JPH02228701A

JPH02228701A - デジタルサーボ制御方式

Info

Publication number: JPH02228701A
Application number: JP1048479A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sakamoto; 坂本　啓二; Shunsuke Matsubara; 俊介松原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1990-09-11

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、サーボモータの制御をプロセッサで行うデジ
タルサーボ（ソフトウェアサーボ）に関する。特に、大
型機械等で、サーボモータで駆動される可動物の重量が
重くなると、モータと機械のテーブル間にばね系やねじ
れ系を持つようになり、剛性が得られなくなる。本発明
はこのような系におけるフルクローズド・ループのサー
ボ制御系に関するものである。

従来の技術サーボモータで駆動ｖ制御される機械が大型になると、
サーボモータと機械の結合部に、ばね系やねじれ系を持
つようになる。通常、サーボモータはボールネジ等を介
して機械のテーブル等を駆動するが、機械が大型となり
、ボールネジの非常に長いテーブル等になったときや、
機械の可動物の型組が大きくなった場合、ボールネジに
ねじれ等が生じ、ばね系が介在するこ°ととなる。

第５図は、このようなモータと機械系間にばね系が介在
する制御対象に対し、比例・積分の速度制御器を使って
速度制御を行う従来のサーボ系のモデルのブロック線図
である。第５図中、１０は速度制御器を意味し、Ｋ１は
積分ゲイン、Ｋ２は比例ゲインである。また、１２はモ
ータ及び機械系を意味し、Ｋｔはトルク定数、Ｊｍはモ
ータイナーシャ、ＪＬは負荷イナーシャ、Ｋｍはモータ
と機械（テーブル）問に存在するばね系のばね定数であ
り、ＶＣは速度指令、ＴＣはトルク指令、ωｍはモータ
速度、ω［は機械（テーブル）速度を示す。フルクロー
ズド・ループの場合、機械自体が位置決めサーボループ
の中に入ってくるため、機械本体の共振周波数がサーボ
の特性に直接影響を及ぼす。

上記機械系においては、次の第（１）式で示す機械共振
周波数ωｎを持っている。

ωｎ＝Ｋｍ（（１／Ｊｍ）＋　（１／ＪＬ））　　＝（
１）この機械共振周波数ωｎは、ばね定数Ｋｍが小さく
負荷イナーシャＪ［が大きいほど低い周波数となること
を意味している。

そのため、負荷即ち機械の可動物の重量が重く、負荷イ
ナーシャが大きくなり、上記機械共振周波数ωｎが速度
制御系の応答周波数帯域（通常２０Ｈｚ程度）に近くな
ると、全体の系は不安定となり、停止後の振動や加減速
時のハンチングが発生することとなる。

発明が解決しようとする課題上記系の不安定は速度制御器に積分要素を有することに
よって増幅される。すなわち、積分要素による位相遅れ
が生じることにより、系の不安定が増幅されることにな
る。

また、積分要素は速度指令ＶＣとモータ速度ωｍの差の
定常値、即ち定常偏差をなくすために必要なものである
と共に、外乱に対する速度変動を抑制するためにも、該
積分要素の積分ゲインに１はなるべく大きくした方が特
性が向上する。そのため積分要素は必要であり、そのゲ
インに１はある程度の値を必要とする。

そのため、モータの速度ωｍと機械の速度ωＬ間に差が
無いとき、即ち、機械の速度ωしがモータ速度ωｍに追
従し、制御系と機械系が同調し、同位相で作用している
ときには格別問題はないが、加減速時等においてモータ
の速度ωｍと機械の速度ωＬに差が生じた場合、即ち、
制御系と機械系が独立の動きをして位相がずれてきた場
合には、積分要素の作用によって全体の系の不安定を増
幅させることになる。

そこで、本発明の目的は、加減速時等に生じる振動を抑
制し、かつ、定常時における特性を向上させるデジタル
サーボ制御方式を提供することにある。

課題を解決するための手段速度制御ループ中に積分要素を有しモータ速度と該モー
タで駆動される機械の移動速度を検出する検出手段を有
するフルクローズド・ループのサーボ系において、本発
明は、モータ速度と機械速度との差が増大するにつれて
上記積分要素のゲインを小さくするように制御すること
によって上記課題を解決した。

