WO2003005141A1

WO2003005141A1 - Systeme de servocommande et procede d'installation

Info

Publication number: WO2003005141A1
Application number: PCT/JP2001/005795
Authority: WO
Inventors: Kazuhiko Tomatsuri; Hidehiko Matsumoto; Aya Imahashi
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-16
Also published as: US20040135532A1; JPWO2003005141A1; US6949905B2; JP4678129B2

Description

明細書サ一ボ制御システム及びその設定方法技術分野

本発明は、電子カム制御において、追従遅れを補償した位置指令により、サーボモ一夕をカムパターン通りに動作させるサーポ制御システム及びその設定方法に関する。

背景技術

従来、カム動作については、シャフトに取り付けたカムの動きに連動して出力を得る機械カムが使用されていたが、この機械カムを利用する方法では、カムパターンの調整が困難なことから、シャフトの回車云と力ム形状データとの関係を登録しておき、シャフトの回転位置を検出し、その検出値に基づいてサ一ポモータを制御してカム動作を行わせる電子カムが用いられるようになつてきた。

かかる電子力ム制御において、位置指令と位置フィードバックとの差を減少させることを目的として、日本国特開平 7— 1 0 4 8 5 5号公報に開示されたサーポ制御システムがある。このサ一ポ制御システムは、位相指令 0の推移に対して予め定義された位置パターンを有する位置指令に従ってサーポ系を制御する電子カム位相制御方法において、位置指令に対するサーポ系の追従遅れによる位相遅れ量 Δ Θを位相推移速度 ωの関数として発生させ、位相遅れ量 Δ Θを位相指令に加算した信号を位置パターン発生回路に入力し、その出力信号をサ一ポ系の位置指令とする。

このようなサーボ制御システムによれば、電子カムの位相遅れを補償できるものである。しかしながら、上記サーポ制御システムは、位相遅れ量にほぼ比例した分だけ位置指令を先だしするものであるため、位相遅れ量のみを補償しているのに過ぎない。すなわち、サーポ系の追従遅れを補償したものではないので、特に、制御速度が速い場合には、第 7図に示すようにサーポ系の追従遅れが顕著となるため、カムパターンから作成された位置指令の軌跡に対してサ一ポモータの実位置の軌跡は大きく異なり、時間 t aにおいて位置指令とサーポモータの実位置の差はとなるという問題点があった。発明の開示

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電子カム制御において、サーポ系の追従遅れを補償した簡易なサーポ制御システム及びその設定方法を提供するものである。

第 1の発明に係るサーポ制御システムは、サ一ポモ一夕によりカム機構相当の動作をさせるサーポ制御システムにおいて、前記カム機構の一回転に対応する位相に対してカム形状の第 2のパターンを発生するパターン発生手段と、このパターン発生手段の第 1のパターンを時間で微分すると共に、該微分された値に定数が乗算された乗算値を求め、該乗算値から予め定められた位相を減算することにより補正パターンを発生する補正手段と、前記補正パターンを前記第 1のパターンに加算して第 2のパターンを生成すると共に、該第 2のパターンを用いて前記カム機構の一回転に対応する位相に基づいて前記サーポモ一夕の位置指令. を発生する位置指令発生手段とを備えたことを特徴とするものである。かかるサーボ制御システムによれば、補正手段が第 1のパターンを時間で微分すると共に、該微分された値に定数を乗算すると共に、前記位相から予め定められた位相を減算して、補正パターンを発生し、位置指令発生手段が前記補正パターンを前記第 1のパターンに加算して第 2 のパターンを生成すると共に、該第 2のパターンを用いて前記カム機構の一回転に対応する位相に基づいて前記サーポモー夕の位置指令を発生する。

したがって、カム制御のような繰り返し動作となる周期制御において

、第 2のパターンを用いて位置指令を発生させることにより、簡易にサ

—ポ系の追従遅れを補償できるという効果がある。

第 2の発明に係るサ一ポ制御システムの設定方法は、第 1の発明において、予め定数の値を設定し、予め定められた位相の値を僅かずつ増加させてサーポモータの位置と前記位置指令発生手段との位置指令との差が小さくなる値を、前記位相の最適値として記憶手段に記憶する第 1 のステップを実行した後、予め前記定数の値が僅かずつ増加させて前記サ一ボモータの位置と前記位置指令発生手段との位置指令との差が小さくなる値を、前記位相の最適値として記憶手段に記憶する第 2のステップを実行する、ことを特徴とするものである。

