WO1996000934A1

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Publication number: WO1996000934A1
Application number: PCT/JP1995/001116
Authority: WO
Inventors: Yukio Toyozawa; Kazuomi Maeda; Naoto Sonoda
Original assignee: Fanuc Ltd.
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1996-01-11
Also published as: DE69522186D1; JPH0816246A; EP0717331B1; EP0717331A1; KR0154224B1; KR960001940A; US5646495A; EP0717331A4; JP3595357B2; DE69522186T2

Description

明細書

ディジタルサーボによるタンデム制御方法技術分野

本発明は、ロボットのアームや工作機械の送り軸の制御するディジタルサーボ制御に関する。特に、同一可動部材（同一軸）を複数のサーボモー夕で駆動する場合の夕ンデム制御方法に関する。

背景技術

ロボットゃ工作機械において、移動させようとする可動部材が大型で、その移動軸を駆動するモ一夕が 1 つでは加減速することができない場合や、モー夕と可動部材間のバックラッシュが大きく、可動部材を安定に移動させることができない場合等がある。このような場合には、トルク指合を 2 つのモー夕に与え、同一軸を 2 つのモ一夕で駆動するタンデム制御が行われている。

図 1 4 〜図 1 7 は、従来のディジタルサーボによる夕ンデム制御の例を示す図である。図 1 4 は可動部材を直線運動させる第 1 のタンデム制御例であり、メインモ一夕 1 0 0 とサブモー夕 1 1 0 の 2つのモー夕によって、可動部材である直線系のラック 1 2 0 の駆動を制御している。そして、メインモータ 1 0 0 からラック 1 2 0 への駆動力は、減速器 1 0 1 及びピニオン】 0 2 を介して行われ、また、サブモータ 1 1 0 からラック 1 2 0 への駆動力は、減速器 1 1 1 及びピニオン 1 1 2 を介して行われる。図】 5 は可動部材を回転運動させる第 2 のタンデム制御例であり、メインモー夕 1 0 0 とサブモー夕 1 】 0 の 2 つのモー夕によって可動部材である回転系のラック 1 2 0 の駆動を制御している。そして、各モー夕からラックへの駆動力の伝達は、前記第 1 のタンデム制御例と同様に、減速器 1 0 1 , 1 1 】及びピニオン 1 0 2 , 1 1 2 を介して行われる。

図 1 6 は可動部材を直線運動させる第 3 のタンデム制御例であり、メインモー夕 1 0 0 とサブモー夕 1 1 0 の 2 つのモー夕によってそれぞれに接続されたネジ部材 1 0 3 , 〗 1 3 を介して可動部材 1 2 1 の駆動を制御している。可動部材 1 2 1 は、一端が固定部材 1 2 2 によつて固定されている 2つのネジ部材 1 0 3 , 1 1 3 に共通に接続され、各モー夕により制御されるネジ部材 1 0 3 , 1 1 3 を介して駆動制御が行われる。

また、図〗 7 は可動部材を直線運動させる第 4 のタンデム制御例であり、可動部材】 2 3 は、メインモー夕 1 0 0 とサブモータ 1 1 0 の 2つのモー夕をその雨端に接続するネジ部材〗 0 4 によって駆動を制御している。

図 1 8 は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図である。図 1 8 に示す制御ブロックは、数値制御装置 1 によって機械テーブル 1 2 を制御するものである。機械テーブル 1 2 には伝達機構 1 0 を介してメインのサーボモー夕 6 とサブのサーボモータ 7 が接続されている。各サ一ボモー夕 6 , 7 はディジタルサーボ制御部 3からの電流指合により制御されるサーボアンプ 4からの指合によって駆動される。また、各サーボモータ 6 , 7からディジタルサーボ制御部 3への位置帰還 M i b , S f b (M f b はメインのサーボモ一夕 6の位置帰還であり、 S i bはサブのサブモー夕の位置帰還である）、及び速度帰還 V f l , V f 2 ( V f 1 はメインのサーボモータ 6の速度帰還であり、 V ί 2 はサブのサブモータの速度帰還である）は各検出器 8 , 9 を通して行われる。各サブモー夕 4 , 5からディジ夕ルザーボ制御部 3 には電流帰還により電流フィードバツクが行われている。さらに、機械テーブル 1 2からディジタルサーボ制御部 3 には、検出器〗 3 を通して機械位置帰還丁 f bがフィードバックされている。

また、数値制御装置 1 とディジタルサーボ制御部 3 との間は共通 R AM 2を介して接銃され、両者間のデータのやり取りを行っている。

さらに、図】 9 は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御プロ y クの要部のプロック図である。図 1 9の要部ブロック図において、図示しない 2つのモー夕（メインモー夕，サブモー夕）はそれぞれ電流制御部】 7 , 1 8からのメインの電流指合及びサブの電流指合によって駆動される。

位置指合 r と実位置 p と差である位置僞差 eにポジシヨンゲイン 1 4の係数 K pを掛けて速度指合 V cを求める。速度制御部〗 6は、速度指合 V c とモータの速度帰還との差である速度偏差を、通常の？ I 制御等の制御によってトルク指合 T c を求める。

