WO2026018441A1 - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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WO2026018441A1
WO2026018441A1 PCT/JP2024/026020 JP2024026020W WO2026018441A1 WO 2026018441 A1 WO2026018441 A1 WO 2026018441A1 JP 2024026020 W JP2024026020 W JP 2024026020W WO 2026018441 A1 WO2026018441 A1 WO 2026018441A1
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WO
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acceleration
deceleration
time constant
moving average
average filter
Prior art date
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PCT/JP2024/026020
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English (en)
French (fr)
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宏紀 日▲高▼
直矢 小出
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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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
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration

Definitions

  • This disclosure relates to a control device.
  • the control device disclosed herein solves the above problem by smoothing the speed using dummy data that is not output to the servo when switching the time constant, thereby preventing speed steps from occurring.
  • One aspect of the present disclosure is a control device that includes an acceleration/deceleration unit that performs acceleration/deceleration processing using a moving average filter to adjust the amount of movement in each control cycle for controlling a servo motor, for interpolated data that commands the amount of movement for each control cycle, and a servo control unit that controls the servo motor based on the interpolated data that has been accelerated/decelerated, and when performing acceleration/deceleration processing on the interpolated data before and after the time constant is switched, the acceleration/deceleration unit inserts a dummy pulse into the moving average filter and performs acceleration/deceleration processing that takes the dummy pulse into account.
  • FIG. 2 is a schematic hardware configuration diagram of a control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic function of a control device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of interpolated data.
  • 10A and 10B are schematic diagrams showing an example in which acceleration/deceleration processing is performed on interpolated data;
  • 10A and 10B are schematic diagrams illustrating an example in which acceleration/deceleration processing is further performed on interpolated data after acceleration/deceleration processing;
  • 10A and 10B are schematic diagrams showing examples of interpolation data before and after the time constant is switched;
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example in which a speed step occurs.
  • 10A and 10B are schematic diagrams showing examples of interpolated data subjected to acceleration/deceleration processing according to the prior art; 10A and 10B are schematic diagrams illustrating calculations of a moving average filter in acceleration/deceleration processing. 10A and 10B are schematic diagrams illustrating calculations of a moving average filter in acceleration/deceleration processing. 10A and 10B are schematic diagrams showing the transition of the output movement amount when acceleration/deceleration processing is performed.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process.
  • 10A and 10B are schematic diagrams showing the transition of the output movement amount when double acceleration/deceleration processing is performed;
  • based on XX means “based on at least XX,” and includes cases where it is based on other elements in addition to XX. Furthermore, “based on XX” is not limited to cases where XX is used directly, but also includes cases where it is based on XX that has been calculated or processed. "XX” is any element (for example, any information).
  • FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing the main parts of a control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the control device 1 of the present disclosure can be implemented as a motor control device that controls a motor that drives industrial machinery such as a machine tool or a robot.
  • the control device 1 of the present disclosure can also be implemented as a numerical control device that controls industrial machinery equipped with a moving object that moves when driven by a motor, based on a numerical control program or the like.
  • An example of implementation as a numerical control device that controls based on a numerical control program or the like will be described below.
  • the CPU 11 provided in the control device 1 of the present disclosure is a processor that controls the entire control device 1.
  • the CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 22 and controls the entire control device 1 in accordance with the system program.
  • the RAM 13 temporarily stores temporary calculation data, display data, and various data input from outside.
  • the non-volatile memory 14 is composed of, for example, a battery-backed memory (not shown) or an SSD (Solid State Drive), and retains its stored state even when the control device 1 is powered off.
  • the non-volatile memory 14 stores operation programs and data read from the external device 72 via the interface 15, data and operation programs input via the input device 71, and various data acquired from the industrial machinery 3.
  • the operation programs and data stored in the non-volatile memory 14 may be expanded into the RAM 13 when executed/used.
  • various system programs such as well-known analysis programs are pre-written in the ROM 12.
  • the interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the control device 1 to an external device 72 such as a USB memory, CompactFlash (registered trademark), or SD card.
  • an external device 72 such as a USB memory, CompactFlash (registered trademark), or SD card.
  • operation programs and various data used to control the industrial machinery 3 can be read from the external device 72.
  • operation programs and various data edited within the control device 1 can be stored in the external device 72.
  • the PLC (programmable logic controller) 16 outputs signals to the industrial machinery 3 and its peripheral devices (for example, tool changers, actuators such as robots, and sensors attached to the industrial machinery 3) via the I/O unit 17 using a sequence program built into the control device 1.
  • the PLC 16 also receives signals from various switches on an operation panel installed on the main body of the industrial machinery 3 and from peripheral devices, performs the necessary signal processing, and then passes the signals to the CPU 11.
  • the display device 70 displays various data loaded into memory, data obtained as a result of executing operating programs and system programs, etc., output via the interface 18.
  • the input device 71 which is comprised of a keyboard, pointing device, etc., transmits commands and data based on operations by the operator to the CPU 11 via the interface 19.
  • the interface 20 is an interface for connecting the CPU 11 of the control device 1 to a wired or wireless network 5.
  • the network 5 may communicate using technologies such as serial communication such as RS-485, Ethernet (registered trademark), optical communication, wireless LAN, Wi-Fi (registered trademark), or Bluetooth (registered trademark).
  • Other control devices 4, fog computers 6, cloud servers 7, etc. are connected to the network 5, and data is exchanged between the network 5 and the control device 1.
  • the axis control circuit 30 for controlling the drive axes of the industrial machinery 3 receives position commands related to the drive axes from the CPU 11 and outputs commands for the drive axes to the servo amplifier 40.
  • the servo amplifier 40 receives these commands and drives the servo motors 50 related to the drive axes, moving each part of the industrial machinery 3 along its respective axis.
  • Each servo motor 50 has a built-in position detector, and feeds back a position feedback signal from this position detector to the axis control circuit 30.
  • the axis control circuit 30 performs feedback control of the servo motor 50 based on this position feedback signal.
  • FIG. 1 shows only one axis control circuit 30, servo amplifier 40, and servo motor 50, in reality there are as many as there are drive axes of the industrial machinery 3 to be controlled.
  • axis control circuits 30, servo amplifiers 40, and servo motors 50 are provided to move the spindle to which the tool is attached and the workpiece relatively in the directions of the three linear axes and two rotational axes (X-axis, Y-axis, Z-axis, A-axis, and C-axis).
  • the spindle control circuit 60 receives a spindle rotation command and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 61.
  • the spindle amplifier 61 receives this spindle speed signal and rotates the spindle motor 62 of the industrial machine 3 at the commanded rotation speed, driving the spindle.
  • a position coder 63 is connected to the spindle motor 62.
  • the position coder 63 outputs a feedback pulse in synchronization with the rotation of the spindle, and this feedback pulse is read by the CPU 11.
  • the control device 1 may be configured as a separate entity from the industrial machinery 3.
  • the control device 1 and the industrial machinery 3 may be connected by a signal line or the like, or may be connected via a network.
  • the control device 1 may also be connected to the industrial machinery 3 by being incorporated into the industrial machinery 3.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the functions of the control device 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the functions of the control device 1 according to this embodiment are realized by the CPU 11 of the control device 1 shown in FIG. 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the control device 1.
