとき、 モ ータの回転方向反転時におけるモータ電流 I dとモータ速度指令 Vs 及びモータ速度 Vdとの関係を、 縦軸にモータ電流 I d、 モータ速度 指令 Vs 及びモータ速度 Vd をとり、 横軸に方向反転指令入力時を 原点として時間 tをとつて図示すると、 例えば第 2図の曲線 30 V s， 31 V d, 32i dで示すものとなる。 ここで、 I 。 は機械の摩擦ト ルク をモータ電流に換算した値であり、 図示例では速度指令が正方向か ら負方向に一定加速度で減速されている場合を示す。 同図から判る ように、 t = 0で反対方向の速度指令が入力されると、 曲線 32 i d で示すモータ電流 l a は徐々に減少していくが、 曲線 31v d で示す モータ速度 v d はモータ電流 I d がー I D を超える時点まで零であ り、 モータ電流 I d が一 I 。 を超えてはじめてモータは逆回転し始 める。 即ち、 反対方向の速度指令が入力されてからモータが逆回転 を開始するまでの の時間遅れが生じる。
このような時間遅れは、 当然、 制御加工誤差となって現れ、 具体 的には例えば第 3図に示すように、 真円の指令パルス列の分配が行 われて同図の曲線 40に示す真円に沿って切削が行われるべきところ が、 回転方向反転時に応答遅れがあるために円弧切削の象限切換え 部分において、 実際の切削物の形状は曲線 41に示すようにふく らみ をもっという不具合を生じる。
この現象を更に説明すると、 第 3図において、 I の区間は X軸の み動く最大速度区間でありかつ Y軸は静止している区間である。 Π の区間は、 Y軸も動き出したが、 真円にはなっていない区間である。 また mの区間は X軸， γ軸共に動き、 真円軌道の区間である。 γ軸 が、 静止した状態から一方向に動く とき、 そのタィ ミ ングが遅れる ので上記 I ， Πの区間を生じ、 真円からの加工誤差をとると、 ふく らみを生ずるようになるのである。
また、 現在の数値制御は、 円と直線のパルス分配だけを使ってい るので、 円弧切削での問題が出ている。 円弧以外でも、 一軸の速度 指令の符号が一定である間に他の軸の速度指令の方向が反転、 すな わち一時停止するような軌道、 例えば放物線軌道の輪郭制御では、 同じ問題が生じる。
また、 モータの動き始め時についても、 モータ電流 I d がー I 0 を超えて初めて動き始めるため、 時間遅れが生じ、 ロボッ トのよう に多軸で構成される機械のように、 各軸でモータ速度指令 V s や摩 擦の大きさが異なると、 当然、 軸によって時間遅れの影響が異なつ てく る。 このため結果として機械の作業点において軌跡がずれると いう問題が生じる。
このような問題に対し、 本出願人は、 先に特開昭 61— 150688号公 報， 特開昭 61— 150689号公報， 特開昭 61— 150690号公報及び特開昭 61 - 173684号公報において、 方向反転入力時における電流指令値 I s を決定している電圧が、 摩擦ト ルク， 外部への仕事に相当する トル ク及び加速トルクの和に比例ないし相当した電圧であること、 及び、 このとき速度指令值 V s 及びモータ速度 V d がほとんど零であるの で、 電流指令値 I s を決定している電圧が速度制御部 12の積分項の 值であることを利用し、 方向反転の瞬間に前記積分項の値を、 絶対 値と等しく、 符号を反転させたり、 あるいは前記のタィ ミ ングで所 定の値にセ ッ トする方法を提案した。
しかし、 この方法は、 電流指令植 I s にステツプ入力を加えるこ とになるので、 モータ軸の剛性などで決まるバネ系要素のため、 モ 一夕の応答が行き過ぎを生じる可能性があり、 加工物を切削し過ぎ る場合があった。 ―
〔発明の開示〕
本発明の目的は、 以上に述べた第 1図に示す従来の制御及び先の 出願で提案した制御の問題点を解決しょうとするものであり、 速度 制御部の処理がマイ ク ロ コ ンピュータで行われる場合に、 モータの 方向反転時に摩擦トルクによって引き起こされるモータの応答遅れ を補償して、 制御精度を高めることにある。
