JPS63253416A - サ−ボモ−タ制御装置 - 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】 技術分野 本発明はサーボモータの制御装置に係り、特に、サーボ
モータの加速度や所定の回転位置に到達するまでの所要
時間を設定することが可能な制御装置に関するものであ
る。

従来技術 各種のＮＣ工作機械、ロボット等においてサーボモータ
が多用されている。そして、かかるサーボモータの作動
をフィードバック制御するための制御装置は、所望する
目標回転位置および目標回転速度が設定されることによ
り、それ等の目標回転位置および目標回転速度を実現す
るようにサーボモータを作動させるようになっている。

すなわち、目標回転位置および目標回転速度が設定され
ると、サーボモータの回転速度がＯの状態から目標回転
速度になるまで増速した後、その目標回転速度で定速回
転させ、その後、減速して回転速度がＯとなった時に目
標回転位置に到達するように回転位置や回転速度に関す
る制御パターンを作成し、その制御バタ、−ンに従って
サーボモータが作動するように、その回転位置や回転速
度を制御要素としてフィードバック制御するのである。

例えば、特開昭６０−２０８４号公報に記載されている
装置は、回転位置および回転速度を制御要素としてサー
ボモータをフィードバック制御する制御装置の一例であ
る。

発明が解決しようとする問題点 ところで、かかる従来のサーボモータ制御装置における
制御パターンは、前記増減速時における加速度が予め一
定の大きさに定められていた。このため、その加速度を
ユーザーが自由に変更したり、目標回転位置に到達する
までの所要時間を任意に設定したりすることができない
など、サーボモータの作動を制御する上での設定の自由
度が低かった。

問題点を解決するための手段 本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、
その目的とするところは、回転位置および回転速度のみ
ならず加速度や所要時間についても設定できるようにす
ることにある。

そして、かかる目的を達成するため、本発明は、サーボ
モータの作動をフィードバック制御する装置であって、
（ａ）前記サーボモータの目標回転位置。

その目標回転位置に到達するまでの目標所要時間。

目標回転速度、および目標加速度または目標出力トルク
の中の少な（とも３つを所望の値に設定することが可能
な設定入力手段と、（ｂ）その設定入力手段に設定され
た設定入力値に基づいて、予め定められた基本制御パタ
ーンからその設定入力値を実現するように前記サーボモ
ータを作動させるための制御パターンを作成する制御パ
ターン作成手段とを有することを特徴とする。

作用および発明の効果 すなわち、本発明は、設定人力手段によって目標回転位
置、目標所要時間、目標回転速度、および目標加速度ま
たは目標出力トルク、すなわち目標加速度および目標出
力トルクの何れかを含む計４つの中の少なくとも３つを
所望の値に設定できるようにする一方、制御パターン作
成手段によりその設定入力値を実現するようにサーボモ
ータを作動させるための制御パターンを予め定められた
基本制御パターンから作成するようにしたのであり、こ
のようにすれば、所要時間や加速度または出力トルクに
ついて任意に設定し得なかった従来の制御装置に比較し
て、サーボモータの作動を制御する上での設定の自由度
が向上する。例えば、目標所要時間を設定し得る場合に
はその目標所要時間で目標回転位置まで到達するように
サーボモータを回転させることができるのであり、目標
加速度を設定し得る場合にはその目標加速度でサーボモ
ータを増速または減速させることができるのである。

ここで、上記制御パターンは、目標回転位置。

目標所要時間、目標回転速度および目標加速度の中の３
つが設定されれば、基本制御パターンより一義的に定め
られるため、設定入力手段としては、それ等４つの設定
要素の中の少なくとも３つを設定し得るようになってお
ればよいのである。また、負荷トルクが一定の場合には
加速度と出力トルクとの間には一定の関係が存在するた
め、目標加速度の替わりに目標出力トルクを設定するよ
うにしても差支えないのである。

なお、前記サーボモータが、回転位置１回転速度、およ
び加速度または出力トルクを制御要素としてフィードバ
ック制御されるものである場合には、上記制御パターン
に従ってサーボモータは精度良く制御される。