  • the control device 1 of this embodiment includes a program analysis unit 100, an interpolation unit 120, an acceleration/deceleration unit 130, and a servo control unit 150. Furthermore, the RAM 13 through non-volatile memory 14 included in the control device 1 store in advance a control program 200, such as a numerical control program containing commands for controlling the industrial machine 3.
  • a control program 200 such as a numerical control program containing commands for controlling the industrial machine 3.
  • the program analysis unit 100 sequentially reads blocks included in the control program 200 and analyzes the commands related to the operation of the industrial machine 3 by those blocks. Then, based on the analysis results, it creates command data that commands the operation of the industrial machine 3.
  • the analysis by the program analysis unit 100 is based on parameters set in the control device 1 and the settings of the industrial machine 3. For example, if a block read from the control program 200 is a command to move a moving object of the industrial machine 3, the command data created by the program analysis unit 100 is the movement amount and rotation amount related to at least one axis related to the movement, or the combined movement amount and rotation amount of multiple drive axes, and outputs this to the interpolation unit 120.
  • a block read from the control program 200 commands the operation of the spindle motor 62, it creates data that commands the rotation amount of the spindle motor 62 and outputs this to the control unit 140.
  • the program analysis unit 100 outputs data that commands the rotation operation of the servo motor 50 to the interpolation unit 120. It also outputs other command data that controls the operation of the industrial machine 3 to the control unit 140.
  • the interpolation unit 120 creates interpolation data that indicates the amount of movement or rotation for at least one axis, or the combined amount of movement or rotation for multiple drive axes, per predetermined interpolation period (control period) based on the command data output by the program analysis unit 100.
  • the amount of movement per interpolation period is indicated, for example, by the number of pulses.
  • the interpolation unit 120 outputs the created interpolation data to the acceleration/deceleration unit 130.
  • the acceleration/deceleration unit 130 performs acceleration/deceleration processing on the interpolated data created by the interpolation unit 120, adjusting the amount of movement in each interpolation cycle to prevent sudden acceleration or deceleration.
  • the acceleration/deceleration unit 130 performs acceleration/deceleration processing using, for example, a moving average filter.
  • the acceleration/deceleration unit 130 may also perform acceleration/deceleration processing by applying a double filter, for example.
  • the interpolated data that has undergone acceleration/deceleration processing is then output to the servo control unit 150.
  • the control unit 140 controls each part of the industrial machine 3 based on the command data created by the program analysis unit 100. For example, based on the command data created by the program analysis unit 100, the control unit 140 creates control commands for the spindle motor 62 equipped in the industrial machine 3, signals for controlling peripheral devices, etc., and outputs them to the industrial machine 3. The control unit 140 also acquires the status of each part of the industrial machine 3 as feedback values and uses them for each control process.
  • the control unit 140 includes a servo control unit 150 that controls the servo motor 50 equipped in the industrial machine 3. The servo control unit 150 controls the movement amount of the servo motor 50 for each interpolation period based on the interpolation data that has been accelerated and decelerated by the acceleration/deceleration unit 130.
  • the output movement amount in a predetermined interpolation period is set to the average value of the input movement amounts in interpolation periods of a predetermined width adjacent to the interpolation period.
  • This predetermined width is the size of the moving average filter.
  • the size of the moving average filter is defined by a time constant. In other words, the size of the moving average filter has the same value as the time constant.
  • the output movement amount y (t) in a predetermined interpolation period Pt can be calculated using the following equation 1, where x(t) is the input movement amount in the predetermined interpolation period Pt and k is the size of the moving average filter.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of interpolation data created by the interpolation unit 120.
  • the movement amount per interpolation period in the interpolation data is represented by the amount of pulses.
  • the interpolation data shown in FIG. 3 commands the servo motor 50 to move 10 pulses (10 unit movement amounts) per interpolation period P from time t1 onward. Since these 10 unit movement amounts are the movement amount per interpolation period, they represent a command speed F.
  • the acceleration/deceleration unit 130 performs acceleration/deceleration processing on such interpolation data to prevent sudden acceleration and deceleration.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example in which the acceleration/deceleration unit 130 performs acceleration/deceleration processing on the interpolated data shown in FIG. 3.
  • the example in FIG. 4 shows a case in which the size of the moving average filter is set to 5 and acceleration/deceleration processing is performed on the interpolated data shown in FIG. 3. In this way, by performing acceleration/deceleration processing on the interpolated data, the movement amount per interpolation cycle is adjusted so that sudden acceleration does not occur when the servo motor 50 accelerates.
  • Figure 5 is a schematic diagram showing an example in which further acceleration/deceleration processing is performed on the interpolated data after the acceleration/deceleration processing shown in Figure 4.
  • acceleration/deceleration processing is performed with a moving average filter size of 5, as in the example of Figure 4.
  • the movement amount for each interpolation cycle is adjusted so that speed and acceleration changes also result in smooth acceleration and deceleration.
  • a delay occurs in the time it takes to reach the commanded speed. For example, if acceleration/deceleration processing is not performed as shown in FIG. 3, and the servo motor 50 is controlled based on the interpolated data, the speed of the servo motor 50 reaches the commanded speed F at time t1 . However, if acceleration/deceleration processing is performed once using a moving average filter of size 5 as shown in FIG. 4, the commanded speed F is reached at time t5 , and if acceleration/deceleration processing is performed twice as shown in FIG. 5, the commanded speed F is reached at time t9 . At this stage, there are still pulses remaining to be processed in the moving average filter.
  • the time constant may be switched during acceleration/deceleration processing by the moving average filter. For example, suppose the moving average filter size is set to 5 for the cutting feed command and 3 for the fast-forward command.
  • the time constant may be switched not only when switching between cutting feed and fast-forward as in the example, but also during the cutting feed command or the fast-forward command.
  • FIG. 6 consider a case in which interpolated data is generated based on the cutting feed command up to time t5 , and interpolated data is generated based on the fast-forward command from time t6 onward.
  • the interpolated data generated based on the cutting feed command has not yet been output at time t5 ; specifically, approximately 20 pulses remain unoutput.
  • the remaining pulses before the time constant was switched and the pulses based on the command after the time constant was switched are integrated and output as the movement amount. This results in a speed step, as shown in FIG. 7 .
  • the time constant is switched after the output of the pulse in response to the previous command is completed, and then the pulse in response to the next command is output, as illustrated in FIG.
  • the acceleration/deceleration unit 130 inserts a dummy pulse after the moving average filter during acceleration/deceleration processing by the moving average filter before the time constant is switched to compensate for any remaining pulses that were not output before the time constant was switched. Furthermore, in acceleration/deceleration processing by the moving average filter after the time constant is switched, the acceleration/deceleration unit 130 inserts a dummy pulse before the moving average filter to continue the movement from before the time constant was switched. This dummy pulse is used in calculations by the moving average filter, but is not output as the amount of movement.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating calculations of a moving average filter in acceleration/deceleration processing by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • FIG. 9 illustrates an example of acceleration/deceleration processing performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment on interpolated data based on the cutting command illustrated in FIG. 6 .
  • the moving average filter is represented by multiple connected rectangular frames. Note that the time constant of the cutting feed command is five interpolation periods. Each frame of the moving average filter numerically indicates the number of pulses used to calculate the output movement amount at each time.
  • the right side of the frame of the moving average filter numerically indicates the number of pulses in the interpolation period at a newer time, and the left side indicates the number of pulses in the interpolation period at an older time. Furthermore, the circled numbers within the frame indicate the number of dummy pulses.
