JPH08328635A - 位置制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所定倍した分配パルスをサ−ボ系に渡すことに
より、サ−ボモ−タの動きを滑らかにし、高精度の加工
を可能にする。 【構成】 分配手段１２は、最小指令単位で指令された
パ−トプログラム１１に基づいて、位置指令パルスを小
数単位まで演算し、その分配パルスＰａをＸ軸、Ｙ軸な
どの各軸に分配する。また、乗算手段（×Ｎ）１３は分
配パルスＰａを所定倍する。その後、整数化手段１４は
所定倍された倍数分配パルスＰｂを整数化する。以上の
手段により位置指令パルスは、小数点以下のデ−タを含
んだままサ−ボモ−タ制御部２０ａに出力される。この
ため、フィ−ドフォワ−ド機能等を使用してモ−タの追
従性が高い場合でも、滑らかな移動を行うことができ、
加工の精度、面粗度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置の位置制御
方式に関し、特に追従性の高いサーボ系を有する数値制
御装置の位置制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】数値制御装置システムのサーボ制御部で
は、高精度の加工を行うために、サーボ系の指令に対す
る追従特性を高めている。このような例として、フィー
ドフォワード制御等の技術が使用されている。

【０００３】図５は従来のフィードフォワード制御を含
む数値制御装置システムのブロック図である。この数値
制御装置システムは補間演算部４０と、サ−ボモ−タ制
御部５０と、サ−ボモ−タ６０とから構成される。

【０００４】補間演算部４０において、分配手段４２
は，最小指令単位として通常は１ｕｍである単位で指令
されたパ−トプログラム４１に基づいて、位置指令パル
スを小数単位まで演算し、結果をＸ軸、Ｙ軸などの各軸
に分配する。図では１軸のみ示している。分配された結
果、端数を持つ送り速度となった場合は、分配パルスＰ
ａは小数点以下のデ−タを持つ。そして整数化手段４３
は、分配パルスＰａを整数化することにより、サ−ボで
の位置制御の単位に変換する。このため分配パルスＰａ
は、小数点以下のデ−タを持たない整数化された分配パ
ルスＰｊとなる。また、整数化の処理は整数化した際の
余りパルスを保存しておき、次回の整数化に使用して分
配したパルスと出力したパルスの累積誤差が生じないよ
うにする。そして、補間後加減速手段４４は、切削時の
負荷変動を調整するため、分配パルスＰｊの加減速制御
を行う。

【０００５】サ−ボモ−タ制御部５０において、加算器
５２には補間後加減速されたパルスＰｋと、サ−ボモ−
タ６０からの位置帰還パルスＰｆ３とが入力される。加
算器５２は、パルスＰｋから位置帰還パルスＰｆ３を減
算した結果をゲイン入力パルスＰｃ３として比例要素
（Ｐｇ）５３に出力する。比例要素（Ｐｇ）５３はゲイ
ン入力パルスＰｃ３をポジションル−プゲインＰｇだけ
乗じて、速度指令ｖｇとして加算器５４に出力する。

【０００６】一方、補間後加減速されたパルスＰｋは，
フィ−ドフォワ−ド要素（α＊Ｓ）５１にも入力され
る。フィ−ドフォワ−ド要素（α＊Ｓ）５１は、補間後
加減速されたパルスＰｋを微分要素Ｓによって微分した
後、フィ−ドフォワ−ド係数αを乗じて、フィ−ドフォ
ワ−ド速度指令ｖｅとして加算器５４に出力する。

【０００７】なお、フィ−ドフォワ−ド係数αは、フィ
−ドフォワ−ド制御の特性を決定する係数であり、α＝
０ならばフィ−ドフォワ−ド制御を行わないことを意味
し、α＝１であって連続系ならば理論上のサ−ボの遅れ
がないことを意味する。そして、加算器５４は速度指令
ｖｇとフィ−ドフォワ−ド速度指令ｖｅとを加算し、速
度指令Ｖ３としてサ−ボモ−タ６０に出力する。サ−ボ
モ−タ６０は、入力した速度指令Ｖ３によって回転す
る。このサ−ボモ−タ６０の特性に相当する積分要素
（１／Ｓ）６１は、サ−ボモ−タの位置を位置帰還パル
スＰｆ３として加算器５２に帰還する。

