JPH04184512A

JPH04184512A - サーボモータの制御方式

Info

Publication number: JPH04184512A
Application number: JP31264990A
Authority: JP
Inventors: Heisuke Iwashita; 平輔岩下
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1990-11-20
Publication date: 1992-07-01
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JP3197898B2

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、工作機械の送り軸やロボットのアームを駆動
するサーボモータの制御方式に関する。

従来の技術第４図はサーボモータを制御する位置・速度制御系のブ
ロック図である。

第４図において、１０は工作機械やロボットを制御する
数値制御装置等の制御装置から所定分配周期毎に分配さ
れる移動指令Ｍｅを位置・速度ループ処理周期毎の移動
指令Ｐｃに分解するブロック、１１は位置ループ処理に
おける積算器（エラーレジスタ）のブロックで、位置・
速度ループ処理周期毎に上記ブロック１０から出力され
る移動指令Ｐｃから、位置・速度ループ処理周期毎の位
置のフィードバック量Ｐｆを減じた値を積算して位置偏
差εｐを求める。１２はポジションゲインのブロックで
、上記位置偏差εｐにポジションゲインＫｐを乗じて速
度指令Ｖｃを求める。１３は速度ループ処理の積分器の
ブロックで速度指令ＶＣより速度フィードバック量Ｖｆ
を減じて得られる速度偏差εＶを積算する。１４は速度
ループにおける積分定数のブロック、１５は速度ループ
の比例定数のブロックで、積分器１３の出力Ｓｖに積分
定数ｋｌを乗じた値から速度フィードバック信号Ｖｆに
比例定数に２を乗じた値を減じてトルク指令Ｔｃを求め
る。１６はサーボモータの機械部の伝達関数を表すブロ
ックで、Ｋｔはトルク定数、Ｊｍはイナーシャを表す。

分配層期毎指令される移動指令Ｍｃを位置・速度ループ
処理周期毎の移動指令Ｐｃに分解し、該移動指令Ｐｃか
ら、位置・速度周期毎のサーボモータの移動量Ｐｆを減
じた値を積算器１１で積算し位置偏差εｐを求め該位置
偏差εｐにポジションゲインＫｐを乗じて得られる位置
ループ処理からの速度指令Ｖｃからサーボモータの実速
度Ｖｆを減じて速度偏差εＶを求める。そして、この速
度偏差εＶを積分器１３で積分し、この積分値ＳＶに積
分定数に１を乗じた値から、サーボモータの実速度Ｖｆ
に比例定数に２を乗した値を減じてトルク指令（電流指
令）Ｔｃを求める。そして、インバータ等を介してサー
ボモータを駆動するものである。

上記サーボモータの制御方式は従来から周知のものであ
り、このサーボモータの制御をアナログ回路で構成した
サーボ回路で行うものも、また、プルセッサによってソ
フトウェアで行うディジタルサーボ制御も従来から公知
である。

上記第４図に示すサーボ回路をプロセッサでソフトウェ
アで行う場合、上記速度ループの積分器１３の処理は次
のようにして行われている。

速度ループ処理周期ｎにおける速度ループ積分器の出力
を５ｖ（ｎ）、同周期ｎにおける速度指令をｖｃ（ｎ）
、同周期ｎにおける速度フィードバック量をＶｆ（ｎ）
とすると、速度ループの積分器１３は次の第１式の演算
を行って出力５ｖ（ｎ）を求めている。

Ｓｖ　（ｎ）＝Ｓｖ　（ｎ＝１）＋　（Ｖｃ　（ｎ）−Ｖｆ　（ｎ））・・・（１）上記第１式で示す演算は完全積分の処理であり、次の第
２式で示す不完全積分を実施する場合もある。

Ｓｖ　（ｎ）＝に３　・Ｓｖ　（ｎ−１）十（Ｖｃ　（
ｎ）　−Ｖｆ　（ｎ）　）・・・（２）なお、ｋ３は定数でＯ＜ｋ３＜１である。

アナログ回路でサーボ回路をを構成する場合には速度ル
ープの積分器のコンデンサから洩れ電流があるため、ア
ナログサーボ回路の場合には上記第２式に示す不完全積
分が実施されることになる。

発明が解決しようとする課題第１式で示す完全積分を速度ループの積分器が実施する
場合には、定常状態では、速度指令Ｖｃと速度フィード
バック量Ｖｆが完全に一致するので、停止中の位置偏差
εｐは「０」になる。また、一定速度における位置偏差
εｐは摩擦や外乱トルクにかかわらず一定となりサーボ
剛性（外乱抑圧特性）が高くなるという特性を有してい
る。