  • the output movement amount is calculated based on the number of pulses at time t1 and the number of pulses up to four interpolation periods prior to that, as illustrated in FIG. 9 .
  • FIG. 9 when 10 pulses are input as interpolated data at time t1 , the output movement amount is calculated based on the number of pulses at time t1 and the number of pulses up to four interpolation periods prior to that, as illustrated in FIG. 9 .
  • FIG. 9 when 10 pulses are input as interpolated data at time t1 , the output movement amount is calculated based on the number of pulses at time t1 and the number of pulses up to four interpolation periods prior to that, as illustrated in FIG. 9 .
  • the output movement amount is calculated by the moving average filter as time progresses.
  • the interpolated data based on the cutting feed command decreases to 0.
  • the acceleration/deceleration unit 130 of this embodiment performs acceleration/deceleration processing as if a dummy pulse had been input. In the example of FIG. 9, this is treated as if 10 dummy pulses had been input.
  • the input dummy pulses may be the number of pulses required to maintain the commanded speed.
  • the calculation of the output movement amount by the moving average filter continues in this manner.
  • the acceleration/deceleration processing for the interpolated data based on this command is terminated.
  • the final calculated output movement amount is less than the commanded speed, it is adjusted appropriately with the output movement amount in other interpolation periods so that the commanded speed can be maintained until the end.
  • the accumulated value of the output movement amount reaches 50, matching the number of input pulses for the interpolated data based on the cutting command. Therefore, the acceleration/deceleration processing for the interpolated data based on the cutting command is terminated at this stage, and the acceleration/deceleration processing for the interpolated data based on the subsequent fast-forward command is started.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating calculations of a moving average filter in acceleration/deceleration processing by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • FIG. 10 illustrates an example of acceleration/deceleration processing performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment on interpolated data based on the fast-forward command illustrated in FIG. 6 .
  • the time constant for the fast-forward command is set to three interpolation periods.
  • the acceleration/deceleration processing for the interpolated data of the command after the time constant is switched begins in the interpolation period following the interpolation period in which calculation of the output movement amount based on the acceleration/deceleration processing for the interpolated data of the command before the time constant is switched is completed.
  • calculation of the output movement amount based on the interpolated data based on the fast-forward command begins at time t8 , which is the interpolation period following time t7 , in which calculation of the output movement amount based on the acceleration/deceleration processing of the previous command is completed.
  • the acceleration/deceleration unit 130 sequentially inserts interpolated data in chronological order so that the first interpolated data is placed in the center frame of the moving average filter (or the frame immediately to the left of the center if the size is even), and then adds dummy pulses necessary to maintain the specified speed to achieve the command speed. Then, processing begins.
  • the moving average filter is filled with 10 dummy pulses corresponding to the command speed.
  • the center of the moving average filter contains 10 pulses input as interpolated data based on the fast-forward command at time t6 and 10 pulses input as interpolated data based on the fast-forward command at time t7 .
  • the output movement amount is calculated based on these pulse numbers. The calculation of the output movement amount by the moving average filter continues in this manner.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the transition of the output movement amount when acceleration/deceleration processing is performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • acceleration/deceleration processing is performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment, there is almost no speed difference before and after switching the time constant.
  • the movement commanded before the time constant is switched can be naturally connected to the movement commanded after the time constant is switched, unnecessary acceleration/deceleration is eliminated, and the cycle time can be shortened.
  • movement according to a fast-forward command is initiated at time t10 , and the commanded speed is reached at time t12 .
  • movement according to a fast-forward command is initiated at time t8 , and movement is performed at the commanded speed at the start of movement.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration process by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • FIG. 12 shows an example in which the time constant of the second moving average filter in the cutting feed command is set to three interpolation periods for the cutting feed interpolation data that has been subjected to acceleration/deceleration processing using a dummy pulse, and the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment further performs acceleration/deceleration processing.
  • the cutting feed interpolation data that has been subjected to the first acceleration/deceleration process using a dummy pulse is as shown in FIG. 11. As illustrated in FIG.
  • the output movement amount is calculated by the moving average filter as time progresses.
  • the acceleration/deceleration unit 130 of this embodiment performs acceleration/deceleration processing as if dummy pulses had been input. In the example of FIG. 12, this is treated as if 10 dummy pulses had been input.
  • the input dummy pulses may be the number of pulses required to maintain the commanded speed.
  • the calculation of the output movement amount by the moving average filter continues in this manner, and when the integrated value of the output movement amount becomes the same as the number of interpolated data input, the acceleration/deceleration processing for the interpolated data based on that command is terminated.
  • the final calculated output movement amount is less than the commanded speed, it is adjusted appropriately with the output movement amount in other interpolation periods to maintain the commanded speed until the end.
  • the integrated value of the output movement amount reaches 50, which matches the number of input pulses of the interpolated data based on the cutting command. Therefore, at this stage, the acceleration/deceleration process for the interpolated data based on the cutting command is terminated, and the acceleration/deceleration process for the interpolated data based on the subsequent fast-forward command is initiated.
  • FIG. 13 if the final calculated output movement amount is less than the commanded speed, it is adjusted appropriately with the output movement amount in other interpolation periods to maintain the commanded speed until the end.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating the second calculation of the moving average filter in the acceleration/deceleration processing by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • FIG. 14 shows an example in which the time constant of the second moving average filter in the fast-forward command is set to three interpolation periods for the fast-forward interpolation data subjected to acceleration/deceleration processing using a dummy pulse following FIG. 12 , and the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment further performs acceleration/deceleration processing.
  • the fast-forward interpolation data subjected to the first acceleration/deceleration processing using a dummy pulse is as shown in FIG. 11 .
  • the acceleration/deceleration processing for the interpolation data of the command after the time constant is switched begins in the interpolation period following the interpolation period in which calculation of the output movement amount by the acceleration/deceleration processing for the interpolation data of the command before the time constant is switched is completed.
  • calculation of the output movement amount based on the interpolation data based on the fast-forward command begins at time t9 , which is the interpolation period following time t8 , in which calculation of the output movement amount based on the acceleration/deceleration processing of the previous command was completed.
  • the acceleration/deceleration unit 130 sequentially inserts interpolated data in chronological order so that the first interpolated data is placed in the center of the moving average filter, and then adds dummy pulses necessary to maintain the commanded speed to achieve the commanded speed before starting processing.
  • the center of the moving average filter receives 10 pulses input as interpolated data based on the fast-forward command at time t8
  • the right end of the filter receives 10 pulses input as interpolated data based on the fast-forward command at time t9 .
  • the output movement amount is then calculated based on the number of these pulses. The calculation of the output movement amount by the moving average filter continues in this manner.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of the second moving average filter calculation in the acceleration/deceleration unit 130 in response to a fast-forward command, with the filter time constant set to four interpolation periods.
  • the acceleration/deceleration unit 130 sequentially inserts interpolated data in chronological order, placing the first interpolated data in the box immediately to the left of the center, and then adds dummy pulses necessary to maintain the commanded speed to achieve the commanded speed before starting processing.
  • the moving average filter receives 10 pulses from the box immediately to the left of the center, which are input as interpolated data based on the fast-forward command from time t8 to time t10 .
