JPH01129309A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は制御対象を目標位置に高精度で移動させるため
のサーボ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

サーボ制御装置は、自動製図機、工作機械、ロボット制
御等多くの分野で用いられている。このようなサーボ装
置の概略を図により説明する。

第５図は従来のサーボ制御装置のブロック図である。図
で、■はマイクロコンピュータであり、制御対象のＸ軸
方向およびＹ軸方向の目標移動量および目標速度を出力
する。２はパルス分配器であり、マイクロコンピュータ
１から出力された目標移動量に対応したパルスを発生す
る。このとき、これらのパルスの周波数は指令された目
標速度にしたがって変換される。３は比較器であり、パ
ルス分配器２のパルスの位相と後述する位置検出器９か
ら出力される現在位置に応じた位相信号との差を出力す
る。４は比較器３からの位相差信号と後述する速度発電
機からの速度信号との差を演算する減算器、５は減算器
４の差の信号を増幅する増幅器である。６はサーボモー
タであり、増幅器５からの信号により常に指令に見合っ
た速度で駆動される。７はサーボモータに連結された負
荷、即ち制御対象である。８はサーボモータ６に連結さ
れた速度発電機であり、サーボモータ６の現在速度を出
力する。９はサーボモータ６に連結された位置検出器で
あり、負荷７の現在位置データを出力する。

このような構成により、制御対象は目標位置へ指令値に
見合った速度で移動せしめられる。

Ｃ発明が解決しようとする問題点〕 上記従来のサーボ制御装置にあっては、速度制御は、パ
ルス分配器２においてパルスを発生し、これらのパルス
を速度の指令値にしたがった周波数のパルスとすること
により実行されていた。即ち、パルス分配器２は各パル
スを速度に見合った間隔で出力するような構成となって
いた。このような出力を得るためにはパルス周波数の広
帯域変換機能を備えねばならずパルス分配器２の回路構
成は極めて複雑かつ大形となり、高価となるという欠点
があった。

さらに、次の理由によっても上記パルス分配器２にパル
ス周波数の広帯域変換機能が要望される。

即ち、サーボ制御装置にあっては、加速度の変化が大き
く、このため機械に衝撃、振動を与え、ねじのゆるみや
接着個所の剥離等を生じて装置の寿命や精度を低下させ
るばかりでなく、移動中における振動により、例えば自
動製図機においては所望の線分を正確に描くことができ
ず、又、工作機械においては所望の切削ができない等の
不都合が発生し易いという事情があった。そして、これ
を防止するには、サーボモータ６の速度を適切に低速又
は高速に制御しなければならず、このため、パルス周波
数は低周波数から高周波数まで広い範囲にわたって制御
しなければならず、そのためには必然的にパルス分配器
２に広帯域変換機能をもたせねばならなかった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、パル
ス分配器を使用することなく、構成面素で、しかも衝撃
や振動を容易に抑制し得るサーボ制御装置を提供するに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、制御対象を駆動
する駆動機構と、前記制御対象の目標移動位置への移動
速度および当該目標移動位置への２軸方向の目標移動量
を指示する指示部とを備え、この指示部の指示に応じて
前記駆動機構を作動させるサーボ制御装置において、前
記目標移動位置への直線移動量を演算する第１の演算手
段と、前記直線移動量と前記移動速度とに基づいて移動
時間を演算する第２の演算手段と、前記各目標移動量を
前記移動時間で除してそれぞれの商および余りの値を演
算する第３の演算手段と、前記各商を各軸の第１の分配
データとしかつ前記余りの値があるとき前記各商に１を
加算した値を各軸の第２の分配データとする分配データ
決定手段と、前記各余りの値に基づいて前記第１の分配
データおよび前記第２の分配データを選択して出力する
出力手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

指示部により指示されたＹ軸、Ｙ軸の目標移動量に基づ
き目標位置までの直線移動量が第１の演算手段で演算さ
れ、得られた直線移動量と指示部により指示された移動
速度とに基づいて移動時間が第２の演算手段で演算され
る。次いで、第３の演算手段によりＹ軸およびＹ軸の目
標移動量を得られた移動時間で除して各軸毎にその商と
余りの値とを演算する。分配データ決定手段では、Ｙ軸
およびＹ軸の商をそれぞれの軸の第１の分配データ、又
、余りの値があるときはこれら商に１を加算した値をそ
れぞれの軸の第２の分配データとする。そして、Ｙ軸、
Ｙ軸の前記余りの値を利用して、出力手段から各軸毎に
、余りの値がＯのときは第１の分配データのみを出力し
、余りの値がＯでないときは第１の分配データと第２の
分配データを選択して出力する。これら第１の分配デー
タおよび第２の分配データは単位時間当りの移動量（即
ち速度）であり、これら各分配データを適宜処理し、処
理された分配データに基づいて駆動機構の駆動制御が行
なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るサー゛ボ制御装置のブロ
ック図である。図で、第５図に示す部分と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