メインモータの制御は、このトルク指合 T c にプリ口ードトルク T p 1 を加えて得られるトルク指合 T c 1 をメインモー夕の電流制御部 1 7 に入力することにより行われる。、一方、サブモー夕の制御は、このトルク指合 T c にプリロードトルク T p 2 を加え、反転器 1 9 を通して得られるトルク指合丁 c 2をサブモータの電流制御部 1 8 に入力することにより行われる。反転器 1 9 はメインモータとサブモー夕の回転方向によって、符号を反転させるための制御部である。反転器〗 9 は、メインモ一夕とサブモータの回耘方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。

なお、各電流制御部 1 7 , 1 8 は電流フィードバック f b を帰還して、独立して電流制御を行っている。ここで、プリロードトルク T p 1及びプリロードトルク T p 2 は、メインモー夕とサブモータを互いに張り合わせるために、速度制御部 1 6 によって演算して求めたトルク指合 T c に一定のオフセットを付加するためのトルク値である。そして、雨トルク丁 P i , T p 2の符号は、 2 つのモー夕の回転方向が同方向の場合には逆符号であり、 2つのモータの回耘方向が逆方向の場合には同符号である ο

また、位置懾差 eを求めるための実位置 ρ は、切替器 2 0 を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスであり、切替器 2 0 は機械位置帰還パルス丁 f b とモー夕位置帰還パルス M f bを切り替えることができる o

従来のディジタルサーボによるタンデム制御では、位置制御及び速度制御はメイン側でのみ行い、電流制御については各々独立して制御している。この従来の制御では、大きなバックラッシュがある場合に、メイン側に大きなトルクが必要となると、サブモー夕は速度制御を行つていないため高速で衝突することになり系の安定性が悪化する。

そこで、この様な問題を解決する手段として、図 1 9 中に示す速度帰還平均器 2 2が設けられている。この速度帰還平均器 2 2は、メインモータの速度帰還 V i 1 とサブモータの速度帰還 V f 2を反転器 1 9を通したものを入力し、その平均を求めることによってモ一夕の速度帰還量を得る。そして、これによつてサブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。

図 2 0 はタンデム制御による作 Sを説明する図である。図 2 0 において、（ a ) から（ e ) は順に各軸と可動部材との位置及びトルク指合の変化を示し、可動部材であるテーブルを俘止状憨（図の（ a ) ) から加速して（図の（ b ) ) —定速度とし（図の（ c ) ) 、次に減速して（図の（ d ) ) 再び俘止する（図の（ e ) ) 。

図 1 9で説明したように、メイン軸 1 0 5及びサブ軸 1 1 5には速度制御部で計算されたトルク指合丁 cに互いに逆方向のプリロードトルクが加えられている。したがって、メイン軸に対するトルク指合丁 c 】は、 T e l = T c + T p l となり、また、サブ軸に対するトルク指合 T c 2 は、 T c 2 = T c + T p 2 となっている。プリロードトルクは、摩擦に抗するより大きなトルクを設定しておく。

図 2 0 の（ a ) の俘止状態では、速度制御部からのトルク指合 T c がほぼ 0 なので、互いのモー夕には矢印で示す逆方向のプリロードトルクだけが指合され、逆方向 : に張り合った状態で俘止している。図 2 0 の（ b ) の加速状態では、長い矢印で示すように、速度制御部からの移動方向と同じ大きなドライブトルクが指合される。そのため、サブ軸 1 1 5 は、このドライブトルクとプリ口 — ドトルクを足し合わせた（T c + T p 2 ) のトルクが指合される。ここで、 I T c l > I T p 2 l であり、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸には移動方向と同じトルクが発生し、反対方向に移動し、加速に必要なトルクをメイン軸 1 0 5 と分担する。

図 2 0 の（ c ) の一定速度の状態では、テーブルが一定速度で移動するのに必要なドライブトルクは、短い矢印で示すように、摩擦分を相殺するのに要する程度の小さなトルクであって、 I T c l く I T P 2 I である。そし、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸】 1 5 は移動方向と逆方向のトルクが発生し、反対側に移動して、メイン軸 1 0 5 と逆方向に張り合った状態で一定速度で移動する。

図 2 0 の（ d ) の減速状態では、前記（ b ) とは逆方向の大きなドライブトルクが発生するので、メイン軸 1 0 5 は反対方向に移動して、減速に必要なトルクを分担する。さらに、図 2 0 の（ e ) の俘止状憨では、前記（ a ) と同様に、メイン軸 1 0 5及びサブ軸 1 1 5 に.は、互いに逆方向のプリ口一ドトルクによって張り合った状態で俘止する。

しかし、従来のディジタルサーボによるタンデム制御方法では、以下のような問題点がある。

( 1 ) モータと機械とをパネ系等の剛性の低い伝達機構によってつないでいる場合、その伝達機構の共振周波数は、例えば数 H zから数十 H z程度の低い周波数となる。この場合に、タンデム制御によりメインモー夕とサブモー夕を駆動すると、互いに逆方向に振動して、系が不安定となる現象が生じる問題がある。図 2 1 は従来の夕ンデム制御によるシミュレーション結果であり、図 2 1 の（ a ) 及び（ b ) は、それぞれ正と負のステップ指合を印加したときのメインモ一夕の速度とサブモー夕の速度を実線及び破線で示している。

( 2 ) また、加速時や減速時等において大きなトルクが必要となる場合には、前記図 2 0の（ b ) , ( d ) で示したように加速あるいは減速のためにドライブトルクが大きくなると、互いに逆方向に加える小さなプリロードトルクではメイン軸とサブ軸を互いに張り合った状態にしておくことができず、どちらかの軸の方に寄ってしまい、ノくックラッシュを抑えておくことができなくなるという問題が生じる。