  • the output movement amount is calculated based on these pulse counts. However, if left as is, the output pulses would be five pulses short of the interpolated data for the input pulses. Therefore, the output movement amount is adjusted by appropriately adding the output movement amount in the subsequent interpolation periods so that all of the commanded input pulses are output.
  • FIG. 16 is a schematic diagram showing the transition of the output movement amount when double acceleration/deceleration processing is performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment.
  • acceleration/deceleration processing is performed by the acceleration/deceleration unit 130 according to this embodiment, there is almost no speed difference before and after switching the time constant.
  • the movement commanded before switching the time constant can be naturally connected to the movement commanded after switching the time constant, unnecessary acceleration/deceleration is eliminated, and the cycle time can be shortened.
  • T1 used for the first acceleration/deceleration
  • T2 used for the second acceleration/deceleration
  • T1 the acceleration/deceleration calculation for T1 is performed first, and then the acceleration/deceleration calculation for T2 is performed, thereby realizing switching of the time constants at a constant speed without changing the results of the double acceleration/deceleration.
  • the control device 1 which is configured as described above, always uses the optimal time constant (a time constant that satisfies the allowable jerk) and can change the time constant depending on the direction of travel of the controlled object and the control method. It also becomes clear how many pulses of a certain interpolation cycle are output at what time.
  • the optimal time constant a time constant that satisfies the allowable jerk
  • control device 1 according to a second embodiment of the present disclosure will be described below.
  • the control device 1 according to this embodiment has the same hardware configuration as the control device 1 according to the first embodiment.
  • control device 1 of this embodiment includes a program analysis unit 100, an interpolation unit 120, an acceleration/deceleration unit 130, and a servo control unit 150. Furthermore, the RAM 13 through non-volatile memory 14 of the control device 1 store in advance a control program 200, such as a numerical control program containing commands for controlling the industrial machine 3.
  • a control program 200 such as a numerical control program containing commands for controlling the industrial machine 3.
  • the program analysis unit 100, interpolation unit 120, and servo control unit 150 in this embodiment have the same functions as those in the first embodiment.
  • the acceleration/deceleration unit 130 performs acceleration/deceleration processing on the interpolated data created by the interpolation unit 120, adjusting the movement amount in each interpolation cycle to prevent sudden acceleration or deceleration.
  • the acceleration/deceleration unit 130 requires that the distance d1 before the time constant switching and the distance d2 after the time constant switching required for switching the time constant satisfy the following equation (3).
  • the command speed must be equal to or less than vk shown in equation (2), so the command speed is changed to vk .
  • T1 is the time constant for the second acceleration/deceleration processing before the switching
  • T2 is the time constant for the second acceleration/deceleration processing after the switching
  • a1 is the acceleration before the switching
  • a2 is the acceleration after the switching
  • v is the command speed before and after the switching, which allows the following equation (2) to be obtained.
  • the time constant T'1 for the first acceleration/deceleration processing before the switching can also be expressed as v/ a1
  • the time constant T'2 for the first acceleration/deceleration processing after the switching can also be expressed as v/ a2 .
  • the control device 1 which is configured as described above, always uses the optimal time constant (a time constant that satisfies the allowable jerk) even when the speed changes before and after switching the time constant, and is able to change the time constant depending on the direction of travel of the controlled object. It also becomes clear how many pulses of a certain interpolation cycle are output at what time.