また、前記設定入力手段が、前記目標回転位置。

目標所要時間、目標回転速度、および目標加速度または
目標出力トルクをそれぞれ所望の値に設定することが可
能なものである場合には、それ等４つの設定要素の中の
３つを任意に選択して設定し得るため、設定の自由度が
更に向上する。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

先ず、第１図は本実施例のサーボモータ制御装置のハー
ドウェア構成を示すブロック線図であり、設定入力器１
０．ＣＰＵ１２．ＲＯＭ１４およびＲＡＭ１６を備えて
いる。設定入力器１０は、ＡＣサーボモータ１８の制御
データを設定入力するためのもので、キー人力、祇テー
プ、磁気テープ等によって制御データを一工程毎にＣＰ
Ｕ１２に入力する。制御データには、ＡＣサーボモータ
１８の目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆ、目標加速度に
、および目標回転位置Ｘに到達するまでの目標所要時間
Ｅの４つの設定要素が含まれており、これ等は予め制御
装置に設定されている基本制御パターンに基づいて所望
する値に設定される。

上記基本制御パターンは、ＡＣサーボモータ１８の回転
速度が０の状態から所定の加速度で増速する増速段階、
その増速段階に続いて所定の回転速度で回転する定速段
階、およびその定速段階に続いて回転速度がＯとなるま
で増速段階における加速度と絶対値が等しい負の加速度
で減速する減速段階によって一工程を終了するように予
め定められている。第２図は、かかる基本制御パターン
を回転速度と時間とのグラフで示したもので、時間０〜
ｔ１が増速段階１１時間ｔ１〜ｔ、が定速段階■１時間
ｊ　ｔ　Ｉ”−ｄ　ｊ　３が減速段階■であり、増速段
階Ｉと減速段階■の時間は互いに等しい。そして、前記
目標回転位置Ｘは回転速度と時間との積である面積Ｓを
定めるものであり、目標回転速度Ｆは定速段階■におけ
る回転速度Ｖを定めるものであり、目標加速度には増速
段階Ｉおよび減速段階■における加速度を定めるもので
あり、目標所要時間Ｅは時間ｔ、を定めるものであるが
、それ等４つの設定要素の中の任意の３つが設定されれ
ば残りの１つは一義的に定まるため、４つの設定要素の
中の３つを任意に選択して設定すればよい。

なお、上記目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標
加速度には、ＡＣサーボモータ１８により送りねじ２０
を介して駆動されるＮＣテーブル２２の位置、移動速度
および加速度で設定することもできる。これは、ＮＣテ
ーブル２２の位置。

移動速度および加速度はＡＣサーボモータ１８の回転位
置９回転速度および加速度と１対１で対応するもので、
実質的に目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標加
速度Ｋを設定することと同じだからである。本発明は、
このような設定の仕方をも含むものである。

また、前記ＲＯＭ１４は、前記制御データに基づいて制
御パターンを作成するとともに、ＡＣサーボモータ１８
がその制御パターンに従って作動するように、回転位置
１回転速度および加速度を制御要素としてフィードバッ
ク制御するための一連の処理ロジックが記憶されている
プログラムメモリ２４を備えており、ＲＡＭ１６は、前
記制御データおよび制御パターンが記憶される制御デー
タメモリ２６および制御パターンメモリ２８を備えてい
る。そして、ＣＰＵ１２は、上記ＲＯＭＩ４のプログラ
ムメモリ２４に記憶された処理ロジックに従って信号処
理を行い、ＡＣサーボモータ１８を駆動するための駆動
信号ＳＳをモータ駆動装置３０に出力する。このＣＰ、
Ｕ１２には、上記制御データの他にモータ電流検出器３
２からＡ／Ｄコンバータ３４を経てＡＣサーボモータ１
８の実際のモータ電流を表す電流信号ＳＡが供給される
とともに、エンコーダ３６からＡＣサーボモータ１８の
実際の回転位置を表す位置信号ＳＸが供給されるように
なっている。