しかし、移動指令Ｐｃ、速度指令Ｖｃが「０」になり、
速度ループの積分器の入力が「０」になっても該積分器
にはある値が保持されることになるので、この値がトル
ク指令Ｔｃとして出力され、このトルク指令Ｔｃの大き
さが、サーボモータで駆動される機械系の静止摩擦レベ
ルよりも大きいと指令どうりには停止できず、オーバー
シュートを生じてしまう。

第５図は速度ループの積分器に完全積分を使用したとき
、オーバーシュートが生じることを説明する説明図であ
る。

説明を分かりやすくするために、第５図（ａ）に示すよ
うに移動指令Ｐｃとして「１」が出力されたとする。始
めは、機械系の摩擦等でサーボモータは回転せず、第５
図（ｂ）、（ｄ）に示すように位置のフィードバック信
号Ｐｆ、速度フィードバック信号Ｖｆは発生しない。そ
のため第５図（Ｃ）に示すように位置ループの積算器１
１には位置偏差εｐ（＝１）が保持される。この位置偏
差εｐが速度指令Ｖｃとなって速度ループの積分器１３
に入力され、積分器１３の出力Ｓｖは第５図（ｅ）に示
すように順次増大する。そして、この積分器の出力Ｓｖ
より発生するトルク指令Ｔｃも順次増大し、第５図（ｆ
）に示すように、機械系の静止摩擦を該トルク指令Ｔｃ
が越えると、ソーボモータは回転し、位置のフィードバ
ックＰｆ。

速度フィードバックＶｆが出力され、位置偏差εｐは「
０」となる。そのため、積分器の出力Ｓｖはその時の積
分値を保持することになる。一方、トルク指令Ｔｃは速
度フィードバック量Ｖｆに比例定数に２を乗じた分減少
した値となる（第５図（ｆ）参照）。しかし、この減少
したトルク指令Ｔｃが機械系の動摩擦よりも大きいとき
にはサーボモータは回転を続けることになり、移動位置
は指令位置よりオーバーシュートし、速度フィードバッ
ク信号Ｖｆが出力される（第５図（ｂ）。

（ｄ）参照）。その結果位置偏差εｐは負の値となり、
この位置偏差により生じる速度指令Ｖｃによって速度ル
ープの積分器の出力は負の値に変化し、逆方向のトルク
指令Ｔｃを出力することになる。そして、この負のトル
ク指令が機械系の静摩擦トルク以上になるとサーボモー
タは逆方向に回転しサーボモータの回転位置は指令位置
となると共に位置偏差εｐも「０」となる。

このように速度ループの積分器を完全積分で実施すると
停止する際にオーバーシュートが生じることになる。こ
れに対して、第２式に示すような不完全積分を速度ルー
プの積分器で実施すると、該積分器の出力Ｓｖの値が小
さくなる関係でオーバーシュートの問題は少なくなるが
、速度指令ＶＣと速度フィードバック信号Ｖｆが等しく
ならないため、停止中に位置偏差が生しることになる。

そして、一定速度での移動中にサーボモータか受ける外
乱トルクによって位置偏差が変動する等の問題が生じ、
サーボ剛性が悪くなる。

そこで、本発明の目的は、サーボ剛性を備えると共に、
停止時のオーバーシュートを少なくするサーボモータの
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本発明は、位置・速度ループ処理をプロセッサで実施す
るサーボモータの制御方式において、その時点の分配周
期よりも設定された１以上先の分配周期における移動指
令が「０」であるとき、速度ループ処理における積分処
理を完全積分から不完全積分に切り換えることによって
、停止時のみ速度ループの積分器の積分を不完全積分に
することにより、稼働中はサーボ剛性を高め、停止時の
み位置がオーバーシュートしないように積分器の出力を
小さいものにする。

作　　　用通常の稼働時には、速度ループの積分器（積分処理）は
完全積分を行うので、サーボ剛性は高い状態に保持され
る。一方、停止する際には、移動指令が「０」になる分
配周期よりも１以上前の分配周期から、上記積分器（積
分処理）を不完全積分に切り換えて、移動指令が「Ｏ」
になったとき積分値の値が小さなものになるようにし、
オーバーシュートをおさえる。

実施例第３図は、本発明の一実施例を実施するデジタルサーボ
制御装置のブロック図であり、構成は従来のデジタルサ
ーボ制御を行う装置と同一構成であるので、概略的に示
している。

第３図において、２０は数値制御装置（以下、ＮＣとい
う）、２１は共有ＲＡＭ、２２はプロセッサ（ＣＰＵ）
、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するデジタルサーボ回路、２３
はトランジスタインバータ等のサーボアンプ、２４はサ
ーボモータ、２５はサーボモータ２４の回転と共にパル
スを発生するパルスコーダである。