( 3 ) 上記（ 2 ) の問題点を解決してバックラッシュの影響を抑える手段として、常に張り合う状態とするために逆方向にトルクを出すクランプ器を付加することもできる。しかし、このクランプ器を備えたタンデム制御方法では、サブモー夕が主となって駆動を行う場合に、不安定となるという問題点がある。図 8 はクランプ器を付加したときのトルク指合を説明する図である。図 8 の（ a ) において、メインモー夕を主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引っ張つている場合には、このメイン側において位置検出を行っているため、検出遅れを生じることなく制御を行うことができる。一方、図 8 の（ b ) において、サブモータを主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張つている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出していて、トルク指合を計算する速度制御部への入力である速度指合が実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて不安定となる。

発明の開示

そこで、本発明は前記した従来の問題点、及び該問題点を解決する手段によって新たに生じる問題点を解決して、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによる夕ンデム制御方法を提烘することを第】の目的とする。また、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制するタンデム制御方法を提供することを第 2 の目的とする。さらに、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提俟することを第 3 の目的とする。

本出願の第 1 の発明は、メインモー夕，サブモ一夕の 2 つのサーボモ一夕を用いて 1 つの軸を駆動する制御方法である。この制御方法は、位置制御をメインモー夕で行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモー夕で行うタンデム制御方法において、メインモー夕とサブモ一夕の速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモ一夕の雨方のトルク指合に加える。これによつて、前記第 1 の目的を達成するものである。

本発明のタンデム制御方法は、同一可動部材をメインモー夕とサブモー夕の 2つのサーボモー夕で駆動する場合の制御方法である。そして、第 1 の発明は位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモータで行う場合である。そして、第】の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモ一夕とサブモー夕の速度差にダンピング係数を乗算し、そのダンピング係数を謌整して求めることができ、このダンピング係数の謌整により補正トルクのゲインを藺整するものである。

また、第 1 の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモー夕とサブモータの速度差に位相謌整用の伝達関数を乗じ、その伝達関数の 1 次の係数を調整して求めることができ、この 1 次の係数の調整により補正トルクの位相を調整するものである。

さらに、第 1 の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモー夕とサブモー夕の速度差にダンピング係数と位相調整用の伝達関数を乗じ、そのダンピング係数と伝達関数の 1 次の係数の雨方を謌整して求めることができる。そして、このダンピング係数と 1 次の係数の調整により補正トルクのゲインと位相の雨方を調整するものである。

また、本出願の第 2 の発明は、メインモー夕，サブモ —タの 2 つのサーボモー夕を用いて 1 つの軸を駆動する制御方法である。そして、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモー夕で行うタンデム制御方法において、速度制御部からのトルク指合の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指会を抑制し、それぞれのモー夕の電流制御部には常にメインモ一夕とサブモータで異なる一方向のトルク指合を印加することにより、前記第 2 の目的を達成する。

また、第 2 の発明において行うトルク指合の抑制は、各モータにおける正方向側に対応するトルク指合はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指合は零にクランプする。

また、本出願の第 3 の発明は、メインモー夕，サブモータの 2 つのサーボモータを用いて 1 つの軸を駆動する制御方法である。そして、電流制御を各々のメインモ一夕及びサブモータで行うタンデム制御方法において、位置指合の差分である移動指合、または速度制御部の出力であるトルク指合に対応する側のモー夕において位置制御を行うことにより、前記第 3 の目的を達成する。

また、第 3 の発明における位置制御は、移動指合が正方向の場合にはメインモー夕で行い、移動指合が負方向の場合にはサブモータで行う。または、第 3 の発明における位置制御は、トルク指合が正方向の場合にはメインモ一夕で行い、トルク指合が負方向の場合にはサブンモ一夕で行う。

また、第 3 の発明における位置制御は、メインモータ側の速度指会とサブモー夕側の速度指合の差に切り替え係数を乗じた値をメインモー夕側の速度指合に加算して新たな速度指合を求め、その切り替え係数を移動指合、またはトルク指合の符号により切り替えることにより、移動指合、またはトルク指合に対応する側のモー夕の位置制御を行う。また、第 3 の発明における位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって、位置帰還を徐々に切り替えることができる。

本出願の第 1 の発明によれば、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモー夕で行うとともに、メインモー夕とサブモー夕の速度差演算し、その速度差を用いて補正トルクを求める。さらにその補正トルクをメインモ一夕とサブモータの両方のトルク指合に加えて、メインモ一夕及びサブモー夕の 2 つのサーボモー夕をタンデム制御して 1 つの軸を駆動する。これによつて、タンデム制御を行うメインモー夕とサブモー夕の速度差は減少し、モー夕と機械とがパネ系等の剛性の低い伝達機構によりつながれている場合でも、系の振動を抑制することができる。

そして、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは以下のようにして得ることができる。メインモー夕とサブモータの速度差にダンピング係数、または位相謌整用の伝達関数、もしくはダンピング係数と位相謌整用の伝達関数の両方を乗算する。また、系の出力特性が所望の特性となるようにそのダンピング係数、または伝達関数の 1 次の係数、もしくはダンピング係数と伝達関数の 1 次の係数の雨方を調整する。この謌整によって適正なトルク指合のゲイン、または位相、もしくはゲインと位相の雨方を得ることができる。