かかるサーポ制御システムによれば、簡易に最適な定数及び位相を設定できるという効果がある。

第 3の発明に係るサーポ制御システムは、第 1の発明において、定数が、サーポシステムにおける位置制御ゲインの逆数である、ことを特徴とするものである。

かかるサ一ポ制御システムによれば、簡易に定数を設定できるという効効果がある

図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の一実施例を示すサ一ポ制御システムの全体構成図である。

第 2図は、第 1図に示すサーポ制御システムの指令部をハードウエアにより示したサ一ボ制御システムの全体構成図である。

第 3図は、第 1図に示すサ一ポ制御システムの指令部を除くサーポ制御系のブロック線図である。

第 4図は、速度指令及び実速度の時間曲線である。

第 5図は、本発明の一実施例によるパラメ一夕の設定を示すフローチャ一卜である。

第 6図は、この実施例による補正位置指令、位置指令、実位置の時間曲線である。

第 7図は、従来のサ一ポ制御システムによる位置指令、実位置対時間の曲線である。発明を実施するための最良の形態

実施例 1 .

本発明の一実施例を第 1図及び第 2図によって説明する。第 1図は本発明の一実施例を示すサ一ポ制御システムの全体構成図、第 2図は第 1 図に示す指令部をハードウェアにより示したサ一ボ制御システムの全体構成図である。

第 1図及び第 2図おいて、サーポ制御システム 1は、位置指令を生成して発生する指令部 1 0と、指令部 1 0の指令に基づいてサーポモー夕 7 2を駆動制御する駆動制御部 5 0と、サ一ポモー夕 7 2に流れる電流を検出すると共に、インターフエ一ス (以下、 I Z Fという） 6 5に入力する電流センサ 7 0と、サ一ボモータ 7 2の回転角度を検出すると共に、 I / F 6 7に入力するエンコーダ 7 4とから成っている。

第 1図において、指令部 1 0は、 C P Uの処理概念を示すもので、力ム機構の一回転に対応する位相に基づいて原カムパターン（第 1のパ夕ーン）を発生するパターン発生手段としての原カムパターン発生器 1 1 と、後述する係数 Tp、位相 Dを設定するパラメータ設定器 12と、原カムパターンを時間で微分すると共に、該微分された値に係数（定数） T pを乗算して乗算値を求め、該乗算値からカム機構の一回転に対応する位相より予め定められた位相 Dを減算して得られた補正カムパターン（補正パターン）を発生する補正手段としての補正器 14と、補正器 14の補正カムパターンに原カムパターンを加算して第 2のパターンを生成すると共に、カム機構の位相指令に基づいて位置指令を発生する位置指令発生手段としての位置指令器 16とから成っている。

第 2図において、サ一ポ指令部 10のハードウェア構成は、 CPU2 2と、 CPU22に接続されたカムメモリ 24、パラメ一タメモリ 25 、 R〇M26、 I /F 28, 29とから成っており、カムメモリ 24には、原カムパターンが記憶され、パラメ一タメモリ 25には、後述する係数 TP，位相 Dが記憶されており、 ROM26には、原カムパターンを時間で微分すると共に、該微分された値に係数（定数） Τρを乗算して乗算値を求め、該乗算値からカム機構の一回転に対応する位相より予め定められた位相 Dを減算して得られた補正カムパターン（補正パターン）を発生する演算式等（後述の（1 1)式）が記憶されている。

なお、 I/F 28の出力が駆動制御部 50に入力され、 I /F 29にエンコーダ 74の出力が接続されている。

駆動制御部 50は、位置制御ループ、速度制御ループ、電流制御ループの三つの制御ループから形成されており、 I /F 6 7から読み込まれたエンコーダ 74の回転角度に基づく位置検出値と指令部 1 0から位置指令と減算して偏差を求める減算器 5 1と、減算器 5 1に接続された位置制御器 53と、 I ZF 67から読み込まれた回転角度に基づく速度検出値と位置制御器 5 3からの速度指令とを減算して偏差を求める減算器 55と、減算器 55に接続された速度制御器 57と、 IZF 65から読み込まれた電流センサ 70の電流値と速度制御器 57からの電流指令とを減算する減算器 59と、減算器 59に接続された電流制御器 6 1を介して入力が接続されると共に、出力がサ一ポモ一夕 72に接続される電力変換器 6 3とから成っている。