  • a control device (1) includes an acceleration/deceleration unit (130) that performs acceleration/deceleration processing using a moving average filter to adjust the amount of movement in each control cycle for interpolation data that commands the amount of movement for each control cycle that controls a servo motor (50), and a servo control unit (150) that controls the servo motor based on the interpolation data that has been accelerated/decelerated, and when the acceleration/deceleration unit (130) performs acceleration/deceleration processing on the interpolation data before and after switching of the time constant, it inserts a dummy pulse into the moving average filter and performs acceleration/deceleration processing that takes the dummy pulse into consideration.
  • the acceleration/deceleration unit (130) provided in the control device (1) according to another aspect of the present disclosure inserts the dummy pulse into the moving average filter as if the movement amount per interpolation period before and after the time constant is switched is the command speed according to the command before the time constant is switched.
  • the acceleration/deceleration unit (130) inserts the dummy pulses into the moving average filter as if the movement amount per interpolation period before and after the time constant is switched is a velocity vk calculated by Formula 2.
  • d1 is a distance before the time constant is switched that is required for switching the time constant
  • d2 is a distance after the time constant is switched that is required for switching the time constant
  • T1 is a time constant for the second acceleration/deceleration process before the switching
  • T2 is a time constant for the second acceleration/deceleration process after the switching
  • a1 is the acceleration before the switching
  • a2 is the acceleration after the switching
  • d1 and d2 are calculated as values that satisfy Formula 3
  • v is a command velocity before and after the time constant is switched.
  • Control device 3 Industrial machine 4
  • Control device 5 Network 6
  • Network 6 Fog computer 7
  • Cloud server 11 CPU 12 ROM 13 RAM 14
  • PLC 17 I/O unit 22
  • Bus 30 Axis control circuit 40
  • Servo amplifier 50 Servo motor 60
  • Spindle control circuit 61 Spindle amplifier 62
  • Position coder 70 Display device 71
  • Input device 72 External device 100
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Abstract

本開示による制御装置は、サーボモータを制御する制御周期毎の移動量を指令する補間データに対して、移動平均フィルタを用いてそれぞれの制御周期における移動量を調整する加減速処理を実行する加減速部と、加減速処理された補間データに基づいてサーボモータを制御するサーボ制御部と、を備え、加減速部は、時定数が切り替わる前後の補間データに対して加減速処理を実行する際に、移動平均フィルタに対してダミーパルスを挿入し、ダミーパルスを考慮した加減速処理を実行する。

Description

制御装置
　本開示は、制御装置に関する。
　工作機械などの産業機械に備え付けられた複数のモータを制御する際、現在は該モータに係る軸の移動方向に依らず、加速度変化時間（時定数）は同じ値を設定して速度制御を行っている（例えば、特許文献１など）。複数軸で動作させる駆動系では、軸ごとに剛性が異なり、許容加加速度と許容加速度の比が異なる場合がある。その場合、進行方向に依らない一定の時定数を使用すると、必要最低限の時定数より大きい時定数で制御することになり、サイクルタイムの増大に繋がる。
特開平８－０７６８２７号公報
　時定数を軸の移動中に切り替える仕組みがあれば、サイクルタイムの低減に繋がる。しかしながら、現在の制御方式において、減速停止せずに等速で時定数を切り替えると、速度段差が生じ加工面品位が悪化するという課題がある。
　生産現場では、速度段差が生じないように軸の移動中に時定数を切り替える仕組みが望まれている。
　本開示による制御装置は、時定数を切り替える際にサーボに対して出力されないダミーデータを用いて速度の平滑化を行い、速度段差の発生を防ぐことで、上記課題を解決する。
　そして本開示の一態様は、サーボモータを制御する制御周期毎の移動量を指令する補間データに対して、移動平均フィルタを用いてそれぞれの制御周期における移動量を調整する加減速処理を実行する加減速部と、前記加減速処理された補間データに基づいて前記サーボモータを制御するサーボ制御部と、を備え、前記加減速部は、時定数が切り替わる前後の補間データに対して加減速処理を実行する際に、前記移動平均フィルタに対してダミーパルスを挿入し、該ダミーパルスを考慮した加減速処理を実行する、制御装置である。
第１実施形態による制御装置の概略的なハードウェア構成図である。 第１実施形態による制御装置の概略的な機能を示すブロック図である。 補間データの例を示す模式図である。 補間データに対して加減速処理を施した例を示す模式図である。 加減速処理後の補間データに対して更に加減速処理を施した例を示す模式図である。 時定数が切り替わる前後の補間データの例を示す模式図である。 速度段差ができる場合の例を示す模式図である。 従来技術による加減速処理を実行した補間データの例を示す模式図である。 加減速処理における移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 加減速処理における移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 加減速処理をした場合の出力移動量の推移を示す模式図である。 加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。 ２重の加減速処理をした場合の出力移動量の推移を示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態を図面と共に説明する。なお、以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は、省略する場合がある。
　本願でいう「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。
［第１実施形態］
　図１は本開示の一実施形態による制御装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本開示の制御装置１は、工作機械やロボットなどの産業機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置として実装することができる。また、本開示の制御装置１は、モータが駆動することで移動する移動対象を備えた産業機械を数値制御プログラムなどに基づいて制御する数値制御装置として実装することができる。以下では、数値制御プログラムなどに基づいて制御する数値制御装置として実装した例を説明する。
　本開示の制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２２を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
　不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた動作プログラムやデータ、入力装置７１を介して入力されたデータや動作プログラム、産業機械３から取得される各データ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された動作プログラムやデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムが予め書き込まれている。