このように構成されたサーボモータ制御装置は、第３図
のブロック線図に示されている機能を備えている。この
機能は前記プログラムメモリ２４に記憶されている処理
ロジックが実行されることによって発揮されるもので、
前記設定入力器１０から目標回転位置Ｘ、目標回転速度
Ｆ、目標加速度におよび目標所要時間Ｅに関する制御デ
ータが入力されると、その制御データは先ず制御データ
メモリ２６に記憶される。本実施例では、この制御デー
タメモリ２６と設定入力器１０とによって設定入力手段
が構成されている。

制御データメモリ２６に記憶された制御データは、その
後一工程毎に読み出されて制御パターン作成ブロック３
８に供給される。制御パターン作成ブロック３８は制御
パターン作成手段として機能するもので、読み出された
制御データと前記基本制御パターンとに基づいて、その
制御データ通りにＡＣＣサーボモーフ１を作動させるた
めの制御パターンを作成する。この制御パターンは、第
４図に示されているように、ＡＣサーボモータ１８が位
置すべき理論上の回転位置を予め定められた所定の時間
間隔、例えば１ｍ秒毎に求めたものであるが、増速段階
■における二回微分の値すなわち加速度は前記目標加速
度にと一致し、定速段階■における一回微分の値すなわ
ち回転速度は前記目標回転速度Ｆと一致し、減速段階■
における二回微分の値すなわち加速度の絶対値は前記目
標加速度にと一致し、最終の理論回転位置は前記目標回
転位置Ｘと一致し、その最終の理論回転位置に到達する
時間は前記目標所要時間Ｅと一致する。

ここで、上記制御データには、通常は４つの設定要素の
中の任意の３つの値が含まれていて、その３つの値を満
足するように制御パターンは作成される。しかし、４つ
の設定要素の中の２つしか設定されていない場合には、
予め定められた基準回転速度、基準加速度を目標回転速
度Ｆ、目標加速度にとして制御パターンを作成するよう
になっている。すなわち、例えば目標回転位置Ｘおよび
目標加速度にのみが設定されている場合、或いは目標回
転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみが設定されている場
合には、それぞれ基準回転速度を目標回転速度Ｆとして
制御パターンを作成し、目標回転位置Ｘおよび目標回転
速度Ｆのみが設定されている場合には基準加速度を目標
加速度にとして制御パターンを作成するのである。なお
、目標回転位置Ｘおよび目標所要時間Ｅのみが設定され
ている場合には、基準加速度を目標加速度にとして制御
パターンを作成させるようにすることもできる。

また、目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標加速
度ＫがＮＣテーブル２２の位置、移動速度および加速度
で入力される場合には、この制御パターンを作成するに
先立って送りねじ２０のピッチに基づいてＡＣサーボモ
ータ１８の目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標
加速度Ｋに変換するか、ＮＣテーブル２２が位置すべき
理論位置を算出してそれをＡＣサーボモータ１８の理論
回転位置に変換するようにすればよい。

このようにして制御パターン作成ブロック３８において
一工程毎に作成された制御パターンは、その後制御パタ
ーンメモリ２８に記憶される。そして、その制御パター
ンの理論回転位置は前記所定の時間間隔で逐次読み出さ
れ、位置偏差算出ブロック４０に供給される。位置偏差
算出ブロック４０には、前記エンコーダ３６からＡＣサ
ーボモータ１８の実際の回転位置を表す位置信号ＳＸが
供給されるようになっており、位置偏差算出ブロック４
０はその実際の回転位置と理論回転位置との位置偏差を
算出してその結果を第１演算ブロツク４２へ出力する。

第１演算ブロツク４２は、予め定められた演算式に従っ
て位置偏差を演算処理することにより、その時のＡＣサ
ーボモータ１８の理論上の回転速度、すなわち前記制御
パターンの一回微分に相当する値を求め、それを速度偏
差算出ブロック４４へ出力する。速度偏差算出ブロック
４４には、前記位置信号ＳＸに基づいてＡＣサーボモー
タ１８の実際の回転速度を算出する回転速度算出ブロッ
ク４６からその実際の回転速度を表す信号が供給される
ようになっており、速度偏差算出プロック４４はその実
際の回転速度と理論回転速度との速度偏差を算出してそ
の結果を第２演算ブロツク４８へ出力する。