位置制御ループは、位置制御器 53、速度制御器 57、電流制御器 6

1、電力変換器 63、サ一ポモータ 72、エンコーダ 74 I /F 67 から成り、速度制御ループは、速度制御器 57、電流制御器 61、電力変換器 63、サ一ポモータ 72、エンコーダ 74 I/F 67から成り、電流制御ループは、電流制御器 6 1、電力変換器 63、電流センサ 7 0 I /¥ 65から成っている。

指令部 10から従来通りの位置指令（補正器 14が存在しない）が発生しているサ一ポ制御システムにおいて、追従遅れ量を考慮したカムパターンについて以下に検討する。

追従遅れ量とは位置指令 P_{re f} (PLS) とサーポモ一夕 72の実位置の差である溜りパルス量であるので、追従遅れを考慮した補正位置指令 P _rev (PLS) は位置指令 P_{r e f}に溜りパルス P_{d i i} (PLS) を加算した指令となり、下式となる。

r ev^ re i + d i f , · · 、1)

ここで、速度制御ループ及び電流制御ループは、位置制御ループに比ベて応答が十分速いので、第 3図に示すようにサ一ボ制御システムの制御系は、サ一ボモータ 7 2の実位置 P_a (PLS) は位置指令 P_{r e i},位置制御ゲイン K_p，積分器 1 /Sを有する位置制御ループの一次遅れ系と仮定できる。

したがって、サーポモ一夕 72の実位置 P_aは位置指令 P_{r e f} との関係について下式を得る。

P_a= { 1/ (1 +T_p · S) } ■ P_r e f * · · (2) ここで、 T =1ZK_P， K_P :位置制御ゲイン s：ラプラス演算子

ここで、位置指令 Pre f,実位置 P_aを時間 tの微分となる速度指令 V _{r e f} (PLS/s) , 実速度 V_a (PLS/s) を示すと下式となる。

V_ref = dP_{re f}/d t=P_{re f} ' (3)

V_a=dP_a/d t=P_a '

- {S/ (1 +T_P · S) } · P_{re f} · · · (4)

溜りパルス P_{d i f}は、位置指令 P_{re f}と実位置 P_aとの差となり下式となる。

この（5) 式の P_aに（2) 式を代入して、下式となる。

P_{d i}f= (1- 1/ ( ΐ+τ_ρ · S) } P_{re f}

=T_P . S . P_{re f}Z (1+T_P . S)

=T_P - V_a (6)

上記（5) 式を上記（1) 式に代入すると下式なる。

丄 ref + I dif

上記（7) 式において、補正位置指令 i\_evは、位置指令! \_{e f}に原カムパターンの指令に基づいた制御結果となる実速度 v_aを加算したものであり、実速度 V_aに依存するので、予め原カムパターンと実軌跡のずれがあることを前提に成立している。サーポ制御システム 1を第 3図に示すように一次遅れ系と仮定しているので、第 4図に示すように速度指令 V_{re f}を入力したとき、時間関数となる実速度 V_a (t) は時間 d (s) ずれた時間関数の速度指令 V_{re f} (t— d) とほぼ等しくなり、下式となる。

V_a (t) =V_{re f} (t -d) (8) 上記（4) 〜（8) 式より溜りパルス P_{d i i}は位置指令 P_{re f}より算出できる。

P_dif = _p · v_a (t) =τ_ρ · v_ref (t-d)

=T_P · P_{re f} ' (t -d) (9)

式（1) 及び式（7) より下式となる。

p r e v― p r e f +¹ p d i f

-P_{re f} + T_p · P_{re f} ' (t-d) · · · · (10) この（10) 式より、補正位置指令 P_{re v}は位置指令 P_{r e f}のみで算出できる。

電子カム制御において位置指令は、位相に対する位置周期が記述された原カムパターン F\_{e f}に基づいて作成されているので、上記（10) 式における時間 t dを位相 0 (° ) , D (° ) に置き換えることができ、位相 0, Dに置き換えた位置指令としての位置指令器 14から発生させる位置指令としての第 2のパターン F_revは下式となる。

F_rev = F_{re f} + T_p · F_{re f} ' (Θ -Ό) (11) しし、 Ρ^~ -^ " r ^ f θ― D )

