WO2018042554A1 - サーボ制御装置 - Google Patents

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章 田辺
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

Definitions

  • the present invention relates to a servo control device for driving an industrial machine such as a machine tool.
  • an apparatus for driving an industrial machine is configured to operate with a motor connected via a mechanical transmission mechanism to transmit power to a moving object to be driven, and the motor operates in a target operation pattern.
  • a servo control device for driving the motor based on a position command signal input from the controller and a detection signal of a detector connected to the motor to detect a position or speed.
  • the servo control device has a problem that the trajectory tracking performance is lowered due to an error component such as friction and backlash existing in the mechanical system acting as a disturbance.
  • an error component such as friction and backlash existing in the mechanical system acting as a disturbance.
  • a technique such as lost motion correction in which a correction amount is added to a torque command when the moving body starts from a stopped state is used.
  • a machine end detector such as a linear scale that detects the machine end position is used in combination.
  • a full closed control system that uses these detection values for position feedback control.
  • the full-closed control method has a problem in that the tracking performance is also deteriorated when a torsional deviation occurs due to mechanical elastic deformation at the motor end position or the machine end position to be driven.
  • Patent Document 1 a movement amount of the motor end position after the moving body is stopped is obtained, a position for starting correction is determined based on the movement amount and a direction after the movement command is resumed, and the lost motion is calculated.
  • a technique for performing acceleration control for correction from a correction start position is disclosed.
  • the acceleration control amount includes the backlash acceleration speed, the impact relaxation, and the like.
  • the processing is complicated because it is necessary to calculate the speed, the elastic deformation acceleration speed, and the static friction acceleration speed in combination.
  • Another problem is that when an error remains in the behavior after correction, it is not possible to easily determine which parameter needs to be readjusted.
  • the present invention has been made in view of the above, and is capable of improving trajectory tracking performance at start-up with simpler processing when repeatedly moving and stopping in the same direction in full-closed control.
  • the object is to obtain a device.
  • the present invention provides a detection value of a machine end position output by a detector that detects the position of a mechanical system and a detector connected to a motor that drives the mechanical system.
  • This is a servo control device that calculates a torque command for the motor so that the machine end position follows a position command input from the outside using the detected value of the motor end position to be output as position feedback.
  • the present invention relates to the deviation between the motor end position and the machine end position from the time when the position command starts the stop instruction in the movement direction following the instruction to move in the movement direction to the time when the start in the movement direction is instructed.
  • the movement direction of the motor end position is corrected on the basis of the change amount of the motor.
  • the servo control device has an effect that it is possible to improve the trajectory tracking performance at the start in a case where the movement and the stop in the same direction are repeated in the fully closed control with a simpler process.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a correction amount calculation unit according to the first embodiment. Waveform diagram showing the locus of the motor end position and the machine end position at the time of correction in the first embodiment
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a table driving apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the table driving device 100 is a servo control device 1 that performs servo control, a motor 2 that is driven by the servo control device 1, a detector 3 that is connected to the motor 2, and a shaft coupling that is connected to the motor 2.
  • the mechanical device includes a coupling 4, a ball screw 5 connected to the coupling 4, a table 6 driven by the ball screw 5, and a machine end detector 7 that detects the position of the table 6 that is a mechanical system. .
  • FIG. 1 shows the configuration of only one motor 2, trajectory control such as controlling the XY table is usually realized by driving a plurality of axes.
  • the servo control device 1 has, as means for detecting the position of the table 6 to be moved, the detector 3 connected to the motor 2 for detecting the motor end position and the position of the table 6 operating on the linear axis.
  • Two detectors, a machine end detector 7 that directly detects a certain machine end position, are used.
  • a specific example of the detector 3 is an encoder, and the detected value of the motor end position output from the detector 3 is a value corresponding to the position of the table 6.
  • a specific example of the machine end detector 7 is a linear scale, and the machine end detector 7 outputs a detected value of the machine end position.
  • the servo control device 1 receives the motor end position that is the detection value of the detector 3 and the machine end position that is the detection value of the machine end detector 7.
  • the configuration of the servo control device 1 that uses the machine end position as position feedback in addition to the motor end position is generally referred to as a fully closed control system.