第２演算ブロツク４Ｂは、予め定められた演算式に従っ
て速度偏差を演算処理することにより、その時のＡＣサ
ーボモータ１８の理論上の加速度、すなわち前記制御パ
ターンの二回微分に相当する値を求め、それを加速度偏
差算出ブロック５０へ出力する。加速度偏差算出ブロッ
ク５０には、前記位置信号Ｓｘに基づいてＡＣサーボモ
ータ１８の実際の加速度を算出する加速度算出ブロック
５２からその実際の加速度を表す信号が供給されるよう
になっており、加速度偏差算出ブロック５０はその実際
の加速度と理論加速度との加速度偏差を算出してその結
果を第３演算ブロツク５４へ出力する。

第３演算ブロツク５４は、上記加速度偏差算出ブロック
５０によって算出された加速度偏差に基づいて、その加
速度偏差をなくすようにＡＣサーボモータ１８を作動さ
せるための最終的な目標電流を出力するもので、この目
標電流は前記位置偏差および速度偏差をもなくすように
決定されている。すなわち、前記第１演算ブロツク４２
および第２演算ブロツク４８は、この第３演算プロ・□
ツク５４から出力される目標電流が位置偏差および速度
偏差をなくすものとなるようにそれぞれ演算処理するの
である。

第３演算ブロツク５４から出力された目標電流は、位相
同期ブロック５６においてＡＣサーボモータ１８の実際
の回転位相と同期させられた後、電流偏差算出ブロック
５８において電流信号ＳＡが表すモータ電流との電流偏
差が算出される。そして、その電流偏差は第４演算ブロ
ツク６０において電圧信号に変換され、パルス幅変調ブ
ロック６２においてパルス幅変調された後、駆動信号Ｓ
Ｓとしてモータ駆動装置３０に出力される。

これにより、ＡＣサーボモータ１８は、制御パターン作
成ブロック３８において作成された制御パターンに従っ
て、回転位置２回転速度および加速度を制御要素として
フィードバック制御され、設定入力器１０により設定さ
れた制御データ通りに作動させられるのである。

ここで、本実施例のサーボモータ制御装置は、目標回転
位置Ｘ、目標回転速度Ｆ、目標加速度におよび目標所要
時間Ｅの中から任意に３つを選択して設定し得るように
なっているため、所要時間や加速度について任意に設定
し得なかった従来の制御装置に比較して、ＡＣサーボモ
ータ１８の作動を制御する上での設定の自由度が大幅に
向上する。すなわち、目標回転位置Ｘ、目標回転速度Ｆ
および目標加速度Ｋを設定するようにしたり、目標回転
位置Ｘ、目標回転速度Ｆおよび目標所要時間Ｅを設定す
るようにしたりするなど、ユーザーのニーズに応じて自
由に設定することができるのである。

また、本実施例では、ＡＣサーボモータ１８を、回転位
置２回転速度および加速度を制御要素としてフィードバ
ック制御するようになっているため、制御パターンに対
するＡＣサーボモータ１８０違従遅れが少なく、制御パ
ターンに従って高い精度でＡＣサーボモータ１８を作動
させることができる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明し
たが、本発明は他の態様で実施することもできる。

例えば、前記実施例では目標回転位置Ｘ、目標回転速度
Ｆ、目標加速度におよび目標所要時間Ｅをそれぞれ所望
の値に設定し得るようになっているが、それ等の中の少
なくとも３つを所望の値に設定し得るようになってお柁
ば本発明の効果は得られる。

また、前記実施例では理論回転位置を指令する制御パタ
ーンを作成し、位置偏差を求めてから速度偏差、加速度
偏差を順次算出してフィードパ・７り制御するようにな
っているが、理論回転速度または理論加速度を指令する
制御パターンを作成して回転位置１回転速度および加速
度を制御要素としてフィードバック制御するようにした
り、或いは理論回転位置、理論回転速度および理論加速
度を指令する制御パターンをそれぞれ作成してフィ−ド
パツク制御するようにしたりすることも可能である。な
お、必ずしも回転位置１回転速度および加速度の全てに
ついてフィードバック制御する必要はない。

