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    公开号:WO1988003678A1
    申请号:PCT/JP1987/000875
    申请日:1987-11-11
    公开日:1988-05-19
    发明作者:Mitsuo Kurakake；Keiji Sakamoto
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳 位置制御方式 技 術 分 野
    [0002] 本発明はサーボモータ等の位置制御方式に関し、 特に、 微 小な位置決め動作を速度ゲイ ンを低下させることな く正確に 制御するようにした位置制御方式に関する。 背 景 技 術
    [0003] 数値制御装置等の位置決めにおいては、 微小な指令に対し て、 可動部が正確に応答することが要求される。
    [0004] このような動きをするためのサーボモータの制御系を第 5 図に示す。 図において、 1 1 は演算器であり.、 位置指令 2 1 が加算され、 位置帰還信号 2 2が減算される。 1 2 は演算器 1 1 の出力の位置指令を速度指令に変、換する変換器、 Kは位 置ゲイ ンであり、 速度指令 （ u ( s ) ) 2 3を出力する。 1 3 は演算器であり、 速度指令 2 3 と速度帰還信号の差を出力 する。 1 4は積分器であり速度指令を積分する。 k 1 は積分 定数である。 1 5 は演算器であり積分器 1 4の トルク指令と 速度帰還信号 2 に比例ゲイ ンをかけた トルク帰還指令の差 分を出力する。 1 6 は電流制御回路であり、 トルク指令に応 じた電流を出力する。 1 7 はサーボモータであり、 K t は ト ルク定数を表し、 J mはサーボモータのイナ一シャを表し、 2 4はサーボモータの速度出力であり、 2 5 はサーボモータ の位置出力である。 速度出力 2 4は演算器 1 3 に直接、 演算 器 1 5に比例ゲイ ン k 2をかけてフィ ー ドバックされる。 サ ーボモータの位置出力 1 5 は演^:器 1 1 にフ ィ ー ドバッ ク さ れる。
    [0005] このようなサーポ系の動作を第 6図に示す。 第 6図におい て、 横軸は移動指令でありその単位は 1 mである。 縦軸は 実際の機械可動部の動きであり、 その単位も 1 である。 理想的な機械可動部の動きは、 直線 M 1に示すように指令が 1 mされる毎に 1 mずつ正確に勖く ことである。
    [0006] しかし、 実際ば第 6図の折線 M 2で示すように l ir m毎の 措令にたいして、 あるときは 0 . 2 πι、 次は 1 . 8 mの ように、 指令にたいして忠実に動作せず、 所謂スティ ック · スリ ツプ現象を起こす。 これが実際の機狨可動部の精度を低 下させたり、 加工面を悪化させる原因となる。
    [0007] この原因は以下のように考えられる。 第 7図に第 5図の ト ルク指令の状態を示す。 図において、 横軸は時藺 ( t ) 、 縦 軸は トルク （T ) である 第 5菌において 1 i mの位置指令 2 1がされると、 第 5図の積分器 1 4の出力の トルク指令 2 3は、 第 7図に示すように トルク指令が直線 C 1に沿って上 昇する。 トルクが静摩擦トルク C 3を越えるとサーボモータ 1 7が回転を開始するが、 実際に位置出力が帰還されるまで に相当の時間差があり、 この間に トルク指令は上昇し、 一方 サーボモータが回転を開始すると動摩擦トルクは静摩擦トル クより極端に小さいので、 サーボモータは指令値を越えて動 いてしまう。 その結果、 次の 1 mの指令がされたときの移 /JP87/00875 一 3一 動量は 1 〃 mより少なく なるのである。
    [0008] これを解決するためには第 5図の積分器 1 4の積分定数 k 1を小さ く して第 7図の トルク上舁曲線を C 2 のようにすれ ば トルクの上昇が緩和されて解決される。 しかし、 位置指令 値が大きいときは系全体の応答が遅く なるという問題点が発 生する。 発 明 の 開 示
    [0009] 本発明の目的は上記問題点を解決し、 微小な位置決め動作 を速度ゲイ ンを低下させることなく正確に制御するようにし た位置制御方式を提供するこ とにある。
    [0010] 本発明では上記の問題点を解決するために、
    [0011] 速度指令と実速度の速度偏差をとつて、 該速度偏差によつ てモータの トルク指令信号を発生する速度制御ループを有す る位置制御方式において、
    [0012] 前記速度偏差を予め定められた微小量と残り量に分割する 指令分割手段と、
    [0013] 前記残り量を受けて積分する積分手段と、
    [0014] 前記微小量を受けて不完全積分する不完全積分手段とを有 し、
    [0015] 前記積分手段の出力と前記不完全積分手段の出力とを加算 して、 トルク指令信号として出力する演算手段と、