F_h :補正カムパターン

上記 (11) 式より、カムの動作は繰り返しとなる周期制御であるため、原カムパターン（第 1のパターン） F _{re f}により追従遅れを考慮した補正カムパターン F_hを算出し、補正カムパ夕一ン F_hを原カムパターン F _{r e f}に加算して第 2のパターン F _{r e v}を生成し、位相指令に従って位置指令を作成することにより補正位置指令を容易に得ることができる。

上記係数 T pおよび位相 Dの設定について第 2図及び第 5によって説明する。第 5図は、係数 T_pおよび位相 Dの設定の順序を示すフローチヤ一トである。まず、初期値として位相 D=0、係数 T_p=l、試運転の回数を示す試運転回数フラグ 0、位相 Dの決定フラグ 0を入力部（図示せず）から入力してパラメ一夕メモリ 25に記憶する（ステップ S 101) 。 CP U12は、パラメ一タメモリ 25から位相 D、係数 T_pを読み出し（ステツプ S 103) 、今回値 Cをゼロとする（ステップ S 105) 。指令部 10から試運転指令を発生して駆動部 50を介してサ一ポモー夕 7 2を駆動し（ステップ S 107) 、 CPU12はカムが一回転したか否かをエンコーダ 74の角度値を IZF 19から読み込んで判断し（ステップ S 109) 、まだ一回転していないので、一回転するまでの指令値 P_{re f} と実位置 P_aとの差（溜りパルス） P_{d i f}を求め、位相 Dに対応された今回値 Cを差 P _d i _fと前回値 Cとの和により求めてパラメ一夕メモリ 25に記憶する（ステップ S 111) 。

ステップ S 109において、 CPU12はサ一ポモータ 72の駆動が継続してエンコーダ 74の角度値を I /F 19から読み込んでカムが一回転したと判断すると（ステップ S 109) 、指令部 10が試運転停止指令を、駆動部 50を介して与えてサ一ポモ一夕 72を停止させる（ステップ S 113) 。

CPU12は、試運転が初回か判断し（ステップ S 1 15) 、試運転回数フラグがゼロであるので、今回値 Cを最小値 C_{m i n}にすると共に、試運転回数フラグをゼロから 1にし（ステップ S 1 19) 、位相 Dを、ステップ S 119にて今回値 Cとして設定した最小値 C_minに対応する最適位相 D_mとしてパラメ一夕メモリ 25に記憶する（ステップ S 12

0) 。 CPU12は、位相 Dが決定済か否かを判断し（ステップ S 12

1) 、位相 Dの決定フラグがゼロであるので、位相 D≥ 360 ° か否かを判断する（ステップ S 123) 。まだ、位相 D<360 ° であるので

、 CPU12は、今回位相 Dを前回位相 Dに予め定められた位相 Adに加えて作成し、今回位相 Dをパラメ一夕メモリ 25に記憶する（ステツプ S 125) 。

CPU 1 2は、パラメ一夕メモリ 2 5から位相 D、係数 T_pを読み出し（ステップ S 10 3) 、上記のようにステップ S 105〜ステップ S 1 1 3を実行し、試運転が初回か否かを試運転回数フラグにより判断し (ステップ S 1 1 5) 、該フラグが 1であるので、最小値 C_{mi n}と前回値 Cとを比較し（ステップ S 1 17) 、最小値 C_{mi n}>今回値 Cであれば、今回値 Cを最小値 C_{mi n}とし（ステップ S I 1 9) 、位相 Dを、ステツプ S 1 19にて今回値 Cとして設定した最小値 C_{mi n}に対応する最適位相 D_mとしてパラメ一夕メモリ 2 5に記憶する（ステップ S 1 20 一方、ステップ S 1 17において、最小値 C_{mi n}く今回値 Cであれば、 C P U 1 2は位相 Dが決定されているか否かを位相 Dの決定フラグにより判断するが、該フラグがゼロであるので（ステップ S 1 31) 、再び、ステップ 12 1において位相 Dが決定されているか判断し (ステツプ S 121) 、決定されていないので、位相 D≥ 360 ° を判断し（ステツプ S 123) 、まだ、位相 Dく 360 ° であるので、今回値 Dを前回値 Dと Adとの和により求めてパラメ一夕メモリ 25に記憶する（ステツプ S 125) 。