本出願の第 2 の発明によれば、位置制御をメインモー夕で行い、電流制御を各々のメインモ一夕及びサブモー夕で行うとともに、速度制御部からのトルク指合の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指合を抑制し、それぞれのモー夕の電流制御部には常にメインモ一夕とサブモー夕で異なる一方向のトルク指会を印加する。そして、メインモー夕，サブモー夕の 2 つのサーボモー夕をタンデム制御して 1 つの軸を駆動する。これによって、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制することができる。

そして、トルク指合の抑制は、速度制御部からのトルク指合に対し、各モー夕における正方向側に対応するトルク指合はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指合は零にクランプすることにより行うことができる。

本出願の第 3 の発明によれば、電流制御を各々のメインモ一夕及びサブモー夕で行うとともに、移動指合に対応する側のモー夕において位置制御を行う。これによつて、メインモー夕，サブモー夕の 2 つのサーボモー夕をタンデム制御して 1 つの軸を駆動する。これによつて、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を行うことができる。

または、トルク指合に対応する側のモ一夕において位置制御を行う。これによつて、減速時においても安定した制御を行うことができる。例えば、正方向の移動指会であっても、減速時のようにサブ側を主として駆動するような場合でも安定した制御を行うことができる。

そして、この位置制御は、移動指合、またはトルク指合が正方向の場合にはメインモー夕において行い、移動指合、またはトルク指会が負方向の場合にはサブモー夕において行う。メインモー夕側の速度指合とサブモー夕側の速度指合の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指合に加算して新たな速度指会を求め、その切り替え係数を移動指合、またはトルク指合の符号により切り替える。これによつて、実際にトルクを出しているサブ側の速度出力によつてトルク指合を計算することができ、検出遅れによる安定性に対する影響を抑制することができる。また、位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって位置帰還を徐々に切り替える。これによつて、切り替え時の速度指合の段差により生じる機械的ショックを減少させることができる。移動指合が 0 の場合には、位置制御をメインモータによって行うよう設定しておくことにより、位置決めは必ずメインモー夕で行われ、位置ずれの問題は生じない。

図面の簡単な説明

. 図 1 は、本出願の第 1 の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図、

図 2 は、本出願の第 1 の発明の実施例の位相謌整用の伝達関数のプロック図、

図 3 は、本出願の第 1 の発明の実施例の作用を説明するフローチャート、

図 4 は、本出願の第 1 の発明の実施例の薺整係数ひを変えた場合の周波数特性図、

図 5 は、本出願の第 1 の発明のシミュレ一シヨン結果図 6 は、本出願の第 2 の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図、図 7 は、第 2 の発明のクランプ回路の特性図、図 8 は、クランプ器を付加したときのトルク指合を説明する図、

図 9 は、第 2 の発明によるシミュレーション結果図 1 0 は、第 3 の発明の作用について説明するフローチャート、

図 1 1 は、第 3 の発明において位置切り替えの時定数が「 0 」のときのシミュレーション結果、

図 1 2 は、第 3 の発明において位置切り替えの時定数が「 1 0 O m s 」のときのシミュレーション結果、

図】 3 は、第 3 の発明において、位置切り替えの時定数を「 1 O O m s J とし、ダンピング補俊を行ったときのシミュレーション結果、

図 1 4 は、可動部材を直線運動させる第 1 のタンデム制御例の図、

図 1 5 は、可動部材を回転運動させる第 2 のタンデム制御例の図、

図 1 6 は、可動部材を直線運動させる第 3 のタンデム制御例の図、

図 1 7 は、可動部材を直線運動させる第 4 のタンデム制御例の図、

図】 8 は、従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図、

図 1 9 は、従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロックの要部のプロック図、図 2 0 は、クランプ器を付加したときのトルク指合を説明する図、

図 2 1 は、従来のタンデム制御によるシミュレ一ション結果めな o

発明を実施するための最良の形態以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。

(第 1 の発明の実施に適用できる構成）

はじめに、本出願の第 1 の発明の実施例を適用できる構成について説明する。図 1 は本出願の第 1 の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図である。

図 1 に示す実施例のブロック図は、ダンピング補償器 2 3 の構成を除いて、前記図〗 7 に示す従来の制御プロックとほぼ同様である。このダンピング補俊器 2 3 は、メインモー夕とサブモー夕の速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモー夕の雨方のトルク指合に加えるためのブロックである。

図 1 の要部ブロック図において、電流制御部 1 7 , 1 8 はその電流指会によって図示しない 2 つのモー夕（メインモー夕，サブモー夕）を駆動する。

位置指合 r と実位置 p と差である位置镉差 e にポジシヨンゲイン 1 4 の係数 K p を掛けて速度指合 V c を求める。 .そして、この速度指合 V c とモータの速度帰還との差である速度偏差を速度制御部 1 6 により通常の P I 制御等の制御を行って、トルク指合丁 c を求める。

2 つのモータの内、メインモー夕の制御は、トルク指合丁 c にプリロードトルク丁 P 1 を加えて得られるトルク指合 T c 1 をメインモー夕の電流制御部 1 7 に入力することにより行う。一方、サブモータの制御は、このトルク指合 T c にプリロードトルク T p 2 を加え、反転器 1 9 を通して得られるトルク指合 T c 2 をサブモー夕の電流制御部 1 8 に入力することにより行う。反転器 1 9 はメインモー夕とサブモー夕の回転方向によって、符号を反転するための制御部である。反転部 1 9 は、メインモータとサブモー夕の回転方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。