また、 本発明の他の目的は、 モータの動き始めに対しても、 モ一 タの方向反転時^同様な手段で、 摩擦ト ルク によって引き起こされ るモータの応答遅れを補償して、 制御精度を高めることにある。
この目的を達成するため、 本願の第 1の発明は、 モータの速度フ ィ一ド ノ ックル プの内側にモータのト ルク又は電流フ ィ一ド ノ ッ クループが設けられ、 速度制御部がマィ クロコ ンピュータで構成さ れ、 かつ、 少なく とも比例及び積分要素を有する制御器を有するサ ーボモータ制御装置において、
モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になってか ら、 あるいはモータの検出された速度が正から非正の値又は負から 非負の値になつてから、 前記速度制御部を構成する積分要素の値を ある関数に従い反転させ、 その出力値を電流指令値にあるいは当該 積分項に加える手段を有することを特徵とする。
また、 本願の第 2の発明は、 前記のサーボモータ制御装置におい て、
モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になってか ら、 あるいはモータの検出された速度が正から非正の値又は負から 非負の値になつてから、 前記速度制御部を構成する積分要素の値を、 正転する場合は正側摩擦相当値に、 負転する場合は負側摩擦相当値 になるようにある関数に従い変化させ、 その出力値を電流指令値に あるいは当該積分項に加える手段を有することを特徴とする。
さらに本願の第 3の発明は、 前記のサーボモータ制御装置におい * て、
モータの速度指令が、 零から非零の値になつてから、 前記速度制 御部を構成する積分値の値を、 正転する場合は正側摩擦相当値に、 負転する場合は負側摩擦相当値になるようにある関数に従い変化さ せ、 その出力値を電流指令値にあるいは当該積分項に加える手段を 有することを特徵とする。
上記第 1の発明により、 先の出願で提案した制御方法における電 流指令値 I s に加える入力をステ ッ プ入力から、 フ ィ ルタ要素を含 むステップ入力に変えることで、 モータの応答の行き過ぎを防ぎつ つ、 しかも電流指令値 I s が、 摩擦ト ルク， 外部への仕事に相当す る トルク及び加速トルクの和に相当した値に達する時間を短縮する こととなる。 .
また、 第 2の発明により、 モータの速度方向反転時では、 第 1の 発明における関数出力値 Qを求める時の入力値を一 2 · I π ( I π ：速度制御部の積分項） としていたところを、 正側から負側への反 転時には、 速度 §御部の積分項を、 〔負側定常値〕 — I r Iの値に、 負側から正側への反転時には、 〔正側定常值〕 一 I r Iに変えるか、 あるいは、 あらかじめ計算や実機の計測などであるいはォブザーバ などの手法で摩擦相当値が分かる場合は、 その値をもとに決めるこ とで、 正， 負側特性差、 特に重力の影響が大きい場合でも対応でき、 第 1の発明と同様の効果が期待できる。
また、 第 3の発明により、 モータの動き始め時においても、 関数 出力値 Qを電流措令值もしくは速度制御部の積分項に加えるタィ ミ ングが異なるだけで、 第 2の発明と同様な作用効果が期待できる。
〔図面の簡単な説明〕
第 1図は従来のサーボモータ制御回路図、 第 2図はサーボモータ の回転方向反転時におけるモータ電流とモータ速度指令及びモータ 速度との関係を示す応答図、 第 3図は真円加工時の制御加工誤差を 示す説朋図、 第 4図は本発明を実施するための制御装置のブ ック 図、 第 5図は本発明の実施例に用いる関数の例を示す特性図、 第 6 図は第 5図で示した実施例に用いる関数をプログラ ムで実現すると きの構成を説明するためのフローチヤー ト、 第 7図は本発明に係る 速度制御部を説明するためのフローチヤ一ト、 第 8図は本発明の他 の実施例における速度制御部を説明するためのフ ローチヤ一ト、 第 9図は回転方向反転検出に用いる速度指令相当値を求める処理を説 明するためのブロック図である。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 第 4図は本発明を実施するための制御装置のプロ ッ ク図である。 図中 200は数値制御装置、 16は指令発生部、 220は X軸モータ制御 部、 230は Y軸モータ制御部、 240は切削機械、 10Xは X軸モータ、 10Yは Y軸モータである。