作　　用第１図は、本発明によるサーボ制御方式のブロック線図
である。第５図に示す従来のサーボ制御方式と相違する
点は、速度制御器１０の積分ゲインに１を、モータ速度
ωｍと機械速度ωＬどの差・（ωｍ−ωＥ）の大きさに
応じて、第２に示すように変化させる点である。

すなわち、モータ速度ωｍと機械速度ω［が同一のとき
、積分ゲインに１を最大値ＫＩＯにし、モータ速度ωｍ
と機械速度ω［との差（ωｍ　−ω［）が増大するにつ
れて、積分ゲインに１を減少させる。これにより、停止
時や加減速時等においてモータ速度ωｍと機械速度ω［
が一致せず、その差（ωｍ−ωＬ）が大きく、制御系と
機械系が独立して運動し全体の系が不安定の場合に、積
分ゲインに１を小さくして積分作用の影響を小さ（する
。その結果、位相遅れが小さくなり、全体の系を安定さ
せるように作用する。

一方、モータ速度ωｍと機械速度ωしどの差（ωｍ−ω
［）が小さくなり、１１械がモータに追従し、制御系と
機械系が同調している場合には、積分ゲインに１を大き
くすることによって、応答性を良くすると共に定常偏差
を小さくし、かつ、外乱に対する速度変動を抑制するよ
うに作用させる。

以上の作用により、系全体を安定にし、かつ、応答性の
良いサーボ制御系を得るものである。

実施例第３図は、本発明の一実施例のデジタルサーボ系のプロ
ツケ図であり、１４はデジタルシグナルプロセッサ等の
プロセッサで構成されるデジタルサーボ回路である。該
デジタルサーボ回路１４内にはプロセッサ以外に数値制
御装置等から所定周期で出力される移動指令値ΔＲｎを
書込み、該デジタルサーボ回路１４のプロセッサがこの
移動指令値ΔＲｎを読出す共有ＲＡＭ、プロセッサが行
う制御プログラムが格納されたＲＯＭ１及び、プロセッ
サの処理によって算出されるデータや演算等に利用され
るＲＡＭ等のメモリ１４ａを有しているが、これらデジ
タルサーボ回路１４の構成は従来から公知であるので、
詳細は省略する。

１６はトランジスタインバータ等のサーボアンプであり
、該サーボアンプ１６の出力によりサーボモータ１８を
駆動する。

該サーボモータ１８はボールネジ２０によって機械のテ
ーブル２２を移動させる。該テーブル２２には、リニア
スケール２４が設けられており、テーブル２２の移動に
応じて、該リニアスケール２４からフィードバックパル
スΔＰｆを出力し、デジタルサーボ回路１４に入力され
ている。また、２６はサーボモータ１８の回転に応じて
パルスを発生するバルスコーダであり、このフィードバ
ックパルスΔＶｆもデジタルサーボ回路１４に入力され
ている。そして、デジタルサーボ回路１４では、上記リ
ニアスケール２４からのフィードバックパルスΔＰｆ及
びバルスコーダ２６からのフィードバックパルスΔＶｆ
を所定円期毎計数し、機械速度ωＬ、モータ速度ωｍを
算出している点は従来と同様である。

また、数１ｉ１１１Ｊ御装置等から所定周期（分配周期
）缶出力される移動指令値ΔＲｎをリニアスケール２４
からのフィードバックパルスΔＰｆから位置偏差を求め
、速度指令値ＶＣを算出する点も従来と同様であり、以
下、本発明の特徴とする位置制御部からの速度指令値Ｖ
Ｃを受けて電流制御部へのトルク指令値■Ｃを算出する
速度制御部（１０）の処理について、第４図に示すフロ
ーチャートと共に説明する。

デジタルサーボ回路１４のプロセッサは速度制御処理周
期毎第４図に示す処理を行っており、まず、メモリ１４
ａ内に格納されている前周期におけるモータ速度ωｍ０
機械速度ω［を読み込み（ステップＳ１）、次の第（２
）式の計算を行い、積分ゲインに１を求める（ステップ
８２）。