１０はマイクロコンピュータで構成される制御部である
。本実施例では、第５図に示す装置においてマイクロコ
ンピュータ１、パルス分配器２および比較器３の機能を
制御部１０で行うものである。

次に、制御部１０の動作を第２図（ａｌ〜（Ｑ）に示す
グラフを参照しながら説明する。ここで、理解を容易に
するため、移動距離がＸ軸方向に６００ｍ、移動速度を
６０ｍ／ｓｅｃという指令が入力された具体例について
説明する。制御部１０にこのような指令が入力されると
、制御部１０はこれらの値に基づいてＸ軸、Ｙ軸の分配
データを演算する。

分配データとは単位時間毎に出力される移動量のデータ
（単位時間の移動■であるから速度のデータに等しい。

）である。ここで、 ｘｚＸ軸方向の目標距離 ｙ：Ｙ軸方向の目標距離 ｌ：位置Ａ、　Ｂ間の距離 ■二指令速度 Ｎ：移動時間 とすると、Ｘ軸の分配データＤ、、Ｙ軸の分配データＤ
、はそれぞれ次式で表わされる。

ｖ　　　　　　　　　　　　　　ｖ ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　■上記の例では、
ｘ−’６００．ｙ＝０．ｖ＝６０であるから、Ｎ＝１０
．　　Δｘ＝６０．　　Δｙ＝ｏとなる。即ち、分配デ
ータは単位時間Ｎ回（１０回）毎に、移動量ＤＸ　（６
０）となる。

ところで、ｘ／Ｎ、ｙ／Ｎが上記のように整数となるの
は稀であり、整数にならないのが通常である。そこで、
本実施例では分配データを以下に説明する処理により得
ている。この処理を第２図に示すフローチャートを参照
しながら説明する。

この処理においては、各単位時間の各移動量、即ち分配
データをＸ軸についてはり、ｉ、Ｙ軸についてはＤ　Ｙ
　ｉで表わす。この添字「ｉ」は単位時間の番号を示す
。そこで、まず、分配処理に際し、添字１”ｉＪを１と
する（第４図に示す手順Ｓ、）。

そして次の手順Ｓ２に移る前に１単位時間が経過するま
で（サンプリング時間の信号が入力するまで）待機する
。この時間が経過した後、制御部１０に移動指令による
移動データが存在するか否かが判断される（手順Ｓ２）
。移動データが存在しないときは分配データＤ　Ｘｉ＋
　　Ｄｙｉを０として出力しく手順Ｓ＋）、添字ｉに１
を加えて１単位時間経過後再び手順Ｓ２を実行する。

手順Ｓ２において移動データ有りと判断されると、その
移動データ、即ちＸ軸方向の距離ＸとＹ軸方向の距離ｙ
が取込まれ（手順Ｓｓ）、現在位置から目標位置までの
移動距離１（１！＝Ｊｒゴ］了）が演算される（手順Ｓ
６）。次いで、この演算された移動距離βと、制御部１
０に指令された移動速度Ｖから移動時間Ｎ（単位時間の
数）が演算される（手順Ｓ、）。なお、上記移動速度■
（さきの実施例では６０ｍｍ／５ｅｃ）は、機械の性能
や付属用具（例えば自動製図機では筆記具が何か）等に
より予め決定されている。移動時間Ｎはｌ　／　ｖで求
められるが、前述のように整数となることは少ない。そ
こで、手順Ｓ７で求められた移動時間Ｎの端数は切上げ
られる。以下、手順ＳＩ、〜Ｓ１７の処理は単位時間当
りの移動量が整数でない場合の分配データを決定するた
めの処理である。