　インタフェース１５は、制御装置１のＣＰＵ１１とＵＳＢメモリ、コンパクトフラッシュ（登録商標）、ＳＤカード等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは、例えば産業機械３の制御に用いられる動作プログラムや各種データ等を読み込むことができる。また、制御装置１内で編集した動作プログラムや各種データ等は、外部機器７２に対して記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムによって、産業機械３及び該産業機械３の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、産業機械３に取付けられているセンサ等）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、ＰＬＣ１６は、産業機械３の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等からの信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
　表示装置７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、動作プログラムやシステム・プログラム等が実行された結果として得られたデータ等が、インタフェース１８を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置７１は、インタフェース１９を介して作業者による操作に基づく指令、データ等をＣＰＵ１１に渡す。
　インタフェース２０は、制御装置１のＣＰＵ１１と有線乃至無線のネットワーク５とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク５は、例えばＲＳ－４８５等のシリアル通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信、光通信、無線ＬＡＮ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の技術を用いて通信をするものであってよい。ネットワーク５には、他の制御装置４、フォグコンピュータ６、クラウドサーバ７等が接続され、制御装置１との間で相互にデータのやり取りを行っている。
　産業機械３の駆動軸を制御するための軸制御回路３０は、ＣＰＵ１１からの駆動軸に係る位置指令を受けて、該駆動軸に対する指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて駆動軸に係るサーボモータ５０を駆動し、産業機械３が備える各部をそれぞれの軸に沿って移動させる。それぞれのサーボモータ５０は位置検出器を内蔵し、この位置検出器からの位置フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックする。軸制御回路３０は、この位置フィードバック信号に基づいてサーボモータ５０のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では、軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業機械３に備えられた駆動軸の数だけ用意される。例えば、一般的な直線３軸及び回転２軸を備えた工作機械を制御する場合には、工具が取り付けられた主軸とワークとを直線３軸、回転２軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸，Ｃ軸）方向に相対的に移動させる５組の軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。
　スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、産業機械３のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、主軸を駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合されている。ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
　制御装置１は、産業機械３とは別体として構成されていてもよい。この場合、制御装置１と産業機械３とは信号線などで接続されるようにしてもよいし、ネットワークを介して接続されていてもよい。また、制御装置１は、産業機械３に組み込まれる形で、該産業機械３と接続されていてもよい。
　図２は、本開示の第１実施形態による制御装置１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による制御装置１が備える各機能は、図１に示した制御装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。
　本実施形態の制御装置１は、プログラム解析部１００、補間部１２０、加減速部１３０、サーボ制御部１５０を備える。また、制御装置１が備えるＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業機械３を制御するための指令を含む数値制御プログラムなどの制御用プログラム２００が予め記憶されている。
　プログラム解析部１００は、制御用プログラム２００に含まれるブロックを逐次読み込み、該ブロックによる産業機械３の動作に係る指令を解析する。そして、その解析結果に基づいて、産業機械３の動作を指令する指令データを作成する。プログラム解析部１００による解析は、制御装置１に設定されているパラメータや産業機械３の設定に基づく。プログラム解析部１００が作成する指令データは、例えば制御用プログラム２００から読み込んだブロックが産業機械３の移動対象を移動させる指令である場合、該移動に係る少なくとも１つの軸に係る移動量、回転量もしくは、複数の駆動軸の合成移動量、回転量であり、これらを補間部１２０へと出力する。また、例えば制御用プログラム２００から読み込んだブロックがスピンドルモータ６２の動作を指令するものであれば、該スピンドルモータ６２の回転量を指令するデータを作成し、これを制御部１４０へと出力する。プログラム解析部１００は、サーボモータ５０の回転動作を指令するデータを補間部１２０へと出力する。また、それ以外の産業機械３の動作を制御する指令データを制御部１４０へと出力する。
　補間部１２０は、プログラム解析部１００で出力した指令データに基づく、少なくとも１つの軸に係る移動量、回転量もしくは、複数の駆動軸の合成移動量、回転量に対して所定の補間周期（制御周期）毎の移動量を示す補間データを作成する。補間部１２０が作成する補間データにおいて、例えば補間周期毎の移動量はパルス量で示される。補間部１２０は、作成した補間データを加減速部１３０へと出力する。
　加減速部１３０は、補間部１２０が作成した補間データに対して、急な加速や急な減速が行われないようにそれぞれの補間周期における移動量を調整する加減速処理を行う。加減速部１３０は、例えば移動平均フィルタを用いた加減速処理を行う。加減速部１３０は、例えば２重にフィルタを掛けることで加減速処理を行うようにしてもよい。そして、加減速処理を行った補間データをサーボ制御部１５０へと出力する。
　制御部１４０は、プログラム解析部１００が作成した指令データに基づいて、産業機械３の各部を制御する。制御部１４０は、例えばプログラム解析部１００が作成した指令データに基づいて、産業機械３が備えるスピンドルモータ６２の制御指令や、周辺装置を制御するための信号などを作成して産業機械３へと出力する。また、制御部１４０は、産業機械３の各部の状態をフィードバック値として取得して各制御処理に使用する。制御部１４０は、産業機械３が備えるサーボモータ５０を制御するサーボ制御部１５０を備える。サーボ制御部１５０は、加減速部１３０により加減速処理が行われた補間データに基づいて、補間周期毎のサーボモータ５０の移動量を制御する。
　移動平均フィルタを用いて加減速処理をする場合、所定の補間周期における出力移動量を、該補間周期の近傍の所定幅の補間周期における入力移動量を平均化した値とする。この所定幅が移動平均フィルタのサイズである。移動平均フィルタのサイズは、時定数により定義される。すなわち、移動平均フィルタのサイズは、時定数と同じ値となる。所定の補間周期Ｐtにおける出力移動量ｙ（ｔ）は、所定の補間周期Ｐtにおける入力移動量をｘ（ｔ）、移動平均フィルタのサイズをｋとしたとき、以下の数１式で計算することができる。
　以下では図３～８を用いて、従来技術による加減速部１３０の加減速処理について説明する。
　図３は、補間部１２０が作成する補間データの例を示す模式図である。図３では、補間データにおける補間周期毎の移動量をパルス量で示している。図３で例示する補間データは、時刻ｔ1以降において補間周期Ｐごとに１０パルス（１０単位移動量）だけサーボモータ５０を移動させることを指令するものである。この１０単位移動量は、補間周期毎の移動量であるから、指令速度Ｆを示す。このような補間データに基づいてサーボモータ５０を制御すると、時刻ｔ1の時点でサーボモータ５０が急加速してしまい産業機械３にショックが発生する。このショックは、産業機械に振動が生じ、機械の動作や制御対象に悪影響を及ぼす。そのため、加減速部１３０がこのような補間データに対して加減速処理を行い、急な加速および急な減速が発生しないようにする。
　図４は、図３に例示した補間データに対して加減速部１３０が加減速処理を施した例を示す模式図である。図４の例では、移動平均フィルタのサイズを５として、図３に例示した補間データに対して加減速処理をした場合をしめしている。このように、補間データに対して加減速処理を施すことで、サーボモータ５０が加速する場合に、急激な加速が行われないように補間周期毎の移動量が調整される。
　図５は、図４に例示した加減速処理後の補間データに対して更に加減速処理を施した例を示す模式図である。図５の例では、図４の例と同様に移動平均フィルタのサイズを５として加減速処理をしている。このように、補間データに対して複数回加減速処理を施すことで、速度変化や加速度変化も滑らかな加速及び減速がされるように補間周期毎の移動量が調整される。
　加減速部１３０が加減速処理を行った場合、指令速度へと到達するまでの時間に遅延が生じる。例えば、図３に例示するように加減速処理を行わない場合、補間データに基づいてサーボモータ５０を制御すると、サーボモータ５０の速度は時刻ｔ1の時点で指令速度Ｆに到達する。しかしながら、図４に例示するようにサイズ５の移動平均フィルタを用いて１回加減速処理を実行した場合、指令速度Ｆに到達するのは時刻ｔ5の時点となり、図５に例示するように２回加減速処理を実行すると、指令速度Ｆに到達するのは時刻ｔ9の時点となる。そして、この段階では移動平均フィルタ内で処理するべきパルスが残っている状態である。