また、前記実施例ではエンコーダ３６から構成される装
置信号ＳＸからＡＣサーボモータ１８の実際の加速度を
算出するようになっているが、負荷トルクが変動しない
場合にはＡＣサーボモータ１８の加速度と出力トルクと
の間には一定の関係が存在するため、モータ電流を表す
電流信号ＳＡに基づいてＡＣサーボモータ１８の実際の
出力トルクを算出してフィードバック制御部するように
しても差支えない。同様な理由から、負荷トルクが変動
しない場合には目標加速度にの替わりに目標出力トルク
を設定するようにしても差支えないのであり、また１、
目標加速度におよび目標出力トルクの何れかを任意に選
択して設定し得るようにすることもできる。

また、前記実施例の基本制御パターンは増速段階■、定
速段階■および減速段階■から成るもので、増速段階■
と減速段階■の加速度の絶対値は互いに等しいが、増減
速時の加速度をそれぞれ所望する値に設定し得るように
したり、最終の回転速度を次の工程の目標回転速度と一
致させるようにしたりするなど、基本制御パターンの内
容は適宜変更され得るものである。その場合に、複数種
類の基本制御パターンを予め設定しておき、制御データ
の内容に応じて基本制御パターンを選択することにより
、例えばＡＣサーボモータ１８の回転速度を一工程毎に
−々Ｏとすることな（階段状に変化させる一連の制御パ
ターンを作成させることも可能である。

また、前記実施例では送りねじ２０を介してＮＣテーブ
ル２２を往復移動させるＡＣサーボモータ１８の制御装
置について説明したが、出力軸に設けられたアーム等を
旋回させるサーボモータなど、工作機械やロボット等に
用いられる他の種々のサーボモータ制御装置にも本発明
は同様に適用され得る。

その他−々例示はしないが、本発明はその精神を逸脱す
ることなく当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を
加えた態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるサーボモータ制御装置
の構成を説明するブロック線図である。 第２図は第１図の装置に予め設定されている基本制御パ
ターンの概念図である。第３図は第１図の装置の機能を
説明するブロック線図である。第４図は第３図の制御パ
ターン作成ブロックにおいて作成される制御パターンの
概念図である。 １０：設定入力器 １８：ＡＣサーボモータ（サーボモータ）２６：制御デ
ータメモリ ３８二制御パタ一ン作成ブロック （制御パターン作成手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）サーボモータの作動をフィードバック制御する装
   置であって、 前記サーボモータの目標回転位置、該目標回転位置に到
   達するまでの目標所要時間、目標回転速度、および目標
   加速度または目標出力トルクの中の少なくとも３つを所
   望の値に設定することが可能な設定入力手段と、 該設定入力手段に設定された設定入力値に基づいて、予
   め定められた基本制御パターンから該設定入力値を実現
   するように前記サーボモータを作動させるための制御パ
   ターンを作成する制御パターン作成手段と を有することを特徴とするサーボモータ制御装置。
2. （２）前記サーボモータは、回転位置、回転速度、およ
   び加速度または出力トルクを制御要素としてフィードバ
   ック制御されるものである特許請求の範囲第１項に記載
   のサーボモータ制御装置。
3. （３）前記設定入力手段は、前記目標回転位置、目標所
   要時間、目標回転速度、および目標加速度または目標出
   力トルクをそれぞれ所望の値に設定することが可能なも
   のである特許請求の範囲第１項または第２項に記載のサ
   ーボモータ制御装置。
4. （４）前記基本制御パターンは、前記サーボモータの回
   転速度が０の状態から所定の加速度で増速する増速段階
   と、該増速段階に続いて所定の回転速度で回転する定速
   段階と、該定速段階に続いて回転速度が０となるまで前
   記増速段階における加速度と絶対値が等しい負の加速度
   で減速する減速段階とから成るものである特許請求の範
   囲第１項乃至第３項の何れかに記載のサーボモータ制御
   装置。