再び、 CPU 1 2は、パラメ一夕メモリ 25から位相 D、係数 T pを読み出し（ステップ S 103) 、位相 D≥360 ° に達するまで上記のようにステップ S 1 0 5〜ステップ S 1 2 1を実行し、 CPU 1 2は、最も位置指令 P _{r e f} と実位置 P _aとの差が少ない値に対応した最適位相 D_mをパラメ一夕メモリ 2 5に記憶されると共に、位相 Dの決定フラグを 1にする (S 1 27)

次に、最適位相 D_mが決定されたので、最適係数 T_pmを決定する。 CPU12は、パラメ一夕メモリ 25から最適位相 D_m、係数 T_pを読み出し（ステップ S 103) 、上記ステップ S 103〜S 117を実行し、 CPU12は、最適位相 D_mが決定されているので（ステツプ S 131)、今回係数 T_pを前回係数 T_pに予め定められた微小な位相△ t_pに加えて作成してパラメ一タメモリ 25に今回係数 T_pを記憶する（ステップ S 129) 。 CPU12は上記のようにステップ S 103〜ステップ S 129を繰り返すことにより、ステップ S 117 において、 CPU12は、最小値 C_min>今回値 Cを判断し、今回値 C>最小値 C_minであれば、位相 Dが決定されているか判断し（ステップ S 131) 、位相 Dの決定フラグが 1であるので、前回係数 T_p _mが位置指令 P _{r e} fと実位置 P _aとの差が少ない最適な係数 T _pmとして、前回係数 Tpを今回係数 Τ_Ρ_Δ t _pにより求め（ステップ S 13 3) 、最適な係数 T_pmをパラメ一タメモリ 25に記憶する（ステップ S 135) 。

上記のようにして設定された最適な位相 D_m，係数 T_pmを用いたサ一ポ制御システムの動作を第 1図によって説明する。

起動指令が発生すると、指令部 10では、原カムパターン発生器 1 1 から原カムパターンを発生して補正器 14に入力し、パラメ一夕設定器 ' 12から係数 T_p、位相 Dを読み出して補正器 14に入力し、補正器 1 4は P_{re i} + T_p · P_{re i} ' (t— d) を演算すると共に、補正パターン (補正値）を出力して位置指令器 16に入力し、位置指令器 16は、力ムの位相指令の推移と、補正パターンとに基づいて位置指令を発生し、駆動制御部 50を介してサーボモータ 72を駆動する。

このようしてサ一ポ制御システム 1を動作させた結果を時間対位置の曲線として第 6図に示すように、原カムパターンから最適な係数 T_p _w,位相 D_mに基づいて作成された位置指令器 14から発生した補正位置指令によれば、原パターンと位相指令とに基づいた原位置指令に対して実位置の軌跡はほぼ等しくなることが確認されたのである。

産業上の利用可能性

以上のように、本発明に係るサ一ポ制御システム及びその設定方法は、電子カムを制御するものに用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . サーポモータによりカム機構相当の動作をさせるサーポ制御システムにおいて、

5 前記カム機構の一回転に対応する位相に対してカム形状の第 1のパ

' ターンを発生するパターン発生手段と、

このパターン発生手段の第 1のパターンを時間で微分すると共に、該微分された値に定数が乗算された乗算値を求め、該乗算値から予め定められた位相を減算することにより補正パ夕一ンを発生する補正手段と、 1 0 前記補正パターンを前記第 1のパターンに加算して第 2のパターンを生成すると共に、該第 2のパターンを用いて前記カム機構の一回転に対応する位相に基づいて前記サ一ポモータの位置指令を発生する位置指令発生手段と、

を備えたことを特徴とするサーポ制御システム。

1 5 2 . 予め前記定数の値を設定し、予め定められた前記位相の値を僅かずつ増加させて前記サ一ボモー夕の位置と前記位置指令発生手段の位置指令との差が小さくなる値を、前記位相の最適値として記憶手段に記憶する第 1のステップを実行した後、

予め前記定数の値を僅かずつ増加させて前記サ一ポモータの位置と 20 前記位置指令発生手段の位置指令との差が小さくなる値を、前記定数の最適値として記憶手段に記憶する第 2のステップを実行する、ことを特徴とする請求の範囲 1に記載のサーボ制御システムの設定方法。

3 . 前記定数は、前記サーボシステムにおける位置制御ゲインの逆数で

25 ある、

ことを特徴とする請求の範囲 1に記載のサーポ制御