本実施例装置内の数値制御装置 200 が、 第 1図に示した従来装置 と異なるところは、 速度演算部 21に速度方向反転検出処理を追加し、 速度制御部 12に関数部を設け、 一部処理を追加変更したところにあ る。 以下、 その異なるところを説明する。
速度方向反転検出処理は、 モータ速度 V d の符号が変化したとき に、 速度制御部 12内にコ ン ト ロールフラグとして設けられた FLAG 1 を 0から 1 に変えるものである。 速度制御部 12の関数部は、 ステツ プ入力 Pに対して応答 Qを出力とするものである。 この関数の種類 は切削機械 240 やモータ 10の摩擦トルクの特性により、 時定数は指 令発生部 16から与えられる指令の加速トルク値やサ一ボ系のゲイ ン 調整値あるいはモータ軸の剛性などで決まるバネ定数値によって選 択してよい。 関数の種類は、 例として第 5図に示すような、 （a)—定 割合増加型、 （b)指数関数型、 （c)S字型がある。 これはテーブルの形 で外部に作成しておくか、 第 6図のフローチャー トによりプログラ ムしておけばよい。 なお、 第 6図 (a)において、 ma は定数、 ィ ニシ ャル時、 N = 0 , Q= 0である。 また第 6図 (b)において、 Kb は定 数、 イ ニシャル時、 Q= 0である。 第 6図 (c)において、 mb,Tnc， md, P ,, P 2, P 3 は定数、 イニシャル時、 N= 0， Q= 0である。 ただし、 P 2= P ,-(2mb-l),
P 2 = Q .+ P 3,
P = Q ,+ P a - ^md - iTi c + 1である。
速度制御部での P I制御方式を例にとつて第 7図に示し、 説明す る o まず FLAG 1の値をチェック し （第 7図のステップ 51) 、 0であれ ば関数出力値 Qを 0、 1であれば前回の速度制御部の積分項 I の マイ ナス 2倍の値を関数入力 Pとした前記の関数 FILTER 1の出力値 を Qにセッ ト し、 FLAG 1の値を 2にセッ トする（ステツプ 52a， 52b), FLAG 1の値が 2であれば、 前回の関数出力値 0·を Q, に待避させた 後、 今回の PILTER1の出力値を Qにセッ トする。 （ステップ 52c)
次に、 前掲 (3)式の従来の速度制御部とほぽ等しい処理
I I =∑厶 V
I π-Κι · I ！ f (4)式 I r P = K V♦ Δ V
I r = I ΓΙ十 】 ΓΡ + Q
を行い、 電流指令值 I rを演算する（ステツプ 53)。
最後に、 FILTER1の出力値の変化率を CI一 で演算し、 0でか つ FLAG 1が 2であれば、
I i = I 1 + Q/K I
(5)式
FLAG 1 = 0
の処理を行う （ステップ 54)。
また、 I一 P制御方式の場合は上記 (4)式を
I I =∑ Δ V
I π = Κι♦ I I (6ぱ
Figure imgf000010_0001
I r= I π- I rP+ Q
に変更する。
第 8図は速度制御部 12での P I制御方式の他の実施例を示すフ D —チャー であり、 これを以下に説明する。
処理がィニシャルかどうかの判断を行い（第 8図のステップ 61)、 イニシャルであれば、 、 まず、 前段階として、 正側， 負側に適当な 一定速度で動かし、 定常状態になったときの速度制御部の積分項の 値をそれぞれ I rIP， I Γ Ι Μ に格納する （第 8図のステップ 62) 。
それから通常動作に入る。 通常動作に入ってからは、 まず FLAG1 の値をチニック し （第 8図のステップ 63) 、 0であれば関数出力値 Qを 0、 1のときモータの動作が正側から負側に変化したのであれ ば、 I rIM— I rIを負側から正側に変化したのであれば I rIP— I rI の値を関数入力値 Pとした前記の関数 FILTER1 の出力値を Qにセッ ト し、 FLAG 1の値を 2にセッ トする （ステツプ 64a， 64b) 。 FLAG 1 の値が 2であれば、 前回の関数出力値 Qを に待避させた後、 今 回の FILTER 1の出力值を Qにセッ トする。 （ステップ 64c)
