JPS62212801A - 完全追従形サ−ボシステム - 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】 （発明の技術分野） 速度や位置を制御するためのサーボシステムにおける制
御方法に関するものである。

（従来技術とその欠点） 従来のサーボシステムでは、所与の速度の指令や位置指
令に対して応答の遅れがあり応答は指令値と異なった動
作となる。

例えば第１図に示すように、直線加減速指令の応答は台
形状にならず高次の曲線となる。

応答のこの様な変形は複数のサーボシステム乞用いて１
つの対象を制御する場合に特に問題となり制御性に著る
しい欠点をもたら丁。

電流マイナーループが理想的（周波数ωまでゲイン１、
電流の飽和なし）であるとした数値制御装置において、
通常のサーボ系は第２図のようなブロック図で表わされ
る。第１表に第２図盤に第■図から第１５図までに使用
する記号の意味を示す。

このサーボ系では停止時以外は位置誤差が存在する。即
ち速度一定時には一定の位置誤差があり、速度が変化す
れば位置誤差が変化する。このため工作機械においてコ
ンタリングにより円弧を切削する場合などには加工誤差
が発生する。

（発明の目的） 本発明の目的は速度や位置の指令に対して完全に追従し
て遅れのない応答を得る事が出来るサーボシステムを構
成することにある。

（発明の構成） 第３図に従来のサーボシステムの概念図を示し、第４図
に本発明のサーボシステムの概念図７示す。

本発明のサーボシステムは、制御系と制御対象とからな
る従来のサーボシステムの伝達関数ｇＷとするとぎＷの
逆関数１／′ｗを前置補償系として採用する。

（一般的な例） 以下に速度制御あるいは位置制御を行う一般の系におい
て、速度や位置の指令に対して完全に追従する制御乞行
うために用いる前置補償系を定める千順乞示す。

ａ・１速度制御 第５図に示される速度制御系の伝達関数Ｗｓ（Ｓ）は次
のように道かれる。

（Ｌ）　シ■（ｚ′％ＤｔＤ　） Ｇｓ （１＋□淘＝−９上−ω゛ ＪＳ＋Ｄ　　　　　ＪＳ＋Ｄ Ｇｓ °°°ω＝ＪＳ＋Ｄ＋Ｇｓ” Ｗ　ｓ　（Ｓ）　＝　−＝ ω薔　　ＪＳ　　＋　Ｉ）＋　Ｇｓ　　　　　　　　（
１）ここで、ｔｔ）１は速度指令値 ′ｃ／ｅは速度誤差 で　はトルク指令値 ωは速度 Ｇｓは速度ゲイン Ｊは慣性モーメント Ｄは粘性摩擦である。

速度誤差ωｅは次のように導かれる。

（ｔ）　ｅ　＝ω’　−ｔｔ） 従って、ステップ状の速度指令に対する定常応答は １１ｍ１ｅ　＝　ｌｉｍ　３ＪＳ＋Ｄ　　±ｔ−＋−＋
　　　　　　ｓ−＋ｏ　　　ＪＳ＋Ｄ＋Ｇｓ　　ＳＤ　
＋　Ｇｓ となり、摩擦分だけ追従できない。