なお、各電流制御部 1 7 , 1 8 は電流フィードバック i b を帰還して、独立して電流制御を行っている。トルク指合丁 c に加えるプリロードトルク T p 1 及びプリ口 — ドトルク丁 Ρ 2 は、速度制御部 1 6 からのトルク指合 T c に一定のオフセットを付加するためのトルク値であり、メインモー夕とサブモー夕を互いに張り合わせるためのものである。プリロードトルク丁 p 】，丁 p 2 の符号は、 2 つのモ一夕の回転方向が同方向の場合には逆符号であり、 2 つのモータの回転方向が逆方向の場合には同符号である。

また、位置偏差 e を求めるための実位置 P は、切替器 2 0 を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスである。切替器 2 0は機械位置帰還パルス丁 ί b とモータ位置帰還パルス M i bを切り替えることができる c

また、速度帰還平均器 2 2は、メインモー夕の速度帰還 V f 1 とサブモー夕の速度帰還 V i 2を反転器 1 9を通したものを入力し、その平均を求めて速度指合 V cにフィードバックする。これによつて、メインモー夕とサブモータの雨者のモー夕の速度平均を速度帰還量として帰還し、サブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。

また、第 1 の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモ一夕で行うとともに、ダンピング補愤器 2 3からの補正トルクによってメインモー夕とサブモー夕の速度差が減少するように速度制御を行う。このダンピング補償器 2 3は、ダンピング係数 K cの項と位相調整用の伝達関数の項によりから構成することができる。この伝達関数は例えば定数をとし、調整係数をとし、 Sをラプラス演算子とすると、 { ( 1 + 3 ) / ( 1 +な 3 ) } により表わされるものを用いることができる。

図 2は、サンプリング時間を T s としたときの離散系における位相調整用の伝達関数をブロック図で示したものである。そして、この伝達関数は { ( 1 + 2 L /T s ) + ( 1 - 2 L/T s ) Z "¹/ ( l + 2 a L /T s ) + ( 1 - 2 a L /T s ) Ζ -^ι } により表される。また、ここで、 N。 = ( 1 + 2 L /T s ) ， N i = ( 1 - 2 L /

T s ) , D o = ( l + 2 L /T s ) , D ! = ( 1 - 2 cr L /T s ) とおくと、伝達関数は、 { (N o + N , * Z -¹ ) / ( D 。 + D L * Z "^l ) } によって表すことがでさ W ₀

したがって、トルク補正は、ダンピング係数 K cの大きさによってゲインを IS整することができ、また、調整係数 aによって位相を謌整することができる。なお、 T は位相進め、あるいは位相遅れのピークを調節するための係数である。

ダンピング補償器 2 3からの補正トルクは、メインモ —夕側へのトルク指合丁 c 1 に対しては減算させ、サブモー夕側へのトルク指合 T c 2 に対しては加算させる。この符号関係は、メインモータ側の方向を正方向としているためであり、これによつてメインモー夕とサブモ一夕の速度差を減少させる方向に補正トルクを加えることができる。

なお、上記ダンピング補俊器 2 3 は、ダンピング係数 K c の項と位相調整用の伝達関数の項の 2つの項を含む例を示しているが、何れか一方の項のみで構成することもできる。この場合には、補正トルクの大きさあるいは位相の何れかを補正することになる。

(第〗の発明の作用）

本願発明の第 1 の発明の作用を、前記図〗及び図 3 のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、メインモータとサブモー夕の速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメィンモータとサブモータの雨方のトルク指合に加えて、メインモ一夕及びサブモー夕の 2つのサーボモー夕を夕ンデム制御する部分のみについて説明し、また、ダンピングの大きさと位相の雨方を補正する場合について説明する。

はじめに、メインモー夕とサブモー夕のタンデム制御において、各モー夕の制御使用とする回転方向を調べ、雨者の回転方向が同じ方向の場合にはフラグ Fを「 0 」に設定し、逆に雨者の回転方向が異なる方向の場合にはフラグ Fを「 1 」に設定する（ステップ S 1 ) 。反転器 1 9 は、このフラグ Fによって符号の反転、非反転を行う。フラグ Fの設定の後、ダンピング補償器 2 3 のダンビング係数 K cの項と位相調整用の伝達関数の項の 1 次の係数を定める調整係数 α と定数 Lを、それぞれ初期値 K c 。と。と。に設定することによって、初期設定を行う。

これらの値より、 N。 = ( 1 + 2 L /T s ) , N 1 = ( 1 - 2 L /T s ) , D。 = ( 1 + 2 a L / T s ) , D , = C 1 - 2 a L /T s ) を計算して設定を行う（ステヅプ S 2 ) 。

次に、メインモー夕及びサブモー夕の速度を検出してモー夕の速度帰還量 V f 1 , V f 2 を求めてその値を取り込む（ステップ S 4 ) 。次に、前記ステップ S 1 で調べておいたフラグ Fの値が「 0」か「 1 」の判定する。フラグ Fの値が「 0」の場合にはステップ S 6 に進み、フラグ Fの値が「 1 」の場合にはステップ S 7 に進んでモー夕の速度帰還量 V f 1 と V i 2の差を求める（ステップ S 5 ) 。