Ｋｌ−に１０（１−α１ωｍ−ωＬｌ）　　・・・（２
）なお、Ｋ１０は第２図に示すように、モータ速度ωｍ
と機械速度ωＦが等しいとき（ωｍ＝ωＬ）の積分ゲイ
ンの値を示し、αは第２図に示すように、モータ速度ω
ｍと機械速度ω［との差（ωｍ−ωＬ）の大きさに応じ
て積分ゲインに１を減少させるための傾きを表わす。

次に、位置制御部で出力された速度指令値ＶＣからステ
ップＳ１で読み込んだモータ速度ωｍを減じた値、即ち
、速度偏差（Ｖｃ−ωｍ）にステップＳ２で求めた積分
ゲインに１を乗じた値を、積分器として機能するレジス
タＴｉの値に加算する。すなわち、次の第（３）式の演
算を行う（ステップ８３）。

Ｔｉ４−Ｔｉ＋に１（Ｖｃ−ωｍ）　　　−・−・−・
（３）次に、第（４）式に示すように、速度指令値ＶＣ
からモータ速度ωｍを減じた速度偏差（Ｖｃ−ωｍ）に
速度制御器の比例項の定数に２を乗じ、比例項の値ＴＰ
を求める（ステップ８４）。

ＴＰ　＝に２　（Ｖｃ−ωｍ）　　　　　　−・・・（
４）次に、ステップＳ３で求めた積分項の値Ｔ１とステ
ップＳ４で求めた比例項の値ＴＰを加算し、トルク指令
値Ｔｃを求める（ステップ８５）。

ＴＣ−Ｔｉ＋■Ｐ　　　　　　　　　　・・・・・・（
５）この求められたトルク指令値Ｔｃによって、電流１
ＩＩＪＩＩＩ処理を行うが、この電流制御処理は従来と
同一であり、従来と同様にして行われ、サーボアンプ１
６を駆動してサーボモータ１８が駆動されることとなる
。

以上のような処理が速度制御周期毎行われ、モータ速度
ωｍと機械速度ωＬ間の差（ωｍ−ωＬ）が大きく、制
御系と機械系が同調していないときには積分ゲインに１
を小さくして、積分機能の影響を小さくして系の安定を
図り、モータ速度ωｍと機械速度ω［間の差（（ωｍ−
ωＬ）が小さいときには、積分ゲインに１を大きくして
応答性を良くすると共に外乱トルクに対する速度変動を
抑制する。

発明の効果本発明においては、モータと機械系の間にねじれ系やば
ね系が存在する場合で、停止時や加減速時にモータ速度
と機械速度に差が生じると積分ゲインを小さくして振動
発生を抑え、系の安定を図ると共に、モータ速度と機械
速度が等しいような定常時には積分ゲインを大きくして
系の応答性を良くし、外乱に対する速度変動を抑制し、
全体的に系の安定を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーボ制御方式のブロック線図、
第２図は本発明による速度制ｍ’ａの積分ゲインの調節
方法の説明図、第３図は本発明の一実施例のブロック図
、第４図は同実施例における動作処理フローチャート、
第５図は従来のサーボＩＩＩ御方式におけるブロック線
図である。１０・・・速度１１１１１１Ｂ、１２・・・モータ及び
機械系、１４・・・デジタルサーボ回路、１６・・・サ
ーボアンプ、１８・・・サーボモータ、２０・・・ボー
ルネジ、２２・・・テーブル、２４・・・リニアスケー
ル、２６・・・バルスコーダ、ＶＣ・・・速度指令（値
）、ＴＣ・・・トルク指令（値）、ωｍ・・・モータ速
度、ω［・・・機械速度、Ｋ１・・・積分ゲイン、Ｋ２
・・・比例ゲイン、Ｋｔ・・・トルク定数、Ｋｍ・・・
バネ定数、Ｊｍ・・・モータイナーシャ、ＪＬ・・・負
荷イナーシャ。第　１　口第４　口

Claims

【特許請求の範囲】

速度制御ループ中に積分要素を有しモータ速度と該モー
タで駆動される機械の移動速度を検出する検出手段を有
するフルクローズド・ループのサーボ系において、モー
タ速度と機械速度との差が増大するにつれて上記積分要
素のゲインを小さくするようにしたデジタルサーボ制御
方式。