ＮＣ２０はＩＰＴ周期（分配周期）毎に移動指令を共有
ＲΔＭ１２に書込み、デジタルサーボ回路２１のＣＰＵ
はこの移動指令を共有ＲＡＭ１２から読取り、上記ＩＴ
Ｐ周期をＮ個に分割した周期で、位置・速度ループ処理
を行う。ＩＴＰ周期毎ＮＣ２０から出力される移動指令
がＩＴＰ周期中均等に分配されるように位置・速度ルー
プ処理における移動指令Ｐｃ（ｎ）を求め、この移動指
令Ｐｃ（ｎ）とパルスコーダ２５からの位置のフィード
バックパルスＰｆによって得られるサーボモータ２４の
現在位置との差より位置ループ処理を行って速度指令Ｖ
ｃを求め、次に、該速度指令Ｖｃとパルスコーダ２５か
らのフィードバックパルスによって得られるサーボモー
タ２４の実速度Ｖｆより速度ループ処理、トルク指令（
電流指令）Ｔｃを求める。そして、電流ループ処理を行
い、ＰＷＭ指令を作成し、サーボアンプ２３を介してサ
ーボモータ２４を駆動する。

第１図、第２図は本実施例におけるデジタルサ−水回路
２２のＣＰＵが実施するＩＴＰ周期ごとの移動指令読み
取り処理、および位置・速度ループ処理周期毎の位置ル
ープ処理、速度ループ処理のフローチャートである。

第１図はＩＴＰ周期毎行う処理のフローチャートで、ま
ず、デジタルサーボ回路のＣＰＵはＩＴＰ周期ごとＮＣ
２０から出力された移動指令Ｍｃを共有ＲＡＭ２１を介
して読む（ステップＳＬ）。

そして、この移動指令が「０」であるか否か判断しくス
テップＳ２）、「０」であれば、レジスタに記憶される
ＩＩＴＰ周期前の移動指令がｒＯＪか否か判断しくステ
ップＳ３）、ｒＯＪであれば、ステップＳ１で読み取っ
た移動指令ＭｃをレジスタＲ（Ｍｃ）に格納する（ステ
ップＳ６）。すなわち、レジスタＲ（Ｍｃ）には当該周
期より１周期前の移動指令Ｍｃを記憶することになる。

ステップＳ１で読み取った移動指令ＭｃがｒＯＪでない
ときには、フラグＦを「０」にセットしカウンタＣＮＴ
を「０」にセットしくステップＳ７゜Ｓ８）、ステップ
Ｓ６に移行する。これにより、後述するように位置・速
度ループ処理を行うＩＴＰ周期の移動指令より１周期光
の移動指令ＭｃがあるときにはフラグＦ、カウンタＣＮ
ＴがｒＯＪにセットされることになり、移動開始時には
必ず、フラグＦ、カウンタＣＮＴはｒＯＪにセットされ
ることになる。

また、ステップＳ１で読み取った移動指令Ｍｃが「０」
であり、レジスタＲ（Ｍｃ）の値がｒＯＪでないとき（
移動を停止する際）には、上記フラグＦを「１」にセッ
トし、上記カウンタＣＮＴを設定された任意の値Ａをセ
ットして（ステップＳ４、Ｓ５）、ステップＳ６に移行
する。

一方、位置・速度ループ周期では各周期毎第２図にフロ
ーチャートで示す処理を実行し、まず、レジスタＲ（Ｍ
ｅ）に記憶されている移動指令ＭＣに基づいて各位置・
速度ループ処理周期毎の移動指令を従来と同様に求め（
ステップ５１００）、該移動指令に基づいて従来と同様
に位置ループ処理を実行し速度指令Ｖｃを求める（ステ
ップ５１０１）。すなわち、レジスタＲ（Ｍｃ）に記憶
する移動指令に基づいて位置・速度ループ処理を行うこ
とになるので、第１図に示すＩＴＰ周期毎の移動指令Ｍ
ｅの読み込み（ステップＳＬ）は移動指令Ｍｅを１１７
Ｐ周期先読みすることになる。