次に、 前掲 (4)式の処理を行い、 電流指令値 I rを演算する（ステッ プ 65)。
最後に、 FILTER1の出力値の変化率を Q— で演算し、 0でか つ FLAG 1が 2であれば、 前掲 (5)式の処理を行う （ステップ 66)。
また、 I一 P制御方式の場合は前記 (4)式を前記 (6)式に変更する。 モータの動き始め時の処理は、 速度方向反転検出処理のかわりに 速度回転開始検出処理として、 モータ速度 Vd が零から弗零に変化 したときに速度制御部 12内の FLAG1 を 0から 1にする以外は速度方 向反転時と同様な処理でよい。
以下、 いくつかの応用変形例について述べる。
ロボッ トのように、 姿勢により速度制御部の積分項の定常値が変 化する場合は、 速度方向反転検出処理で FLAG1 を 0から 1にすると ころに、 そのときの速度制御部の積分項を I rIP 又は I ΓΙΜ にセッ トする処理をつけ加えることで、 I rIP， I rIM を更新し、 対応する ことができる。 一般にこの処理を追加することで、 ステップ 0は省 略できる。
また、 特に I rIP， I Π Μ の関係が I Γ Ι Ρ = · I rI„- β {a, βは定数）
であり、 "， 3が前もって実験、 計算などで明らかであり、 かつ、 動作中に変化しなければ FLAG1=1 のときの関数入力値 Pは、 その ときの速度制御部の積分項を I r Jを用いて正側から負側に変化した ときは P= ( -1) · I rI+i3、 負側から正側に変化したときは P = ( 1 - a) · I rI— となり、 I rIP， I rIM を格納する必要がなく なり、 簡単な処理で実現できる。 また、 摩擦相当値が、 あらかじめ 計算や実機の計測などで、 あるいはオブザーバなどの手法で判る場 合は、 第 8図のステツプ 62が省略でき、 I rIP， I rIM のかわりにそ の値を用いて関数入力値 Pの値を決めることができる。
また、 モータの速度方向反転時、 回転開始時に拘わらず速度制御 部の出力段に指令関数型などのフ ィルタ処理を追加することで、 FI LTER1 の処理を省略することができる。
また、 速度方向反転検出を速度指令値 Vs の符号変化として見て もよいし、 指令值発生部からの位置指令値 s から位置制御部 19と 等価な処理部 19'；と積分処理部 22とを用いて第 9図に示す演算処理 を行い、 速度指令相当値 Vc を演算し、 その符号変化や、 あるいは ォブザーバ等を用いての速度推定値の符号変化を検出してもよい。 また、 指令の型や制御系の型などにより定常速度偏差が生じる場合 は、 速度指令值 Vs や速度指令相当値 V c の符号変化から、 ある時 間をおいたタイ ミ ングをモータ速度 Vd の方向反転時とみなして処 理してよい。
次に、 関数部に、 微分要素を加え、 その出力値を速度制御部の積 分項に加え.ることで、 その関数出力値を電流指令値に反映させるこ ともできる。
また、 速度フ ィ ードバック系の制御部に微分要素を含む P I D制 御や、 I一 P D制御においても全く同様に行うことができる。 そし て、 サーボモータの種類、 つまり D Cサーボモータ、 A Cサーボモ 一夕に拘わりなく全く同様に適用することができる。
さらに、 モータの回転方向の正， 負により摩擦トルクなどに特性 差がある場合、 本願の第 2， 第 3の発明を用いず、 簡単に
Ρ = - α · I π ( α :定数）
とし、 正と負で用いる定数《の値を変えたり、 正， 負方向反転時で 用いる関数の種類や時定数を変えることにより本願の第 1の発明を 適用することができる。