単位時間当りの移動量が整数でない場合、各単位時間毎
の分配データの差はできるだけ小さくし、かつ、移動時
間Ｎ全体にわたって平均化される必要がある。このため
、以下の処理では、各単位時間毎に分配データを最小の
値で順次増減させる処理が実行される。この処理を行な
うため、分配データの出力回数を判断する数Ｊ、前回の
分配デー夕の増減を判断する数ｇｘ１ｇｙが設けられる
。これらの数Ｊ２ｇｘ２ｇｙは実際にはメモリの所定ア
ドレスに格納されている数値である。

以下の説明では、Ｘ軸に関してのみ最も単純な数値を例
示して説明する。今、ｘ＝１０、Ｎ＝４とすると、手順
Ｓ、では次の処理が行なわれる。

即ち、距離Ｘの絶対値を移動時間Ｎで除し、その商をΔ
Ｘ、余りをｒＸとする処理であり、この処理により上記
数値例は、Δｘ＝２．ｒＸ＝２となる。次に、処理は手
順Ｓ、に移り、数Ｊ、ｇｘを０とし、次いで手順Ｓｈｏ
において、新しい数ｇｘを（ｇｘ　＋２・ｒｘ）を演算
することにより定めるとともに、分配データＤ　ｘ　ｉ
をΔＸに定める。上記例の場合、新しい数ｇｘは（０＋
２Ｘ２）で数値４となり、かつ、分配データＤ　Ｘｉは
値２となる。

次いで、数値ｇｘと移動時間Ｎとを比較する（手順Ｓ＋
＋）。上記例の場合、ｇＸ＝４．Ｎ−４であるからｇＸ
＞Ｎとはならず、処理は手順Ｓｌ□に移り、Ｙ軸に関し
ても同様の処理が行なわれた後、手順ＳＩ３に移る。手
順３１３では、手順Ｓ、。で定められた分配データＤｘ
□（＝２）にＸ軸方向の符号を付し、これを分配データ
として出力する。

次に、番号ｉに１を加え、かつ、Ｊの数にも１を加え　
（手順Ｓ、４）。この新しい数Ｊと移動時間Ｎとを比較
する（手順Ｓ’ｓ）。数Ｊが移動時間Ｎに達していない
場合、処理は再び手順Ｓ１゜に戻る。

この場合、数ｇｘは前回の手順Ｓ、＋１でｇｘ＝４とな
っているので、新しい数ｇｘは８　（４＋２Ｘ２）とな
る。又、分配データはＤｘ（ｉ。５．で表わされ、Ｄ□
、。、＝Δｘ＝２である。

手順Ｓｌｌでは、ｇｘ　＝８＋　Ｎ＝４であるから、ｇ
、＞ｐＪであると判断され、処理は手順Ｓｘｂに移行す
る。手順Ｓ１６では、Ｄ〜ｉ＋＋１＝２に１を加えて分
配データＤｘ（ｉ＋＋１を３とし、又、新しい数ｇｘと
してｇｘ−２ｘＮ＝８−２Ｘ４＝０を定める。

Ｙ軸についても同様の処理（手順Ｓ＋ｚ、　　Ｓｌ？）
が実行された後、手順Ｓ＋３で上記分配データＤｘ（ｉ
。、。

に符号を付して出力する。以下、同様の手順が繰返えさ
れる。これにより、上記の例では、Ｘ軸の分配データＤ
　ｘｉはｒ３Ｊ、ｒ２Ｊ、ｒ３Ｊ、ｒ２Ｊとなる。Ｙ軸
についても同様に手順Ｓ、以下の処理が実行される。

さて、以上の処理により順次分配データが出力される。

第３図＋ａ）はこのようにして得られた分配データの配
列を示す。ただし、第３図（ａ）に示す分配データは、
前述のＮ＝１０．Ｄ、＝６０の場合の分配データである
。図で、横軸には時間が縦軸には移動量がとってあり、
単位時間毎に移動量６０が１０回出力されることが示さ
れている。

このような分配処理により得られた第３図（ａ）に示さ
れる分配データには、制御部１０で次に示す第１回の平
均化処理が施される。以下、この平均化処理を第３図（
ｂ）に示すグラフについて説明する。

まず、分配データの前後に、それぞれ移動量Ｏの３つの
時間単位を挿入する。次いで、時間単位Ｔ＋〜Ｔ４の平
均の移動量（６０／４）を演算して平均移動［５を得る
。次に、時間単位Ｔ２〜Ｔ５の平均の移動量（（６０＋
６０）／４）を演算して平均移動量３０を得る。このよ
うな演算を繰返えすことにより、第３図（Ｃ）に示すよ
うな平均化された分配データ（速度データと称する）が
出力される。