　このように移動平均フィルタでの加減速処理が行われている最中に時定数の切り替えが行われることがある。例えば、切削送り指令では移動平均フィルタのサイズが５、早送り指令では移動平均フィルタのサイズが３となるように設定されていたとする。なお、時定数の切り替えは例のような切削送り、早送りの切り替え時だけでなく、切削送りの指令中、早送りの指令中でもよい。そして、図６に例示するように、時刻ｔ5までは切削送り指令に基づいて作成された補間データ、時刻ｔ6以降は早送り指令に基づいて作成された補間データが作成されている場合を考える。このような場合に前記加減速部１３０で行う加減速処理が行われると、時刻ｔ5の時点では、まだ切削送り指令に基づいて作成された補間データが出力され切っていない状態であり、具体的には２０パルスほど出力されずに残っている。その後、時定数が切り替わる前の残パルスと、時定数が切り替わった後の指令に基づくパルスとが積算されて移動量として出力される。そのため、図７に例示するように速度段差が生じる。従来の加減速部１３０では、このような速度段差が生じないようにするために、図８に例示するように先の指令によるパルスの出力が終了してから時定数を切り替えて、次の指令のパルスの出力を行っていた。
　本実施形態による加減速部１３０は、時定数が切り替わる前の移動平均フィルタによる加減速処理において、時定数が切り替わる前の出力されていない残パルスを補うようにダミーパルスを移動平均フィルタの後方に挿入する。また、加減速部１３０は、時定数が切り替わった後の移動平均フィルタによる加減速処理において、時定数が切り替わった前からの移動が継続するようにダミーパルスを移動平均フィルタの前方に挿入する。このダミーパルスは、移動平均フィルタにおける計算には用いるが、移動量としては出力しないパルスである。
　以下では、図９～１１を用いて、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理について説明する。
　図９は、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理における移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。図９は、図６に例示した切削指令に基づく補間データに対して本実施形態による加減速部１３０が加減速処理を行う例を示している。図９において、複数の連結した四角い枠で移動平均フィルタを表現している。なお、切削送り指令における時定数は５補間周期分としている。移動平均フィルタのそれぞれの枠には、それぞれの時刻において出力移動量の計算に用いられるパルス数を数値で示している。移動平均フィルタの枠は、右の方に新しい時刻における補間周期のパルス数が、左の方に古い時刻における補間周期のパルス数が、それぞれ数値で示されている。また、枠の中の丸で囲われた数値はダミーパルスの数を示している。図９の例では、時刻ｔ1の時点で補間データとして１０パルスが入力された時点で、図９に例示するように時刻ｔ1のパルス数と、その４つ前の補間周期までのパルス数とに基づいて、出力移動量が計算される。図６の例では、時刻ｔ1の時点では１０パルスが入力され、時刻ｔ1より前には補間データとしてパルスの入力が無かったため、移動平均フィルタの一番右の枠は１０、それ以外は０となる。そのため、時刻ｔ1の時点での出力移動量は、（０＋０＋０＋０＋１０）／５＝２（余り０）となる。また、時刻ｔ2の時点で更に補間データとして１０パルスが入力されると、一番右の枠に時刻ｔ2において入力されたパルス数１０、右から２番目の枠に時刻ｔ1において入力されたパルス数１０がそれぞれ入り、他の枠は０となる。そのため、時刻ｔ2の時点での出力移動量は、（０＋０＋０＋１０＋１０）／５＝４（余り０）となる。このようにして、時刻が進んでいくにつれて移動平均フィルタによる出力移動量の計算が行われていく。時刻ｔ6の時点で、切削送り指令に基づく補間データが減少して０となるが、本実施形態による加減速部１３０は、そのような場合においてもダミーパルスが入力されたものとして加減速処理を行う。図９の例では、ダミーパルスが１０入力されたものとして扱っている。入力されるダミーパルスは、指令されている速度を維持するために必要となるパルス数であってよい。このようにして移動平均フィルタによる出力移動量の計算を継続し、出力移動量の積算値が入力された補間データと同数となった時点で、当該指令に基づく補間データに対する加減速処理を終了する。なお、最終的に計算された出力移動量に指令速度に満たない余りが出た場合は、適宜他の補間周期における出力移動量との間で調整を行い、最後まで指令速度が維持できるように調整する。図９の例では、時刻ｔ7の時点で、出力移動量の積算値が５０となり、切削指令に基づく補間データの入力パルスの量と一致するので、この段階で切削指令に基づく補間データに対する加減速処理を終了し、続く早送り指令に基づく補間データに対する加減速処理を始める。
　図１０は、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理における移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。図１０は、図９に続いて図６に例示した早送り指令に基づく補間データに対して本実施形態による加減速部１３０が加減速処理を行う例を示している。なお、早送り指令における時定数は３補間周期分としている。時定数が切り替わった後の指令の補間データに対する加減速処理は、時定数が切り替わる前の指令の補間データに対する加減速処理による出力移動量の計算が終わった補間周期の次の補間周期から始める。図１０の例では、前の指令の加減速処理に基づく出力移動量の計算が終わった時刻ｔ7の次の補間周期である時刻ｔ8の時点から、早送り指令に基づく補間データに基づく出力移動量の計算が始まる。加減速部１３０は、移動平均フィルタの中央枠（サイズが偶数である場合には、中央の１つ左の枠）に最初の補間データが入るように時間順に順次補間データを挿入した上で、指定されている速度を維持するために必要なダミーパルスを追加して指令速度となるようにした状態で処理を開始する。図１０の例では、移動平均フィルタが、指令速度に相当する１０個のダミーパルスで埋められている。また、移動平均フィルタの真ん中には時刻ｔ6における早送り指令に基づく補間データとして入力された１０パルスと、時刻ｔ7における早送り指令に基づく補間データとして入力された１０パルスとが入る。そして、これらのパルス数に基づいて出力移動量が計算される。このようにして移動平均フィルタによる出力移動量の計算を継続する。
　図１１は、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理をした場合の出力移動量の推移を示す模式図である。本実施形態による加減速部１３０による加減速処理をした場合、時定数を切り替える前後で速度段差はほぼ発生しない。また、時定数を切り替える前の指令による移動を、時定数を切り替えた後の指令による移動へと自然につなげることができるため、無駄な加減速が無くなり、サイクルタイムを縮めることができる。従来技術では、図８に例示するように早送り指令による移動は時刻ｔ10の時点で開始され、その指令速度へと到達するのは時刻ｔ12の時点であった。しかしながら、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理を行うことで、早送り指令による移動は時刻ｔ8の時点で開始され、移動が開始された時点でその指令速度での移動が行われる。
　次に、図１２～図１６を用いて、２重に移動平均フィルタを掛ける加減速処理の例について説明する。２重にフィルタを掛ける加減速処理の場合、１度目にフィルタを掛ける際に前述したダミーパルスを用いた処理を行い、更に、２度目にフィルタを掛ける際にも、ダミーパルスを用いた処理を行うようにすればよい。ここでは、図６に例示される補間データが入力された際に、２重に移動平均フィルタを掛けた場合の例を示す。１度目のフィルタを掛けた時点では、出力移動量は図１１のようになっている。これに対して２度目の移動平均フィルタを掛ける際にも、ダミーパルスを用いる。
　図１２は、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。図１２は、ダミーパルスを用いて加減速処理をした切削送りの補間データに対して、切削送り指令における２回目の移動平均フィルタの時定数は３補間周期分として、更に本実施形態による加減速部１３０が加減速処理を行う例を示している。なお、ダミーパルスを用いた１回目の加減速処理をした切削送りの補間データは図１１のようになっている。図１１に例示されるように、１回目の加減速処理で計算された時刻ｔ1の出力移動量は２パルスであり、時刻ｔ1より前の出力移動量は０となっている。そのため、図１２では、時刻ｔ1において移動平均フィルタの一番右の枠は２、それ以外は０となる。そのため、出力移動量は、（０＋０＋２）／３＝０（余り２）となる。また、１回目の加減速処理で計算された時刻ｔ2の出力移動量は４パルスであるから、時刻ｔ2において移動平均フィルタの一番右の枠は４、その左は２、他の枠は０となる。そのため、時刻ｔ2の時点での出力移動量は、（０＋２＋４）／３＝２（余り０）となる。このようにして、時刻が進んでいくにつれて移動平均フィルタによる出力移動量の計算が行われていく。時刻ｔ8の時点で切削送り指令に基づく補間データは０となるが、本実施形態による加減速部１３０はダミーパルスが入力されたものとして加減速処理を行う。図１２の例ではダミーパルスが１０入力されたものとして扱っている。入力されるダミーパルスは、指令されている速度を維持するために必要となるパルス数であってよい。このようにして移動平均フィルタによる出力移動量の計算を継続し、出力移動量の積算値が入力された補間データと同数となった時点で、当該指令に基づく補間データに対する加減速処理を終了する。