以上に説明したように、 本発明においては、 モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になつてから、 又はモータの検出さ れた速度が正から非正の値又は負から非負の値になつてから、 ある いは速度指令が零から非零になつてから、 速度制御部を構成する積 分要素の値を現状積分値から負側定常値へあるいは正側定常値へ、 ある関数に従い変化させ、 その出力値を電流指令値にあるいは当該 積分項に加えることとしている。
このように、 前記の関数の特性に従うことで、 速度方向反耘時又 は回転開始時から、 フィ ルタ効果付きで速度制御部の積分項、 ある いは電流指令値を摩擦に打ち勝つ値にすばやく変化させることが実 現でき、 また方向反転時の摩擦トルクの正、 負の特性差、 特に重力 の影響を無視できない場合でもすばやく、 しかも行き過ぎることな く補償ができるので、 摩擦トルクによるサーボ系の遅れを大幅に改 善することができる。
したがって、 本発明を数値制御装置のサーボモータ制御装置に適 用すれば、 従来のような回転方向反転時あるいは回転開始時の加工 誤差を極めて小さ くでき、 加工精度の向上、 モータのすばやい応答 を達成することができる。 〔産業上の利用可能性〕
本発明は、 精密機械加工、 半導体製造、 非球面レンズ加工など、 高分解能がサーボ機構に要求される分野に利用することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. モータの速度フ ィ一ド ノ ッ クループの内側にモータの ト ルク又 は電流フィ一ドバックループが設けられ、 速度制御部がマイ クロコ ン ピュータで構成され、 かつ、 少なく とも比例及び積分要素を有す る制御器を有するサーボモータ制御装置において、
モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になってか ら、 あるいはモータの検出された速度が正から非正の値又は負から 非負の値になつてから、 前記速度制御部を構成する積分要素の値を ある関数に従い反転させ、 その出力値を電流指令値にあるいは当該 積分項に加える手段を有することを特徴とするサーボモータの制御
2. モータの速度フィ一ド ノ ックループの内側にモータのト ルク又 は電流フィ一ドバックループが設けられ、 速度制御部がマイ クロコ ンピュータで構成され、 かつ、 少なく とも比例及び積分要素を有す る制御器を有するサーボモーター制御装置において、
モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になってか ら、 あるいはモータの検出された速度が正から非正の値又は負から 非負の値になつてから、 前記速度制御部を構成する積分要素の値を、 正転する場合は正側摩擦相当値に、 負転する場合は負側摩擦相当値 になるようにある関数に従い変化させ、 その出力値を電流指令値に あるいは当該積分項に加える手段を有することを特徴とするサ一ボ モータの制御装置。
3. モータの速度指令が、 正から負の値又は負から正の値になって から、 あるいはモータの検出された速度が正から非正の値又は負か ら非負の値になつてから、 正側あるいは負側摩擦に打ち勝つ値をあ る関数に従い変化させ、 その出力値を電流指令植にあるいは当該積 分項に加えることを特徴とする請求の範囲 2に記載のサーボモータ の制御装置。
4. モータの速度フィ一ドバックループの内側にモータのトルク又 は電流フィ一ドバックループが設けられ、 速度制御部がマイ クロコ ンピューダで構成され、 かつ、 少なく とも比例及び積分要素を有す る制御器を有するサーボモータ制御装置において、
モータの速度指令が、 零から非零の值になつてから、 前記速度制 御部を構成する積分値の値を、 正転する場合は正側摩擦相当値に、 負転する場合は負側摩擦相当植になるようにある関数に従い変化さ せ、 その出力値を電流指令値にあるいは当該積分項に加える手段を 有することを特徴とするサーボモータの制御装置。
5. モータの速度指令が零から非零の値になつてから、 正側あるい は負側摩擦に打ち勝つ値をある関数に従い変化させ、 その出力値を 電流指令植にあるいは当該積分項に加えることを特徴とする請求の 範囲 4に記載のサーボモータの制御装置。
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