フラグ Fの値が「 0 」の場合には、メインモー夕とサブモ一夕の回転方向が同じ方向である。そこで、モー夕の速度帰還量 V i 1 と V i 2の差を（V f 1 - V f 2 ) の演算により求める（ステップ S 6 ) 。一方、フラグ F の値が「 1 」の場合には、メインモータとサブモー夕の回転方向が逆方向である。そこで、サブ側に設けた反転器 1 9 により速度帰還やトルク指会の反転処理を行い、モー夕の速度帰還量 V i 1 と V i 2の差を（ V i 1 + V f 2 ) の演算により求める（ステップ S 7 ) 。以下、モ一夕の速度帰還量 V i 1 と V i 2の差を d Vにより表す求めたモータの速度帰還量 V ί 1 , V i 2の差 d Vから補正トルク T aを求める（ステップ S 8 ) 。この補正トルク丁 aは、モー夕の速度帰還量 V i 1 と V i 2の差 d Vに、ダンピング係数 K c と伝達関数 { ( N。 + N L • Z—¹ ) / (D。 + D i * Z -¹ ) } を乗ずることにより求めることができる。なお、図 1 では、サブモー夕の速度帰還量 2は反転器 1 9 によりメインモー夕の速度と同方向であるため、ダンピング補償器 2 3では減算を打っている o ステップ S 8で求めた補正トルク T a をトルク指合 T c 1 及び T c 2に反映させ、その補正したトルク指合により速度制御を行う（ステップ S 9 ) 。そして、速度制御により系の特性が良好なものとなったか否かを判定する（ステップ S 1 0 ) 。そして、その特性が不良である場合には、ダンピング係数 K c と調整係数ひを変更して (ステップ S 1 1 ) 、再び前記ステップ S 4 〜ステップ S 1 0を行う。

{ ( 1 + 2 L /T S ) + ( 1 - 2 L /T s ) Z—¹ / ( 1 + 2 a L / T s ) + ( 1 - 2 a L /T s ) Ζ "¹ } の伝達関数から明らかなように、調整係数 αが 1 の場合には伝達関数の値は 1 となり、位相は変化しない。図 4 は、定数 L = 0. 0 2で、調整係数 αを変えた場合の周波数特性を示しており、（ a ) は = 1 の場合、（ b ) は α = 0. 5 の場合、（ c ) 〖ま = 0. 2の場合である。図に示すように、調整係数なによって所望の周波数で必要な位相の調整を行うことができる。

この工程を繰り返すことにより振動を抑制した系を得ることができる。また、上記ダンピング補俊器の処理において、ステップ S 1 の処理は一度の設定で以後の同様のタンデム制御に共通に使用できる。また、ステップ S 2〜ステップ S I 1 の処理は該タンデム制御において割り込みが発生するごとに行う。

図 5 は、位相謌整を行わずダンピング係数 K c を 0 . 1 とした場合の本出願の第 1 の発明のシミュレーション結果である。

(第 2 の発明の実施に適用できる構成及び作用）次に、本出願の第 2 の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。図 6 は本出願の第 2 の発明の実施例の構成を説明する制御プロックの要部のプロツク図である。図 6 に示す実施例のブロック図には、本出願の第 2 の発明の構成部分を一点鎖線で囲んで示し、本出願の第 3 の発明の構成部分を,二点鎖線で囲んで示している。以下では、一点鎖線で囲んだ第 2 の発明の構成部分についてのみ説明し、その他の構成部分については第 1 の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。

第 2 の発明の実施例の構成は、一点鎖線で囲んだクランプ回路 2 4 , 2 5 の構成を除いて前記図 1 に示す第 1 の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。このクランプ回路 2 4 , 2 5 は、速度制御部 1 6 からのトルク指合丁 c にプリロードトルク T p 1 あるいは Τ ρ 2 を加算したトルク指会を入力し、そのトルク指会が各モー夕における正方向側に対応する符号のときはそのまま出力し、逆方向側に対応する符号のときは零にクランプするものである。

図 6 において、第 2 の発明の実施例では、位置制御をメインモー夕で行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモー夕で行うとともに、該メインモー夕とサブモ一夕の各電流制御部 1 7 , 】 8 に与えるトルク指合 T c 1 ， T c 2 をクランプ回路 2 4 , 2 5 によって調整する o これによつて、メインモー夕，サブモー夕の 2 つのサーボモー夕を夕ンデム制御して 1 つの軸を駆動する。

クランプ回路 2 4 はメインモー夕側において速度制御部 1 6 と電流制御部 1 7 の間に接続するクランプ回路である。図 7 の（ a ) はその特性を示している。このクランプ回路 2 4 は、入力されるトルク指合の符号がメイン側の正方向側である正のときはそのままをトルク指会として出力し、該符号が逆方向である負のとき.は零にクランプする。このクランプ回路 2 4 により、メイン側のトルク指合 T c 1 は正のトルクを出すように制御される。

一方、クランプ回路 2 5 はサブモー夕側において速度制御部 1 6 と反転器 1 9 の間に接続するクランプ回路で 'ある。図 7 の（ b ) はその特性を示している。このクランプ回路 2 5 は、入力されるトルク指合の符号がサブ側の正方向側である負のときはそのままをトルク指合として出力し、該符号が逆方向である正のときは零にクランプするものである。このクランプ回路 2 5 により、サブ側のトルク指会 T c 2 は負のトルクを出すように制御される。