　なお、図１３に例示するように、最終的に計算された出力移動量に指令速度に満たない余りが出た場合は、適宜他の補間周期における出力移動量との間で調整を行い、最後まで指令速度が維持できるように調整する。図１２の例では、時刻ｔ8の時点で、出力移動量の積算値が５０となり、切削指令に基づく補間データの入力パルスの量と一致するので、この段階で切削指令に基づく補間データに対する加減速処理を終了し、続く早送り指令に基づく補間データに対する加減速処理を始める。それに対し図１３では、時刻ｔ8の次の時刻で指令速度分の１０パルスを出力すると、入力された補間データを超えてしまうので、入力された補間データに対する不足分の５パルスを他の補間周期で補うことで、切削指令に基づく補間データに対する加減速処理を終了する。不足分のパルスを他の補間周期で補う際には、次の補間周期において出力されるパルスとの間で大きな速度段差が生じないようにパルスを分配すればよい。
　図１４は、本実施形態による加減速部１３０による加減速処理における２回目の移動平均フィルタの計算について説明する模式図である。図１４は、図１２に続いてダミーパルスを用いた加減速処理をした早送りの補間データに対して、早送り指令における２回目の移動平均フィルタの時定数も３補間周期分として、更に本実施形態による加減速部１３０が加減速処理を行う例を示している。なお、ダミーパルスを用いた１回目の加減速処理をした早送りの補間データは図１１のようになっている。時定数が切り替わった後の指令の補間データに対する加減速処理は、時定数が切り替わる前の指令の補間データに対する加減速処理による出力移動量の計算が終わった補間周期の次の補間周期から始める。図１４の例では、前の指令の加減速処理に基づく出力移動量の計算が終わった時刻ｔ8の次の補間周期である時刻ｔ9の時点から、早送り指令に基づく補間データに基づく出力移動量の計算が始まる。加減速部１３０は、移動平均フィルタの中央に最初の補間データが入るように時間順に順次補間データを挿入した上で、指令されている速度を維持するために必要なダミーパルスを追加して指令速度となるようにした状態で処理を開始する。また、移動平均フィルタの真ん中には時刻ｔ8における早送り指令に基づく補間データとして入力された１０パルスが、フィルタの右端には時刻ｔ9における早送り指令に基づく補間データとして入力された１０パルスが、それぞれ入る。そして、これらのパルス数に基づいて出力移動量が計算される。このようにして移動平均フィルタによる出力移動量の計算を継続する。
　図１５は図１４と同様に、加減速部１３０における早送り指令に対する２回目の移動平均フィルタの計算を行う例を示す模式図であり、フィルタ時定数を４補間周期分としている。加減速部１３０は、サイズが偶数である場合には、中央の１つ左の枠に最初の補間データが入るように時間順に順次補間データを挿入した上で、指令されている速度を維持するために必要なダミーパルスを追加して指令速度となるようにした状態で処理を開始する。また、移動平均フィルタの中央の１つ左の枠 以降には時刻ｔ8～時刻ｔ10における早送り指令に基づく補間データとして入力された１０パルスが入る。以降、これらのパルス数に基づいて出力移動量が計算されるが、このままだと入力パルスの補間データに対して、出力パルスが５パルス分不足することになるので、以降の補間周期における出力移動量に適宜加算する形で、指令された入力パルスが全て出力されるように調整する。
　図１６は、本実施形態による加減速部１３０による２重の加減速処理をした場合の出力移動量の推移を示す模式図である。本実施形態による加減速部１３０による加減速処理をした場合、時定数を切り替える前後で速度段差はほぼ発生しない。また、時定数を切り替える前の指令による移動を、時定数を切り替えた後の指令による移動へと自然につなげることができるため、無駄な加減速が無くなり、サイクルタイムを縮めることができる。
　なお、１回目の加減速に用いる時定数Ｔ1は２回目の加減速に用いる時定数Ｔ2より大きい時定数を設定するのが一般的である。仮にＴ2の方がＴ1より大きい値が設定されていた場合、先にＴ1の加減速計算を行い、そのあとＴ2による加減速計算を行うことで、２重で行われる加減速の結果を変えることなく、等速での時定数の切り替えを実現できる。
　上記構成を備えた本実施形態による制御装置１は、常に最適な時定数（許容のジャークを満たす時定数）を使用し、制御対象の進行方向や制御方法に応じて時定数を変更することができるようになる。また、ある補間周期のパルスが、どの時間でどれだけ出力されるかが明白になる。
［第２実施形態］
　以下では本開示の第２実施形態による制御装置について説明する。本実施形態による制御装置１は、第１実施形態による制御装置１と同様のハードウェア構成を備える。
　本実施形態による制御装置１は、第１実施形態による制御装置１と同様に、プログラム解析部１００、補間部１２０、加減速部１３０、サーボ制御部１５０を備える。また、制御装置１が備えるＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業機械３を制御するための指令を含む数値制御プログラムなどの制御用プログラム２００が予め記憶されている。
　本実施形態によるプログラム解析部１００、補間部１２０、サーボ制御部１５０は、第１実施形態による各機能と同様の機能を備える。
　加減速部１３０は、補間部１２０が作成した補間データに対して、急な加速や急な減速が行われないようにそれぞれの補間周期における移動量を調整する加減速処理を行う。本実施形態による加減速部１３０は、時定数の切換前後の加減速処理を行う場合に、時定数の切り替えに必要な時定数切り替え前の距離ｄ1及び時定数切り替え後の距離ｄ2が以下の数３式を満たす必要がある。数３式を満たすには、指令速度を数２式で示すｖｋ以下とする必要があるため、指令速度をｖｋに変更する。なお、数２式において、Ｔ1は切り替え前の２回目の加減速処理の時定数、Ｔ2は切り替え後の２回目の加減速処理の時定数、ａ1は切り替え前の加速度、ａ2は切り替え後の加速度ｖは切り替え前後の指令速度であり、以下の数２式を求めることができる。なお、切り替え前の１回目の加減速処理の時定数Ｔ’1はｖ／ａ1、切り替え後の１回目の加減速処理の時定数Ｔ’2はｖ／ａ2とも表すことができる。
　上記構成を備えた本実施形態による制御装置１は、時定数の切換前後において速度が変化する場合においても、常に最適な時定数（許容のジャークを満たす時定数）を使用し、制御対象の進行方向に応じて時定数を変更することができるようになる。また、ある補間周期のパルスが、どの時間でどれだけ出力されるかが明白になる。
　以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、または、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。
　以下に、本開示の実施形態に係る付記を示す。
（付記１）
　本開示の一態様による制御装置（１）は、サーボモータ（５０）を制御する制御周期毎の移動量を指令する補間データに対して、移動平均フィルタを用いてそれぞれの制御周期における移動量を調整する加減速処理を実行する加減速部（１３０）と、前記加減速処理された補間データに基づいて前記サーボモータを制御するサーボ制御部（１５０）と、を備え、前記加減速部（１３０）は、時定数が切り替わる前後の補間データに対して加減速処理を実行する際に、前記移動平均フィルタに対してダミーパルスを挿入し、該ダミーパルスを考慮した加減速処理を実行する。
（付記２）
　本開示の他の態様による制御装置（１）が備える前記加減速部（１３０）は、時定数が切り替わる前後において補間周期毎の移動量が時定数の切り替え前の指令による指令速度であるかのように前記ダミーパルスを前記移動平均フィルタに挿入する。
（付記３）
　本開示の他の態様による制御装置（１）が前記加減速部（１３０）は、時定数が切り替わる前後において補間周期毎の移動量が数２式で算出される速度ｖkであるかのように前記ダミーパルスを前記移動平均フィルタに挿入する。但し、数２式において、ｄ1は時定数の切り替えに必要な時定数切り替え前の距離、ｄ2は時定数の切り替えに必要な時定数切り替え後の距離、Ｔ1は切り替え前の２回目の加減速処理の時定数、Ｔ2は切り替え後の２回目の加減速処理の時定数、ａ1は切り替え前の加速度、ａ2は切り替え後の加速度であり、ｄ1及びｄ2は数３式を満足する値として計算され、数３式において、ｖは時定数切り替え前後の指令速度である。
　　　１　制御装置
　　　３　産業機械
　　　４　制御装置
　　　５　ネットワーク
　　　６　フォグコンピュータ
　　　７　クラウドサーバ
　　１１　ＣＰＵ
　　１２　ＲＯＭ
　　１３　ＲＡＭ
　　１４　不揮発性メモリ
　　１５，１８，１９，２０　インタフェース
　　１６　ＰＬＣ
　　１７　Ｉ／Ｏユニット
　　２２　バス
　　３０　軸制御回路
　　４０　サーボアンプ
　　５０　サーボモータ
　　６０　スピンドル制御回路
　　６１　スピンドルアンプ
　　６２　スピンドルモータ
　　６３　ポジションコーダ
　　７０　表示装置
　　７１　入力装置
　　７２　外部機器
　１００　プログラム解析部
　１２０　補間部
　１３０　加減速部
　１４０　制御部
　１５０　サーボ制御部
　２００　制御用プログラム

Claims (3)

  1. 　サーボモータを制御する制御周期毎の移動量を指令する補間データに対して、移動平均フィルタを用いてそれぞれの制御周期における移動量を調整する加減速処理を実行する加減速部と、
    　前記加減速処理された補間データに基づいて前記サーボモータを制御するサーボ制御部と、
    を備え、
    　前記加減速部は、時定数が切り替わる前後の補間データに対して加減速処理を実行する際に、前記移動平均フィルタに対してダミーパルスを挿入し、該ダミーパルスを考慮した加減速処理を実行する、
    制御装置。
  2. 　前記加減速部は、時定数が切り替わる前後において補間周期毎の移動量が時定数の切り替え前の指令による指令速度であるかのように前記ダミーパルスを前記移動平均フィルタに挿入する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記加減速部は、時定数が切り替わる前後において補間周期毎の移動量が以下の数２式で算出される速度ｖkであるかのように前記ダミーパルスを前記移動平均フィルタに挿入する、
    請求項１に記載の制御装置。但し、数２式において、ｄ1は時定数の切り替えに必要な時定数切り替え前の距離、ｄ2は時定数の切り替えに必要な時定数切り替え後の距離、Ｔ1は切り替え前の２回目の加減速処理の時定数、Ｔ2は切り替え後の２回目の加減速処理の時定数、ａ1は切り替え前の加速度、ａ2は切り替え後の加速度であり、ｄ1及びｄ2は以下の数３式を満足する値として計算され、数３式において、ｖは時定数切り替え前後の指令速度である。
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