次に前置補償系の伝達関数Ｈｓ（Ｓ）　Ｙ：式（１）で
表られされる伝達関数Ｗｓ　（Ｓ　）の逆数で与える。

前置補償系Ｈｓ（Ｓ）により補償されたシステム第６図
は第７図のように変形されろ。

第６図の場合には指令値の”を指令値ωｄに補償するが
第７図の場合はトルク指令ｌを補償することになる。

第７図の場合、速度誤差ωｅは ｔｌ）　ｅ　＝リ　−の＝０ となり、応答は常に指令に一致する。

ａ・２　位置制御 第８図に示される位置制御系の伝達関数Ｗｐ（Ｓ）は次
のように導かれる。

ρ＝にω 式（１）７代人する。

Ｇｓ θ”　５（ＪＳ＋Ｌ１＋面ω゛ ここで、θ”は位置指令値 θｅは位置誤差 θは位置 Ｇｐは位置ループゲインである。

位置誤差θｅは次のように導かれる。

θ８＝θ８上θ 従って、ランプ状の位置指令に対する定常応答はＤ　十
Ｇｓ Ｑｓ　Ｇｐ となり、定常速度偏差７生じる。

次に、前置補償系の伝達関数Ｈｐ（Ｓ）を、式（４）で
表わされる伝達関数Ｗｐ（Ｓ）の逆数で与える。

式（６）で表わされる前置補償系により補償されたシス
テムは第９図のように表わされる。

第９図のシステムは更に第１０図のように表わされる。

第９図の場合には指令値θｄ１ｆ８ｔ：補償するが、第
１０図の場合ではトルク指令τを補償することになる。

第１０図の場合、位置誤差θｅは ｌｅ＝θ１−θ＝０ となり、応答は常に指令に一致する。

（発明の実施例） 実際の制御装置においてはトルクがトルク指令通りに発
生するという必要な条件がある。速度が大きく変化する
切削送りの起動、停止時にはこの条件が満足されない可
能性があるが、円弧などのゆるやかに速度が変化する場
合には問題なく追従できる。

以下に第２図に示した数値制御装置のサーボ系の位置ル
ープに前置補償系を用いる場合の制御方法を示す。

ｂ・１　比例、微分前置き補正 第１１図に示すよ５な補正を行う。即ち速度指求める。

第１１図は第１２図のように書き直される。

第１２図より次の関係式が成り立つ ０ｅ＝θ１−ρ　　　　　　　　　　■・　１ ＝θ百　　　　　　　　　　　　■ θｏｃ　＝００十〇。　　　　　　　　　■θ二＝　〆
Ｇｃ（Ｓ）　　　　　　　　　　　　　　■θ０＝θｅ
　ｔｏｏ　　　　　　　　　　　■■ｔ■に代入すると ■を■に代入すると ■を０に代入すると ■、■を■に代入すると ■、■を＠に代入すると ８２＋　”ｃＳ　＋　”　Ｏ（Ｉ）（ 以上により位置指令〆と位置誤差θｅの関係が０式とし
て求まった。０式においてＫｐ＝１ｔＫＤ＝１／ωＣと
すれば分子が０となりつまり、どのような位置指令が加
えられても位置誤差は常に０となる。即ち、位置指令ど
うりに動くことになる。この条件を用いてブロック図を
書けば第１３図となる。

ｂ・２　補正の実現 ｂ・１では時間連続系として説明を行ったがＮＣにおい
て、この制御法を実現する場合はサンプリング制御とな
る。ここでは補正部分についてのみコノ影響を示す。Ｄ
ＤＡの出力はｅ７（ｒａｄ／５ｅｃ）ではなくΔｆ）　
７　（ｒａｄ　／　５ｕｎｐｌｃ　）である。これ？考
慮して第１３図を書き直せば第１４図となる。数値処理
の都合で、ωＯχ速度ループ内に持ち込んだ場合は第１
５図になる。

第１４図、第１５図ておいて △Ｔｐ（ｓｅｃ）　：　　はＤＤＡの分配周期Δρ”、
　（ｒａｄ／ｓａｍｐｌｅ）　：　△’ｒｐ間の分配量
である。

（発明の効果） 以上のように、本発明によると指令に対して応答が完全
に追従する。

また個々のサーボ・システムの応答？遅れなしに制御で
きるので、複数のサーボシステムの応答を協調させて、
１つσ）対象を正確に制御することか可能になる。特に
工作機械の数値制御装置に使用する場合、円弧切削にお
いて誤差のない加工を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常のサーボ系りつ応答を説明するための図 第２図は数値制御装置におげろ通常のサーボ系のブロッ
ク図 第３図は通常のサーボ系の概念図 第４図に前置補償系音用いたサーボ系の概念図第５図は
一般の速度制御系のブロック図第６図は第５図の系に前
置補償系音用いた間第７図は第６図の補償方法を変更し
た口笛８図は一般の位置制御系のブロック図第９図は第
８図の系に前置補償系暑用いた口笛１０図は第９図の補
償方法乞変更した口笛１１図は第２図の系に対して比例
、微分補正を加えた図 第１２図は第１１図χ書き直した口 笛１３図は第１２図から位置誤差ゼロの系を導いた図 第１４図はサンプリング制御の場合の前置補償系を用い
た図 第１５因は第１４図における位置ループゲイン乞速度ル
ープ内に持ち込んだ図 第１表は第２１並に第１１図から第１５図までに使用し
た記号の意味な示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）前置補償系を用いたサーボシステム
2. （２）特許請求範囲第一項において、前記前置補償系は
   、該前置補償系を用いない従来のサーボ系の伝達関数を
   Ｗとするとき、Ｗの逆関数１／Ｗを前置補償系として採
   用し全体の伝達関数が１になる事を特徴とするサーボシ
   ステム。