次に、フラグＦが「１」か否か判断しくステップ５１０
２）、該フラグＦは１つ先のＩＴＰ周期の移動指令Ｍｃ
が「０」でないとき「０」に設定されているから、移動
開始時、若しくはすでに移動を開始しているときには該
フラグＦは「０」にセットされており、この場合には速
度ループ処理では完全積分が実行される。すなわち、レ
ジスタに記憶する積分値Ｓｖにステップ５１０１で求め
られた速度指令Ｖｃから速度フィードバック量Ｖｆを減
じた値（速度偏差）を加算して積分値Ｓｖを求める第１
式の完全積分を実行しくステップ５１０８）、該積分値
Ｖｓに積分定数ｋｌを乗じた値に速度フィードバック量
Ｖｆに比例定数に２を乗じた値を減してトルク指令Ｔｃ
を算出しくステップ８１０６）、該トルク指令Ｔｃを電
流ループ処理に引き渡しくステップ５１０７）、当該位
置・速度ループ処理を終了する。

また、ステップ５１０２でフラグＦが「１」であるとき
、すなわち、当該位置・速度ループ処理におけるＩＴＰ
周期より１周期光のＩＴＰ周期の移動指令Ｍｅが「０」
で当該ＩＴＰ周期の移動指令が「０」でないとき（移動
を停止する１　１７Ｐ周期前）、フラグＦは「１」にセ
ットされカウンタＣＮＴはＡにセットされるから（ステ
ップ８２〜Ｓ５参照）、フラグＦは「１」であるのでス
テップ５１０２からステップ５１０３に移行し、カウン
タＣＮＴが「０」でなければ（始めは「０」でない）、
カウンタＣＮＴから「１」減じて（ステップ５１０４）
、第２式に示す不完全積分を行い（ステップ５１０５）
、得られた積分値Ｓｖによってトルク指令Ｔｃを求め電
流ループに引き渡す（ステップ５１０６．５１０７）。

以下、位置・速度ループ処理周期毎フラグＦが「１」で
ある限り、カウンタＣＮＴが「０」になるまで、ステッ
プ８１００〜５１０７の処理が実行され、速度ループ処
理の積分処理は不完全積分が実行されることになる。

その結果、ＩＴＰ周期の移動指令Ｍｃが「０」になる１
つ前のＩＴＰ周期の各位置・速度ループ処理から速度ル
ープ処理の積分処理は不完全積分処理が実行されること
になるので、ＩＴＰ周期をＮ分割した位置・速度ループ
処理周期の各速度ループ処理での積分処理の積分値Ｓｖ
は順次小さな値となり、位置・速度ループ処理における
移動指令Ｐｃが「０」になった時点では、該積分値Ｓｖ
は小さな値となり、停止時にオーバシュートが生じるこ
とは少なくなる。

そして、上記カウンタＣＮＴがｒＯＪになると、ステッ
プ５１０８に移行し、完全積分に戻り、かつ、次の移動
指令がある場合には、その移動指令Ｍｅが実行される１
つ前のＩＴＰ周期でフラグＦ。

カウンタＣＮＴは「０」にセットされることになる（ス
テップＳ７，８８参照）。

なお、上記実施例では、ＩＴＰ周期における移動指令Ｍ
ｅがｒＯＪになるＩＩＴＰ周期前より、速度ループの積
分処理を不完全積分処理にするようにしたが、さらに、
２　ＩＴＰ周期前、３１ＴＰ周期前から不完全積分に切
り換えるようにしてもよい。

発明の効果本発明は、サーボモータがその回転を停止する直前より
、速度ループ処理の積分処理を不完全積分にし、通常の
サーボモータの駆動中は上記速度ループ処理の積分処理
を完全積分するようにしたので、サーボ剛性が保持され
ると共に、停止時にオーバーシュートを生じさせること
は少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における分配周期（ＩＴＰ周
期）毎のデジタルサーボ回路のプロセッサが実施する処
理のフローチャート、第２図は同実施例におけるデジタ
ルサーボ回路のプロセッサが実施する位置・速度ループ
処理のフローチャート、第３図は同実施例を実施するデ
ジタルサーボ制御装置のブロック図、第４図はサーボモ
ータの位置・速度制御系のブロック図、第５図は速度ル
ープの積分器に完全積分を使用したとき、オーバーシュ
ートが生じることを説明する説明図である。２０・・・数値制御装置、２１・・・共有ＲＡＭ１２２
・・・デジタルサーボ回路、２３・・・サーボアンプ、
２４・・・サーボモータ、２５川パルスコーダ。

Claims

【特許請求の範囲】

分配周期毎指令される移動指令を受けて位置・速度ルー
プ処理をプロセッサで実施するサーボモータの制御方式
において、その時点の分配周期よりも設定された１以上
先の分配周期における移動指令が「０」であるとき、オ
ーバーシュートを防ぐために速度ループ処理における積
分処理を完全積分から不完全積分に切り換えることを特
徴とするサーボモータの制御方式。