  • the servo control device 1 includes a position control unit 8 that calculates a speed command, a Laplace calculation unit 9 that differentiates a position signal, a speed control unit 10 that calculates a torque command, and a voltage control unit that applies a voltage to the motor 2. 11 and a correction amount calculation unit 12 that outputs a correction amount of the motor end position.
  • the position control unit 8 calculates and outputs a speed command based on a difference between a position command input from an external controller (not shown) and a machine end position output from the machine end detector 7. To do.
  • the speed control unit 10 calculates and outputs a torque command based on the difference between the speed command output by the position control unit 8 and the output of the Laplace calculation unit 9.
  • the Laplace calculating unit 9 outputs a value obtained by differentially calculating the position signal indicating the motor end position output from the detector 3 and converting the speed.
  • the voltage control unit 11 generates a voltage command based on the torque command output from the speed control unit 10 so that the motor 2 generates a desired torque, and drives the motor 2 by applying a voltage to the motor 2. .
  • Servo control device 1 provided with position control unit 8, Laplace calculation unit 9 and speed control unit 10 as a basic configuration calculates a torque command for motor 2 so that the machine end position follows the position command.
  • the servo control device 1 includes a correction amount based on the position command, the motor end position, and the machine end position in addition to the position control unit 8, the Laplace calculation unit 9, the speed control unit 10, and the voltage control unit 11. And a correction amount calculation unit 12 that calculates and outputs the calculated value to the position control unit 8.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration when the function of the servo control device 1 according to the first embodiment is realized by a computer.
  • the function of the servo control device 1 is realized by a CPU (Central Processing Unit) 51, a memory 52, an interface 53 for receiving a position command, and a dedicated circuit 54 including an inverter.
  • Some of the functions of the position control unit 8, the Laplace calculation unit 9, the speed control unit 10, and the correction amount calculation unit 12 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is described as a program and stored in the memory 52.
  • the CPU 51 implements the functions of each unit by reading and executing the program stored in the memory 52.
  • the step of executing the operations of the position control unit 8, the Laplace calculation unit 9, the speed control unit 10, and the correction amount calculation unit 12 is executed as a result.
  • a memory 52 is provided for storing the program to be executed. Further, it can be said that these programs cause the computer to execute the procedures or methods of the position control unit 8, the Laplace calculation unit 9, the speed control unit 10, and the correction amount calculation unit 12.
  • the memory 52 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Nonvolatile Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Memory).
  • a semiconductor memory, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, and a DVD (Digital Versatile Disk) are applicable.
  • a part of the functions of the position control unit 8, the Laplace calculation unit 9, the speed control unit 10, and the correction amount calculation unit 12 may be realized by software or firmware.
  • the servo control device 1 can realize the above-described functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a block diagram of a configuration of the correction amount calculation unit 12 according to the first embodiment.
  • the correction amount calculation unit 12 includes a stop determination unit 13 that determines whether or not the position command instructs a stop in the movement direction, and a start that determines whether or not the position command instructs a start in the movement direction.
  • the moving direction is a direction in which the servo control device 1 corrects the motor end position.
  • the determination result of the stop determination unit 13 is output to the during-stop change amount calculation unit 16, and the determination result of the start determination unit 14 is output to the start time correction amount calculation unit 17.
  • the moving direction is a direction in which the deviation occurs.
  • the stop determination unit 13 determines whether or not the position command instructs a stop in the positive direction of the Y axis, which will be described later, which is the movement direction.
  • the start determination unit 14 determines whether or not the position command instructs to start the Y axis in the positive direction, which is the moving direction.
  • the deviation calculation unit 15 calculates and outputs a deviation that is the difference between the movement direction positions of the two. To do.
  • the deviation is a constant value when the mechanical system moves at a constant speed in the moving direction. This deviation occurs because there is backlash in the movement direction of the mechanical system, and in order for the machine end position to follow the position command, the motor end position must be advanced in the positive direction of the Y axis by the amount of backlash. .
  • the during-stop change amount calculation unit 16 receives the determination result of the stop determination unit 13, and in the position locus section where the stop determination unit 13 determines that the position command instructs to stop in the positive direction of the Y axis.
  • the amount of change from the start of the deviation input from the deviation calculator 15 is calculated and output. Specifically, the stop determination unit 13 determines that the position command instructs to stop the Y axis in the positive direction following the instruction to move the Y axis in the positive direction, and stops when the position command instructs to stop.