【０００８】図６は、上述したサ−ボモ−タ６０の追従
特性を示す図である。例えば、時間０〜ｔ５までのブロ
ックで１補間周期あたり２．２４パルスに相当する速度
がパ−トプログラム４１で指令され、時間ｔ５以上のブ
ロックでは１補間周期あたり３．５パルスに相当する速
度がパ−トプログラム４１で指令されたとする。サ−ボ
モ−タ制御部５０には、小数点以下のデータを失った整
数化されたパルスが出力されるので、時間０〜ｔ５のブ
ロックでは２パルスまたは３パルスが、時間ｔ５以上の
ブロックでは、３パルスまたは４パルスが周期的に出力
される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６のｔ１，
ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ６，ｔ７の部分では、本来は速度
変化がないところなのに１パルス分の速度変化があった
とみなされて、サ−ボモ−タは、それに追従しようとし
てしまう。逆に、ｔ５では本来は１．２６パルス分の速
度変化があったにもかかわらず、１パルス分の速度変化
しかないものとみなされて、サ−ボモ−タは１パルス分
しか移動しようとせず、追従性が悪くなる可能性があ
る。以上のようにサーボモータの応答特性が、サーボモ
ータ制御部に送られた分配パルスの出力にそのまま対応
してしまうので、速度変化が階段状となり、高精度の加
工ができない。

【００１０】このことは、フィードフォワード制御を含
む数値制御装置システムではより顕著となる。本願発明
は上記の点に鑑みなされたものであり、より高精度の加
工が可能な位置制御方式を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、分配パルスをサーボモータ制御部に送っ
てサーボモータを制御して位置制御を行う位置制御方式
において、パ−トプログラムによるＮＣ指令を小数単位
まで演算して分配パルスを出力する分配手段と、前記分
配パルスを所定倍して、倍数分配パルスを出力する乗算
手段と、前記倍数分配パルスを整数化してサーボモータ
制御部に送る整数化手段と、を有することを特徴とする
位置制御方式が、提供される。

【００１２】

【作用】分配手段は、最小指令単位で指令されたパ−ト
プログラムに基づいて、位置指令パルスを小数単位まで
演算し、結果をＸ軸、Ｙ軸などの各軸に分配する。ま
た、乗算手段は分配パルスを所定倍する。その後、整数
化手段は所定倍された倍数分配パルスを整数化する。以
上の手段により位置指令パルスは、小数点以下のデ−タ
を含んだままサ−ボモ−タ制御部に出力される。このた
め、フィ−ドフォワ−ド機能等を使用してモ−タの追従
性が非常に高い場合でも、なめらかな移動を行うことが
でき、加工の精度、面粗度を向上させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の位置制御方式のブロック図であ
る。

【００１４】位置制御方式は補間演算部１０ａと、サ−
ボモ−タ制御部２０ａと、サ−ボモ−タ３０とから構成
される。補間演算部１０ａにおいて、分配手段１２は、
最小指令単位として通常は１ｕｍである単位で指令され
たパ−トプログラム４１に基づいて、位置指令パルスを
小数単位まで演算し、結果をＸ軸、Ｙ軸などの各軸に分
配する。図では１軸のみ示している。そして乗算手段１
３（×Ｎ）により分配パルスＰａをＮ倍する。そして、
整数化手段１４は倍数分配パルスＰｂを整数化し、整数
化された分配パルスＰｄを出力する。その後、補間後加
減速手段１５で加減速制御を行う。

【００１５】サ−ボモ−タ制御部２０ａにおいて、加算
器２３には補間後加減速されたパルスＰｅとサ−ボモ−
タ３０からの位置帰還パルスＰｆ１を乗算手段（×Ｎ）
２６でＮ倍した出力パルスＰｉとが入力される。加算器
２３は、補間後加減速されたパルスＰｅから、位置帰還
パルスＰｆ１を乗算手段（×Ｎ）２６でＮ倍した出力パ
ルスＰｉを減算した結果を、ゲイン入力パルスＰｃ１と
して比例要素（Ｐｇ）２４に出力する。比例要素（Ｐ
ｇ）２４はゲイン入力パルスＰｃ１をポジションル−プ
ゲインＰｇだけ乗じて、速度指令ｖｂとして加算器２５
に出力する。

【００１６】一方、補間後加減速されたパルスＰｅは分
配パルスＰａをＮ倍したものであるから除算手段（１／
Ｎ）２１により１／Ｎ倍し、その出力パルスＰｈをフィ
−ドフォワ−ド要素（α＊Ｓ）２２に入力する。フィ−
ドフォワ−ド要素（α＊Ｓ）２２は、出力パルスＰｈを
微分要素Ｓによって微分した後、フィ−ドフォワ−ド係
数αを乗じて、フィ−ドフォワ−ド速度指令ｖａとして
加算器２５に出力する。