上記第１回の平均化処理により得られた速度データには
、さらに第２回の平均化処理が施される。

この第２回の平均化処理も第１回の平均化処理と同様の
手段により行なわれる。即ち、第３図（ｄｌに示すよう
に、速度データの前後にそれぞれ移動量０の２つの時間
単位が挿入される。次いで、時間単位Ｔ、〜Ｔ、の平均
の移動ｆｆｉ　（１５／３）が演算されて平均移動量５
を得る。次いで、時間単位Ｔ２〜Ｔ４の平均の移動量（
（１５＋３０）　／３）が演算されて平均移動量１５を
得る。このような演算を繰返えすことにより、第３図（
ｅ）に示すようなさらに平均化された分配データが得ら
れる。このデータが速度指令として積算されて位置指令
となり、この位置指令と位置検出器９の出力値との差分
が時間単位毎に制御部１０から減算器４に出力されるこ
とになる。

第４図は上記速度指令の特性図である。図で、横軸には
時間、縦軸には速度↑旨令値がとっである。

この図は第３図（ｅｌに示ず移ｖＪｔを特性曲線で描い
た図であり、両図から明らかなように、起動時ＴＩ、加
速区間から等速区間に移行する時間Ｔ３、等速区間から
減速区間に移行する時間Ｔ、いおよび停止時ＴＩ５の加
速度および減速度の急変時において、速度指令値がゆる
やかに変化している。したがって、実際のサーボモータ
６の上記各時間’ｒｌ、’ｒ’ｓ。

’ｒ”１１．　’ｒ’ｌｓにおける加減速度の変化がゆ
るやかになり、機械に与える衝撃や振動は大幅に軽減さ
れる。

このように、本実施例では、Ｘ軸方向の目標距離、Ｙ軸
方向の目標距離に基づいて移動の直線距離を求め、直線
距離と指定速度から移動時間を求め、前記各軸の目標距
離を移動時間で除し、その商と余りに基づいて分配デー
タを求め、得られた分配データに対して２度平均化処理
を施すようにしたので、パルス分配器を使用することな
くサーボ制御を行なうことができ、全体構成を簡素化す
ることができ、かつ、分配データを使用することにより
衝撃や振動の抑制が容易となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、２軸方向の目標移動量
に基づいて直線移動量を、又、この直線移動量と目標移
動速度に基づいて移動時間を求め、この移動時間で前記
各目標移動量を除し、その商と余りに基づいて分配デー
タを得、この分配データを用いてサーボ制御を行なうよ
うにしたので、パルス分配器を不要とすることができ、
全体構成を簡素化することができる。又、分配データを
使用することにより容易に衝撃や振動を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るサーボ制御装置のブロッ
ク図、第２図は分配処理のフローチャート、第３図（ａ
ｔ、　（ｂ）、　（ｃｌ、　（ｄｉ、　（ｅ）は平均化
処理を説明するグラフ、第４図は速度指令の特性図、第
５図は従来のサーボ制御装置のブロック図である。 ４・・・・・・減算器、６・・・・・・サーボモータ、
７・・・・・・負荷、８・・・・・・速度発電機、９・
・・・・・位置検出機、１０・・・・・・制御部。 第７ｒ！Ａ Ｏ 第４図 手続補正書（自発） 昭和６３年　１月２１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象を駆動する駆動機構と、前記制御対象の目標移
   動位置への移動速度および当該目標移動位置への２軸方
   向の目標移動量を指示する指示部とを備え、この指示部
   の指示に応じて前記駆動機構を作動させるサーボ制御装
   置において、前記目標移動位置への直線移動量を演算す
   る第１の演算手段と、前記直線移動量と前記移動速度と
   に基づいて移動時間を演算する第２の演算手段と、前記
   各目標移動量を前記移動時間で除してそれぞれの商およ
   び余りの値を演算する第３の演算手段と、前記各商を各
   軸の第１の分配データとしかつ前記余りの値があるとき
   前記各商に１を加算した値を各軸の第２の分配データと
   する分配データ決定手段と、前記各余りの値に基づいて
   前記第１の分配データおよび前記第２の分配データを選
   択して出力する出力手段とを設けたことを特徴とするサ
   ーボ制御装置。