  • the change amount calculation unit 16 during stop uses the deviation at the start point when the position command instructs the stop in the positive direction of the Y axis as an initial value, and thereafter Calculate and output the amount of change in deviation from the initial value.
  • the start determination unit 14 instructs the start of the position command in the positive direction of the Y axis. It is determined that The starting correction amount calculation unit 17 receives the determination result of the start determination unit 14, and when the start determination unit 14 determines that the position command instructs to start the Y axis in the positive direction, the change amount during stop at that point The change amount of the deviation output by the calculation unit 16 is output as a correction amount.
  • the start-time correction amount calculation unit 17 is in a stop state from the time when the position command starts the stop instruction in the positive direction of the Y axis, which is the moving direction, to the time when the start instruction in the positive direction of the Y axis is instructed
  • the amount of change in the deviation between the motor end position and the machine end position is latched when the position command instructs to start the Y axis in the positive direction, and is output as a correction amount in the positive direction of the motor end position in the Y axis.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing the locus of the motor end position and the machine end position at the time of correction in the first embodiment.
  • the effect of the correction calculation performed by the correction amount calculation unit 12 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 shows the position locus when the position command changes on the XY plane, with the horizontal axis being the X-axis direction and the vertical axis being the Y-axis direction.
  • the direction from the left to the right in FIG. 4 is the positive direction of the X axis, and the direction from the bottom to the top of the paper is the positive direction of the Y axis.
  • a machine end locus that is a solid position locus represents a machine end position locus
  • a motor end locus that is a dashed position locus represents a motor end position locus.
  • the position command instructs the movement direction to stop once and then move again, that is, start, with respect to the positive direction of the Y axis that is the movement direction. .
  • the position command instructs the positive direction of the X axis to move once after stopping, and then stop again after stopping, as opposed to the positive direction of the Y axis.
  • the stop change amount calculation unit 16 calculates the change amount.
  • the amount of change is an absolute value of the amount of decrease in deviation.
  • the correction amount which is the change amount latched when the position command instructs the start in the positive direction of the Y axis, is transferred from the correction amount calculation unit 12 to the position control unit 8 in the positive direction of the Y axis. Is input as a position correction amount of the motor end position. Based on the received correction amount, the position control unit 8 has the same deviation in the positive direction of the Y-axis as the motor end position at the time when the position command instructs the start in the positive direction of the Y-axis. Correct the speed command as follows. If the speed command is corrected, the torque command is also corrected. As a result, the motor end position is corrected in the positive direction of the Y axis so as to have the same deviation in the positive direction of the Y axis as in the movement before stopping. Will be.
  • the motor end position is corrected so as to advance in the movement direction by the above-described change amount. Is done.
  • the motor end position is moved so that the deviation at the time when the position command instructs the start in the positive direction of the Y-axis becomes equal.
  • the method for correcting the motor end position in the movement direction at the time when the position command indicates start in the movement direction based on the correction amount output by the correction amount calculation unit 12 is not limited to the above method. Specifically, the speed control unit 10 may directly correct the torque command based on the correction amount output from the correction amount calculation unit 12.
  • the time for the motor end position to reach a position having a deviation corresponding to the mechanical twist required for the machine end position to operate in accordance with the position command can be shortened, and the track following performance is improved. Can be made.