【００１７】そして、加算器２５は速度指令ｖｂとフィ
−ドフォワ−ド速度指令ｖａとを加算し、速度指令Ｖ１
としてサ−ボモ−タ３０に出力する。サ−ボモ−タ３０
は、入力した速度指令Ｖ１によって回転する。このサ−
ボモ−タ３０の特性に相当する積分要素（１／Ｓ）３１
は、サ−ボモ−タの位置を位置帰還パルスＰｆ１として
乗算手段（×Ｎ）２６に帰還する。その後Ｎ倍された出
力パルスＰｉは加算器２３に入力される。

【００１８】次に補間演算部１０ａについて説明する。
図２は補間演算部１０ａの処理のフロ−チャ−トであ
る。 〔Ｓ１〕分配手段１２は、最小指令単位として通常は１
ｕｍである単位で指令されたパ−トプログラム４１に基
づいた、位置指令パルスを得る。

【００１９】〔Ｓ２〕分配手段１２は、位置指令パルス
を小数単位まで演算して補間を行い、分配パルスＰａと
して各軸に分配する。 〔Ｓ３〕乗算手段（×Ｎ）１３において分配パルスＰａ
をＮ倍する。Ｎの値は任意に設定でき、ここでは２⁸ と
する。

【００２０】〔Ｓ４〕整数化手段１４において、倍数分
配パルスＰｂの整数化を行う。 〔Ｓ５〕補間後加減速手段１５において加減速制御を行
う。 〔Ｓ６〕小数点以下のデ−タを含んでいる補間後加減速
された出力パルスＰｅをサ−ボモ−タ制御部２０ａに出
力する。

【００２１】図３は、上述したサーボモータ３０の倍数
分配パルスに対する応答特性を示す図である。これは上
述した図６の例と同じ補間を２⁸ 倍してから、整数化し
た場合のサ−ボモ−タ制御部２０ａへの出力パルスＰｅ
の例である。時間０〜ｔ５のブロックでは１補間周期あ
たり２．２４パルス相当の分配パルスＰａが乗算手段１
３により２⁸ 倍され、倍数分配パルスＰｂは５７３．４
４パルスとなる。この５７３．４４パルスが整数化手段
１４により整数化され、補間後加減速された結果、時間
０〜ｔ５のブロックでは５７３パルスまたは５７４パル
スが周期的に出力される。しかし２⁸ 倍されているため
に時間０〜ｔ５のブロックでの速度変化は実質的には１
／２⁸ パルス分であり、図６の応答特性と比べて、速度
変化が微小であり、階段状の波形とならない。また時間
ｔ５以上のブロッでは１補間周期あたり３．５パルス相
当の分配パルスＰａが２⁸ 倍されて８９６パルスとな
り、速度変化は現れてこなく、ｔ５のつなぎ目の部分で
のみ速度変化が生じている。

【００２２】このように分配処理で発生した小数点以下
のデ−タを失うことなく、サ−ボ制御部２０ａに渡すこ
とができるため、パルスのばらつきが小さくなり従来に
比べてなめらかな制御を行うことができる。

【００２３】図４は本発明の位置制御方式の第２の実施
例のブロック図である。なお、図１と同じ要素について
は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１と同様に
位置制御方式の第２の実施例も補間演算部１０ｂ、サ−
ボモ−タ制御部２０ｂ，サ−ボモ−タ３０の構成からな
る。

【００２４】補間演算部１０ｂにおいて、図１のように
倍数分配パルスを整数化し、補間後加減速したパルスＰ
ｅを、サ−ボモ−タ制御部２０ｂの位置制御ル−プに出
力するのではなく、フィ−ドフォワ−ドの計算等を行う
ための速度デ−タとして、サ−ボモ−タ制御部２０ｂの
フィ−ドフォワ−ドル−プに出力する。また位置制御ル
−プには、図５の従来例で説明したような制御で補間後
加減速されたパルスＰｋを、位置デ−タとして出力す
る。