したがって、クランプ回路 2 4 , 2 5 は、速度制御部 1 6 からのトルク指合 T c にプリロードトルク丁 p i あるいは T P 2 を加算したトルク指合の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指合を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモー夕とサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加する。これによつて、メインモー夕，サブモ一夕の 2 つのサーボモ一夕をタンデム制御して 1 つの軸を駆動する。これによつて、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制する。

図 8 はクランプ器を付加したときのトルク指合を説明する図である。図 8 の（ a ) において、メインモー夕を主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引つ張っている場合には、このメイン側において位置検出を行っている。そのため、図 9 の（ a ) に示すように検出遅れを生じることなく制御を行うことができる。

一方、図 8 の（ b ) において、サブモー夕を主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張つている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出する。トルク指合を計算する速度制御部への入力である速度指合は、実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて図 9 の（ b ) の不安定性を示す場合がある。

(第 3 の発明の実施に適用できる構成及び作用）次に、本出願の第 3 の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。第 3 の発明は、前記第 2 の発明においてサブモー夕を主に駆動した場合に生じる可能性のある検出遅れを解消するものである。

本出願の第 3 の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図は図 6 に示し、第 3 の発明の構成部分を二点鎖線で囲んで示している。以下では、二点鎖線で囲んだ第 3 の発明の構成部分を除いた構成についてのみ説明し、その他の構成部分については第 1 の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。

第 3 の発明の実施例の構成は、二点鎖線で囲んだ位置帰還切り替えのための構成を除いて前記図 6 に示す第 2 の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。この位置帰還切り替えのための構成は、メインモー夕側の速度指合とサブモー夕側の速度指合の差を求め、その速度指合の差に切り替え係数を乗じた値をメインモー夕側の速度指合に加算して新たな速度指合を求めるものである図 6 において、第 3 の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモータで行うとともに、移動指合が正方向の場合にはメインモー夕において行い、移動指合が負方向の場合にはサブモー夕において行うというように、移動指合に対応する側のモータにおいて位置制御を行う。これによって、メインモー夕，サブモー夕の 2 つのサーボモー夕をタンデム制御して 1 つの軸を駆動する。この実施例は、移動指合に対応する側のモータにおいて位置制御を行う場合であるが、トルク指合に対応する側モー夕において位置制御を行うことも容易に実現できる。

第 3 の発明における位置帰還切り替えは、メイン側の速度指合 V c 1 とサブ側の速度指合 V c 2 の差を求め、 - 2 1 - この差に切り替え係数 kを掛け、さらにこの値にメイン側の速度指合 V c 1 を加えて新たな速度指合 V c を作ることにより行う。なお、図 6の構成では、ポジションゲイン 1 5 の出力を反転器 1 9を通した値をサブ側の速度指合 V c 2 として求め、その値からポジションゲイン 1 4 の出力であるメイン側の速度指合 V c 1 を減算し、この減算値に位置帰還切替部 2 1 で切り替え係数 kを掛け、さらにこの演算値を速度指合 V c 〗から減算して速度指合 V cを得るよう構成している。

前記構成により得られる速度指合 V c は V c = V c 1 + k * (V c 2 — V c l ) により表される。

ここで、メインモータの正の方向に駆動する場合（移動指合が正の方向）に切り替え係数 kを「 0 」に設定す •ると、前記式から速度指合 V c は速度指合 V c 1 となつてメイン側での位置制御を行うことができる。逆に、メインモー夕の負の方向に駆動する場合（移動指合が負の方向）に切り替え係数 kを「 1 」に設定すると、前記式から速度指合 V c は速度指合 V c 2 となって、サブ側での位置制御を行うことができる。

上記例は、切り替え係数 kを「 0」と「 1 」の何れかに設定してメイン側とサブ側との位置帰還の切り替えを行うものであるが、切り替え係数 kを時定数てを用いて k = { l / ( l + r s ) } とし、時定数てに応じて徐々に位置帰還の切り替えを行うよう構成することもできるこの時定数てによって位置帰還の切り替えを徐々に行う場合には、切り替え係数 kの切り替え時の位置帰還量の相違によって生じる速度指合の差を減じて、この速度差により発生する機械的なショックを減少させることができる効果がある。

図 1 0 のフローチャートに従って第 3 の発明の作用について説明する。なお、ここでは、位置帰還の切り替え部分のみについて、ディジタルによる離散的処理を行う場合のフローによってステップ丁の符号に従って説明する

位置帰還切り替えにおいて、サンプリング時間を丁 s とし、雜散系における逐次切り替え係数を b ( n ) とし、時定数てによる変化を A = e x p (— 丁 s /て）とすると、逐次切り替え係数 b ( n ) は、

b ( n ) = A * b ( n - 1 ) + ( 1 - A) * k ( n ) となる。なお、 k ( ii ) は移動指合が正の場合には「 0 」であり、負の場合には「 1 」である。上記逐次切り替え係数 b ( n ) を用いることにより、位置帰還を時定数 τ に応じて徐々に切り替えることができる。

はじめに、位置切り替えによる位置制御を行うための初期処理を行う。この初期処理においては、前記式中に用いる時定数てによる変化 Αと逐次切り替え係数 b ( n ) 及び b 0 を初期設定する（ステップ T 1 ) 。この処理処理の後、位置指会 r の差分である移動指合 Δ Γ の符号を判定することにより、メイン側での位置帰還を行うかサブ側での位置帰還を行うかを定める（ステップ T 2 ) 。このステップ T 2での判定において、移動指合厶 r の符号が正の場合は、ステップ丁 3 においてメインモー夕が正の速度で駆動する場合の処理を行い、移動指合厶 r の符号が負の場合は、ステップ T 4 においてメインモ一夕が負の速度で駆動する場合の処理を行う。