  • the correction amount at the start is calculated. That is, the correction amount at the time of starting is determined in consideration of the influence of the torsion error of the mechanical system that appears due to the difference between the two detection positions of the motor end position and the machine end position. This makes it possible to improve the trajectory tracking performance at the start of movement when the movement and stop in the same direction are repeated in the full-closed control method with a simple process, thereby suppressing a decrease in mechanical accuracy.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

Abstract

機械系（６）の位置を検出する検出器（７）が出力する機械端位置の検出値と機械系（６）を駆動するモータ（２）に接続された検出器（３）が出力するモータ端位置の検出値とを位置フィードバックとして用いて、機械端位置が外部から入力される位置指令に追従するようにモータ（２）に対するトルク指令を演算するサーボ制御装置（１）において、位置指令が移動方向への移動の指示に引き続いて移動方向での停止の指示を開始した時点から移動方向への始動を指示する時点までのモータ端位置と機械端位置との偏差の変化量に基づいて、モータ端位置の移動方向の補正を行う。

Description

サーボ制御装置
　本発明は、工作機械といった産業用機械装置を駆動するサーボ制御装置に関する。
　産業用機械装置を駆動する装置は、一般に、駆動対象となる移動体に動力を伝えるために機械的な伝達機構を介して接続されるモータと、モータが目標とする運転パターンで動作するようにコントローラから入力される位置指令信号とモータに接続されて位置または速度を検出する検出器の検出信号とに基づいてモータを駆動させるサーボ制御装置と、を備える。
　ここで、サーボ制御装置においては、機械系に存在する摩擦およびバックラッシといった誤差成分が外乱として作用することで軌跡追従性能が低下するといった問題があることが知られている。この問題に対して、摩擦による誤差の発生を抑制する方法として移動体が停止状態から始動する際にトルク指令に補正量を加算するロストモーション補正といった手法が用いられている。
　また、駆動対象となる移動体の現在位置を検出する方法として、上記したモータに接続されたエンコーダといった検出器に加えて、リニアスケールのような機械端位置を検出する機械端検出器を併用して、これらの検出値を位置のフィードバック制御に用いるフルクローズド制御方式がある。
　フルクローズド制御方式では、モータ端位置または駆動対象の機械端位置に機械的な弾性変形といった原因によるねじれの偏差が発生した場合に、やはり軌跡追従性能が低下するといった問題があった。
　フルクローズド制御方式におけるこのような機械的な偏差による軌跡追従性能の低下を抑制するために、モータ端位置と機械端位置に応じてトルク補正量を調整するモータ制御装置が提案されている。
　具体的には、特許文献１においては、移動体の停止後のモータ端位置の移動量を求め、この移動量と移動指令再開後の方向に基づいて補正を開始する位置を定め、ロストモーションを補正する加速制御を補正開始位置から行う技術が開示されている。
特開平６－１３８９２２号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、予め実験的にバックラッシ量およびねじれ量を演算しておいてメモリに格納しておく必要があるとともに、加速制御量は、バックラッシ加速速度、衝撃緩和速度、弾性変形加速速度および静摩擦加速速度を組み合わせて演算する必要があり処理が複雑になるといった問題があった。また、補正後の挙動に誤差が残存する場合において、どのパラメータを再調整する必要があるかについて簡易に判断できないといった点も問題であった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フルクローズド制御において同方向への移動および停止を繰り返す場合における始動時の軌跡追従性能をより簡易な処理で向上させることが可能なサーボ制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、機械系の位置を検出する検出器が出力する機械端位置の検出値と機械系を駆動するモータに接続された検出器が出力するモータ端位置の検出値とを位置フィードバックとして用いて、機械端位置が外部から入力される位置指令に追従するようにモータに対するトルク指令を演算するサーボ制御装置である。本発明は、位置指令が移動方向への移動の指示に引き続いて移動方向での停止の指示を開始した時点から移動方向への始動を指示する時点までのモータ端位置と機械端位置との偏差の変化量に基づいて、モータ端位置の移動方向の補正を行うことを特徴とする。