【００２５】サ−ボモ−タ制御部２０ｂにおいて、補間
後加減速１５の出力パルスＰｅは、分配パルスＰａをＮ
倍したものであるから、除算手段（１／Ｎ）２１により
１／Ｎ倍し、の出力パルスＰｈをフィ−ドフォワ−ド要
素（α＊Ｓ）２２に入力する。その後のフィ−ドフォワ
−ド処理は、図１と同様である。また、位置制御ル−プ
の構成については、図５の従来例と同様でありその制御
は、加算器２５が速度指令ｖｄとフィ−ドフォワ−ド速
度指令ｖａとを加算し、速度指令Ｖ２としてサ−ボモ−
タ３０に出力する。サ−ボモ−タ３０は、入力した速度
指令Ｖ２によって回転する。このサ−ボモ−タ３０の特
性に相当する積分要素（１／Ｓ）３１は、サ−ボモ−タ
の位置を位置帰還パルスＰｆ２として加算器２３に帰還
する。

【００２６】また、数値制御装置のサ−ボ系において、
モ−タの追従性を高くしているのは、主にフィ−ドフォ
ワ−ド機能である。このために図４の第２実施例の場合
は、小数点以下のデ−タを含んでいる位置指令パルスを
サ−ボモ−タ制御部２０ａのフィ−ドフォワ−ドル−プ
のみに入力している。また、位置制御ル−プへの入力部
分は図５で示した従来例と変わらない。

【００２７】よって図４の第２実施例は、図５で示した
従来例に各機能ブロックを追加した構成をとるので、回
路変更等が図１の第１実施例よりも容易にできる利点が
ある。

【００２８】以上の２つの実施例は、補間演算部で小数
まで含めた分配パルスをＮ倍してから整数化して、サー
ボモータ制御部に送ることで説明したが、補間演算部で
は小数のままサーボモータ制御部に送るような数値制御
装置システムにすることもできる。ただし、整数化等の
処理はサーボモータ制御部で行う必要がある。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では分配手
段で小数まで含む分配パルスを出力するようにしたの
で、分配周期ごとの分配パルスの変動が少なく、サーボ
モータの動きが滑らかになり、より高精度の加工が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置制御方式のブロック図である。

【図２】補間演算部の処理手順を示すフロ−チャ−トで
ある。

【図３】サ−ボモ−タの倍数分配パルスに対する応答特
性を示す図である。

【図４】本発明の位置制御方式の第２の実施例のブロッ
ク図である。

【図５】従来のフィ−ドフォワ−ド制御を含む数値制御
装置システムのブロック図である。

【図６】サ−ボモ−タの追従特性を示す図である。

【符号の説明】

１０ａ 補間演算部 １１ パ−トプログラム １２ 分配手段 １３ 乗算手段（×Ｎ） １４ 整数化手段 １５ 補間後加減速手段 ２０ａ サ−ボモ−タ制御部 ２１ 除算手段（１／Ｎ） ２２ フィ−ドフォワ−ド要素（α＊Ｓ） ２３ 加算器 ２４ 比例要素（Ｐｇ） ２５ 加算器 ２６ 乗算手段（×Ｎ） ３０ サ−ボモ−タ ３１ 積分要素（１／Ｓ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分配パルスをサーボモータ制御部に送って
   サーボモータを制御して位置制御を行う位置制御方式に
   おいて、 パ−トプログラムによるＮＣ指令を小数単位まで演算し
   て分配パルスを出力する分配手段と、 前記分配パルスを所定倍して、倍数分配パルスを出力す
   る乗算手段と、 前記倍数分配パルスを整数化してサーボモータ制御部に
   送る整数化手段と、 を有することを特徴とする位置制御方式。
2. 【請求項２】 分配パルスをサーボモータ制御部に送っ
   てサーボモータを制御して位置制御を行う位置制御方式
   において、パ−トプログラムによるＮＣ指令を小数単位
   まで演算して分配パルスを出力する分配手段と、 前記分配パルスを所定倍して、倍数分配パルスを出力す
   る乗算手段と、 前記倍数分配パルスを整数化してサーボモータ制御部の
   フィードフォワードループに送る第１の整数化手段と、 前記分配パルスを整数化してサーボモータ制御部の位置
   制御ループに送る第２の整数化手段と、 を有することを特徴とする位置制御方式。
3. 【請求項３】 分配パルスをサーボモータ制御部に送っ
   てサーボモータを制御して位置制御を行う位置制御方式
   において、パ−トプログラムによるＮＣ指令を小数単位
   まで演算して分配パルスを出力する分配手段と、 前記分配パルスをそのままサーボモータ制御部に出力す
   ることを特徴とする位置制御方式。