ステップ丁 3では、前記式の k ( n ) を「 0」とすることにより b ( n ) = A · b 0 となる。また、ステップ丁 4では、前記式の k ( n ) を「 1 」とすることにより b ( n ) = A * b O + l — Aとなる。

次に、速度指会 V c 1 , V c 2を求め、この値と前記ステップ T 3及びステップ T 4で定められた逐次切り替え係数 b ( n ) を用いて、速度指合 V cを求める。速度指合 V c 1 は、位置指合 rからメインモ一夕の位置帰還パルス M ί bを減算した値（ r 一 M f b ) にポジションゲイン K pを乗ずることにより得られる。また、速度指合 V c 2 は、位置指会 rからサブモータの位置帰還パルス S ί bを減算した値（ r 一 S f b ) にポジションゲイン K pを乗ずることにより得られる。そして、速度指合

V c は速度指合 V c 2から速度指合 V c 1 を減算した値に逐次切り替え係数 b ( n ) を掛け、その値に速度指会

V c 1 を加算することにより求められる。

なお、このときの逐次切り替え係数 b ( n ) の値を逐次切り替え係数の初期値 b O としておく（ステップ T 5

) o 前記ステップ T 5 の工程で求めた速度指合 V c を速度ループに渡し、位置制御を行う（ステップ T 6 ) 。

位置切り替えによる位置制御を終了するか否かを判定し（ステップ T 7 ) 、位置切り替えによる位置制御を続行する場合には、ステップ T 2 に苠つて前記ステップ T 2 〜ステップ T 6 の工程を繰り返す。

この時定数を用いることにより、切り替えを徐々に行い、移動指合の極性が変化する場合であっても機械へのショ、ソクを減少させることができる。

図】】は、位置切り替えにおいて時定数を「 0 」としたときのシミュレーション結果である。図 1 2 は、位置切り替えにおいて時定数を「 1 0 O m s 」としたときのシミュレーション結果である。図 1 3 は、位置切り替えにおいて時定数を「 1 0 0 m s 」とし、ダンピング補俊を行ったときのシミュレーション結果である。

以上説明したように、本出願の第 1 の発明によれば、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによる夕ンデム制御方法を提供することできる。第 2 の発明によれば、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制する夕ンデム制御方法を提烘することができる。第 3 の発明によれば、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提烘することができる

Claims

請求の範囲

1 . メインモー夕，サブモータの 2 つのサーボモータを用いて 1 つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモー夕で行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモータで行うタンデム制御方法において、メインモー夕とサブモー夕の速度差を演算し、該速度差を用いて補正トルクを求め、該補正トルクをメインモー夕とサブモータの雨方のトルク指合に加えることを特徵とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。

2 . 前記補正トルクは、メインモ一夕とサブモー夕の速度差にダンピング係数を乗箕し、該ダンピング係数を藹整することにより求める請求の範囲 1 記載のディジ夕ルサーボによるタンデム制御方法。

3 . 前記補正トルクは、メインモー夕とサブモー夕の速度差に位相調整甩の伝達関数を乗じ、該伝達関数の 1 次の係数を謌整することにより求める請求の範囲項 1 、又は 2 記載のデイジタルサーボによるタンデム制御方法。

4 . メインモー夕，サブモータの 2 つのサーボモー夕を用いて】つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモー夕で行い、電流制御を各々のメインモー夕及びサブモー夕で行う夕ンデム制御方法において、速度制御部からのトルク指合の符号を検出し、該符号に応じて正又は負のトルク指合を抑制し、それぞれのモー夕の電流制御部には常にメインモー夕とサブモー夕で異なる一方向のトルク指合を印加することを特徵とするディジタルサーボによる夕ンデム制御方法。

5 . 前記トルク指合の抑制は、対応する一方向のトルク指合と逆方向のトルク指合を零にクランプするものである請求の範囲 4 記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。

6 . メインモー夕，サブモー夕の 2 つのサーボモー夕を用いて 1 つの軸を駆動する制御方法であって、電流制御を各々のメインモ一夕及びサブモー夕で行う夕ンデム制御方法において、

位置指合の差分である移動指会、または速度制御部の出力であるトルク指合に対応する側のモー夕において位置制御を行うことを特徵とするディジタルサーボによる夕ンデム制御方法。

7 . 前記位置制御は、移動指合、またはトルク指合が正方向の場合にはメインモー夕において行い、移動指合、またはトルク指合が負方向の場合にはサブモー夕において行う請求の範囲 6 記載のディジタルサーボによる夕ンデム制御方法。

8 . 前記位置制御は、メインモータ側の速度指会とサブモータ側の速度指合の差に切り替え係数を乗じた値をメィンモ一夕側の逮度指合に加算して新たな速度指合を求め、該切り替え係数を移動指合、またはトルク指合の符号により切り替えることにより、移動指合に対応する側のモータの位置制御を行う請求の範囲 6 、又は 7 記載のディジタルサーボによる夕ンデム制御方法。

9 . 前記切り替え係数は時定数を有しており、位置帰還を徐々に切り替える請求の範囲 8 記載のディジタルサ一ボによるタンデム制御方法。