　本発明にかかるサーボ制御装置は、フルクローズド制御において同方向への移動および停止を繰り返す場合における始動時の軌跡追従性能をより簡易な処理で向上させることが可能になるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかるテーブル駆動装置の構成を示すブロック図 実施の形態１にかかるサーボ制御装置の機能をコンピュータで実現する場合のハードウェア構成を示す図 実施の形態１にかかる補正量演算部の構成を示すブロック図 実施の形態１における補正時のモータ端位置および機械端位置の軌跡を示す波形図
　以下に、本発明の実施の形態にかかるサーボ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるテーブル駆動装置１００の構成を示すブロック図である。
　テーブル駆動装置１００は、サーボ制御を行うサーボ制御装置１と、サーボ制御装置１に駆動されるモータ２と、モータ２に接続されている検出器３と、モータ２に接続された軸継手であるカップリング４と、カップリング４に接続されたボールネジ５と、ボールネジ５が駆動するテーブル６と、機械系であるテーブル６の位置を検出する機械端検出器７と、を備えた機械装置である。
　図１では、モータ２の回転運動がカップリング４およびボールネジ５を介して移動対象となるテーブル６を直線駆動している。図１では、１つのモータ２のみの構成を示しているが、通常は複数の軸を駆動させることでＸ－Ｙテーブルを制御するといった軌跡制御を実現する。
　ここで、サーボ制御装置１は、移動対象であるテーブル６の位置を検出する手段として、モータ２に接続されてモータ端位置を検出する検出器３と、直線軸で動作するテーブル６の位置である機械端位置を直接的に検出する機械端検出器７と、の２つの検出器を用いる。検出器３の具体例はエンコーダであり、検出器３が出力するモータ端位置の検出値はテーブル６の位置に対応する値である。機械端検出器７の具体例はリニアスケールであり、機械端検出器７は、機械端位置の検出値を出力する。そして、サーボ制御装置１は、検出器３の検出値であるモータ端位置と、機械端検出器７の検出値である機械端位置と、を受け取っている。このようにモータ端位置に加えて機械端位置を位置フィードバックとして用いるサーボ制御装置１の構成を一般的にフルクローズド制御方式という。
　サーボ制御装置１は、速度指令を演算する位置制御部８と、位置信号を微分演算するラプラス演算部９と、トルク指令を演算する速度制御部１０と、モータ２に電圧を印加する電圧制御部１１と、モータ端位置の補正量を出力する補正量演算部１２と、を備える。
　サーボ制御装置１においては、図示しない外部のコントローラから入力される位置指令と機械端検出器７から出力される機械端位置との差分に基づいて、位置制御部８が速度指令を演算して出力する。
　速度制御部１０は、位置制御部８が出力した速度指令とラプラス演算部９の出力との差分に基づいて、トルク指令を演算して出力する。ここで、ラプラス演算部９は、検出器３から出力されるモータ端位置を示す位置信号を微分演算して速度換算した値を出力している。
　電圧制御部１１は、速度制御部１０が出力したトルク指令に基づいて、モータ２が所望のトルクを発生させるように電圧指令を生成し、モータ２に電圧を印加することでモータ２を駆動させる。
　位置制御部８、ラプラス演算部９および速度制御部１０を基本的な構成として備えたサーボ制御装置１は、機械端位置が位置指令に追従するようにモータ２に対するトルク指令を演算する。
　実施の形態１にかかるサーボ制御装置１は、位置制御部８、ラプラス演算部９、速度制御部１０および電圧制御部１１に加えて、位置指令、モータ端位置および機械端位置に基づいて補正量を算出して位置制御部８に出力する補正量演算部１２を備えている。
　図２は、実施の形態１にかかるサーボ制御装置１の機能をコンピュータで実現する場合のハードウェア構成を示す図である。この場合、サーボ制御装置１の機能は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）５１、メモリ５２、位置指令を受け取るためのインタフェース５３およびインバータを含んだ専用回路５４により実現される。位置制御部８、ラプラス演算部９、速度制御部１０および補正量演算部１２の機能の一部は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５２に格納される。ＣＰＵ５１は、メモリ５２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、サーボ制御装置１は、その機能がコンピュータにより実行されるときに、位置制御部８、ラプラス演算部９、速度制御部１０および補正量演算部１２の動作を実施するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５２を備える。また、これらのプログラムは、位置制御部８、ラプラス演算部９、速度制御部１０および補正量演算部１２の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ５２とは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）といった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）が該当する。
　また、位置制御部８、ラプラス演算部９、速度制御部１０および補正量演算部１２の各機能について、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。
　このように、サーボ制御装置１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　図３は、実施の形態１にかかる補正量演算部１２の構成を示すブロック図である。
　補正量演算部１２は、位置指令が移動方向での停止を指示しているか否かを判定する停止判定部１３と、位置指令が移動方向への始動を指示しているか否かを判定する始動判定部１４と、モータ端位置と機械端位置との偏差を演算する偏差演算部１５と、偏差の変化量を演算する停止中変化量演算部１６と、補正量を出力する始動時補正量演算部１７と、を備える。ここで、移動方向とはサーボ制御装置１がモータ端位置の補正を行う方向である。停止判定部１３の判定結果は停止中変化量演算部１６に出力され、始動判定部１４の判定結果は始動時補正量演算部１７に出力される。ここで、移動方向とは、上記偏差が発生する方向である。
　停止判定部１３は、位置指令が移動方向である後述するＹ軸の正方向での停止を指示しているか否かを判定する。始動判定部１４は、位置指令が移動方向であるＹ軸の正方向への始動を指示しているか否かを判定する。偏差演算部１５は、検出器３から出力されるモータ端位置と機械端検出器７から出力される機械端位置とに基づいて、両者の移動方向の位置の差である偏差を演算して出力する。偏差は、機械系が移動方向に一定の速度で運動する場合には一定の値となる。この偏差は、機械系の移動方向にバックラッシが存在し、機械端位置を位置指令に追従させるためにはモータ端位置をバックラッシ量の分だけＹ軸の正方向に先行させる必要があるために生じる。
　停止中変化量演算部１６は、停止判定部１３の判定結果を受け取り、位置指令がＹ軸の正方向での停止を指示していると停止判定部１３が判定している位置軌跡の区間において、偏差演算部１５から入力された偏差の停止開始からの変化量を演算して出力する。具体的には、位置指令がＹ軸の正方向への移動の指示に引き続いてＹ軸の正方向での停止を指示したと停止判定部１３が判定し、位置指令が停止を指示したと停止判定部１３が判断する状態が継続した場合に、停止中変化量演算部１６は、位置指令がＹ軸の正方向での停止を指示した開始時点における偏差を初期値として、その後は、偏差の初期値からの偏差の変化量を演算して出力する。
　位置指令がＹ軸の正方向での停止を指示した状態からＹ軸の正方向への再度の移動を指示する際は、始動判定部１４は位置指令がＹ軸の正方向への始動を指示したと判定する。始動時補正量演算部１７は、始動判定部１４の判定結果を受け取り、位置指令がＹ軸の正方向への始動を指示すると始動判定部１４が判定した時点で、その時点において停止中変化量演算部１６が出力した偏差の変化量を補正量として出力する。すなわち、始動時補正量演算部１７は、位置指令が移動方向であるＹ軸の正方向での停止の指示を開始した時点からＹ軸の正方向への始動を指示する時点までの停止中におけるモータ端位置と機械端位置との偏差の変化量を、位置指令がＹ軸の正方向への始動を指示した時点でラッチして、モータ端位置のＹ軸の正方向の補正量として出力する。
　図４は、実施の形態１における補正時のモータ端位置および機械端位置の軌跡を示す波形図である。図４を用いて補正量演算部１２による補正演算による効果について説明する。図４は、横軸がＸ軸方向で、縦軸がＹ軸方向であり、Ｘ－Ｙ平面における位置指令変化時の位置軌跡を示している。図４の紙面左から右に向かう方向がＸ軸の正方向であり、紙面下から上に向かう方向がＹ軸の正方向である。図４において、実線の位置軌跡である機械端軌跡は、機械端位置の軌跡を表しており、破線の位置軌跡であるモータ端軌跡は、モータ端位置の軌跡を表している。
　図４の機械端軌跡に示されるように、位置指令は、移動方向であるＹ軸の正方向に対して、移動後、一旦移動を停止し、その後再度移動すなわち始動するように指示している。また、位置指令は、Ｘ軸の正方向に対しては、Ｙ軸の正方向とは逆に、停止後、一旦移動するように指示し、その後再度停止するように指示している。
　弾性変形の影響といった原因によりＹ軸の正方向に機械的なねじれが発生している場合には、図４に示すように機械端位置の軌跡が位置指令の軌跡となるように動作させると、先に述べたように、モータ端位置がＹ軸の正方向に先行して進むことにより偏差が発生している。そして、位置指令がＹ軸の正方向での停止を継続して指示している停止中には、この機械的なねじれが停止時間とともに解消されることにより、モータ端位置はＹ軸の負方向に移動して偏差の絶対値が減少するように変化する。停止中変化量演算部１６は、この変化量を演算している。ここで、変化量は偏差の減少量の絶対値とする。
　そして、位置指令がＹ軸の正方向への始動を指示する時点でラッチされた上記変化量である補正量が、補正量演算部１２から位置制御部８に移動方向であるＹ軸の正方向におけるモータ端位置の位置補正量として入力される。位置制御部８は、受け取った補正量に基づいて、位置指令がＹ軸の正方向での始動を指示した時点のモータ端位置が停止前の移動時と同じ偏差をＹ軸の正方向に有するように速度指令を補正する。速度指令が補正されればトルク指令も補正されることになり、結果的に、停止前の移動時と同じ偏差をＹ軸の正方向に有するようにモータ端位置がＹ軸の正方向に補正されることになる。
　以上のように、実施の形態１にかかるサーボ制御装置１においては、位置指令がＹ軸の正方向での始動を指示した時点で、モータ端位置が上記変化量だけ移動方向に進むように補正される。その結果、移動方向であるＹ軸の正方向への移動の指示に引き続いたＹ軸の正方向での停止の指示を位置指令が開始した時点における偏差と、Ｙ軸の正方向での停止の指示の後にＹ軸の正方向への始動を位置指令が指示する時点における偏差とが等しくなるようにモータ端位置が移動する。
　なお、補正量演算部１２が出力する補正量に基づいて、位置指令が移動方向での始動を示した時点におけるモータ端位置を移動方向に補正する方法は上記方法に限られない。具体的には、補正量演算部１２が出力する補正量に基づいて、速度制御部１０がトルク指令を直接補正してもかまわない。
　以上により、機械端位置が位置指令に沿って動作するのに必要となる機械的ねじれ量に対応する偏差を有する位置にモータ端位置が到達する時間を短縮することができ、軌跡追従性能を向上させることができる。
　以上説明したように、実施の形態１にかかるサーボ制御装置１においては、フルクローズド制御方式を用いた機械装置において、移動が停止した方向におけるモータ端位置と機械端位置との偏差の停止中の変化量に基づいて、始動時の補正量を算出する。すなわち、モータ端位置と機械端位置の２つの検出位置の差で現れる機械系のねじれ誤差の影響を考慮して始動時の補正量を決定する。これにより、フルクローズド制御方式において同方向への移動および停止を繰り返す場合の移動開始時における軌跡追従性能を簡易な処理で向上させることが可能となり、機械的な精度低下を抑制することができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　サーボ制御装置、２　モータ、３　検出器、４　カップリング、５　ボールネジ、６　テーブル、７　機械端検出器、８　位置制御部、９　ラプラス演算部、１０　速度制御部、１１　電圧制御部、１２　補正量演算部、１３　停止判定部、１４　始動判定部、１５　偏差演算部、１６　停止中変化量演算部、１７　始動時補正量演算部、５１　ＣＰＵ、５２　メモリ、５３　インタフェース、５４　専用回路、１００　テーブル駆動装置。

Claims (4)

  1. 　機械系の位置を検出する検出器が出力する機械端位置の検出値と前記機械系を駆動するモータに接続された検出器が出力するモータ端位置の検出値とを位置フィードバックとして用いて、前記機械端位置が外部から入力される位置指令に追従するように前記モータに対するトルク指令を演算するサーボ制御装置において、
    　前記位置指令が移動方向への移動の指示に引き続いて前記移動方向での停止の指示を開始した時点から前記移動方向への始動を指示する時点までの前記モータ端位置と前記機械端位置との偏差の変化量に基づいて、前記モータ端位置の前記移動方向の補正を行う
    　ことを特徴とするサーボ制御装置。
  2. 　機械系の位置を検出する検出器が出力する機械端位置の検出値と前記機械系を駆動するモータに接続された検出器が出力するモータ端位置の検出値とを位置フィードバックとして用いて、前記機械端位置が外部から入力される位置指令に追従するように前記モータに対するトルク指令を演算するサーボ制御装置において、
    　前記位置指令が移動方向への移動の指示に引き続いて前記移動方向での停止の指示をしてから前記移動方向への始動を指示する場合に、前記モータ端位置は、前記位置指令が前記停止の指示を開始した時点における前記モータ端位置と前記機械端位置との偏差と前記位置指令が前記始動を指示する時点における前記偏差とが等しくなるように移動する
    　ことを特徴とするサーボ制御装置。
  3. 　前記位置指令が前記移動方向での停止を指示しているか否かを判定する停止判定部と、
    　前記位置指令が前記移動方向への始動を指示しているか否かを判定する始動判定部と、
    　前記偏差を演算する偏差演算部と、
    　を備える
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のサーボ制御装置。
  4. 　前記位置指令と前記機械端位置との差分に基づいて速度指令を演算する位置制御部と、
    　前記速度指令と前記モータ端位置を微分した値との差分に基づいて前記トルク指令を演算する速度制御部と、
    　を備え、
    　前記位置制御部は、前記変化量に基づいて前記速度指令を補正する
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のサーボ制御装置。
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