    [0016] を有することを特徴とする位置制御方式が、
    [0017] 提供される。
    [0018] 速度偏差を微小量とそれ以外の残り量に分割したので、 指 令値が微小なときは不完全積分手段により実質的に トルク上 舁曲線の傾斜が緩く なる。
    [0019] 逆に指令値が大きいときは、 残り量があり、 これは従来と 同様に ドルク上昇曲線が上昇する。
    [0020] 従って、 指令値に応じて トルク上屏曲線が変化するような 作用を生じる。 図 面 の 箇 単 な 説 明 第 1図は本発明の一実施例のプロ ック図、
    [0021] 第 2図ば従来の トルク指令の積分器を離散系で示したプロ ック図、
    [0022] 第 3図は本発明の一実施例の指令分割手段のフ p—チヤ一 ト図、
    [0023] 第 4図は本発明の一実施例の微小指令と実際の機械可動部 の鼽きを示す図、
    [0024] 第 5図は従来のサーボモータの位置制御系をアナ口グ系で 示した図、 へ
    [0025] 第 6図は従来の微小指令と実際の機械可動部の動きを示す 図、
    [0026] 第 7図は トルク指令の上昇と静摩擦トルクの関係を示した 図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0027] 第 1図に本発明の一実施例のプロ ック図を示す。 本実施例 ' ではデイ ジイ タル処理をするために、 ブロ ック図を離散系で 表す。 第 1図は第 5図の積分器 1 4の部分 （第 5図において 記号 Aで示す） に相当する。 尚、 参考のために第 5図の積分 器 1 4を離散系で表現すると第 2図のよう になる。
    [0028] 第 1図において、 1 は演算器であり、 図示されていない変 換器からの速度指令 u ( i ) とサ―ボモータからの速度帰還 信号 Y ( i ) との偏差を演算し、 出力する。
    [0029] 2 は指令分割手段であり、 演算器 1 の偏差出力信号 s ( i ) を、
    [0030] 微小量 s 2 ( i ) = or
    [0031] 残り量 ( i ) = ε ( i ) ~ a
    [0032] に分割する。 "は一般には位置帰還系の最小検出単位或いは 指令最小単位 （ 1 m ) に相当する速度偏差近辺の値に選択 され、 これは実験的に第 6図に示すような微小移動量指令と 実移動量を観察して決定する。
    [0033] 指令分割手段 2からの出力信号はそれぞれ積分手段 3及び 不完全積分手段 4に出力される。
    [0034] 残り量 s , ( i ) は指令値が大きい場合に発生し、 これは 従来の積分動作が行われる。 積分手段 3 は演算器 5 と Z関数 Z - 'とゲイ ン k l で構成され、 第 5図に示す積分器 1 4 と同 様な機能を有し、 実際は離散系で処理するので、 第 2図に示 す Aのブロ ックと同一の処理がされる。 即ち、 指令値が大き い場合は従来の処理と同じである。 ここでゲイ ン k l は従来 の第 5図に示すものと同様な値を有する。
    [0035] 微小量 s 2 ( i ) は不完全積分手段 4に入力される。 不完 全積分手段 4では演算器 6、 Z関数 Z - 1、 ゲイ ン k 2、 Z関 数 Z - 1の帰還ゲイ ン k 3 で構成される。 積分手段 3が位置帰 還信号がフィ一ドバックされて速度偏差信号が零になつても その出力がホールドされるのに対して、 不完全積分手段 4は 速度偏差信号が零になると出力は指数閬数的に减少する。 次に積分手段 3 の出力信号と不完全積分手段 4の出力信号が 演算器 7で加算ざれトルダ指令信号として出力される。
    [0036] このように、 位置指令信号が微小の場合は速度偏差信号は 指令分割手段 2で分割され、 不完全積分手段 4によつて処理 されるので、 速度帰還信号がフィ ー ドバックされて速度偏差 が零もしく は小さ く —る—と、 トルク指令信号は減少しサーボ モータの過剰^ "I ^raさ 微小指令にたいする実際の移 動動作の精度が向上する。 '
    [0037] 又、 位置指令値が大きい場合は速度偏差の残り量が大き く これは従来の積— ^3一で処理される.ので、 速度ゲイ ンが減 少することなく処理される。
    [0038] 従って、 微小な位置指令には事実上速度ゲイ ンが小さ く、 通常の位置指令にたいしては従来どう りの速度ゲイ ンである と同等の系を構成することができる。
    [0039] 次に指令分割手段 2の処理について述べる。 第 3図に指令 分割手段 2の処理のフローチヤ一ト図を示す。
    [0040] 〔ステ ズプ 1 ( S 1 ) }
    [0041] 速度偏差 ε ( i ) の絶対値 I s ( i ) にが予め決められた 微小量 α以上か判断する。 以上であるとき、.即ち位置指令が 大きいときはステップ 3へ、 小であるとき、 即ち位置指令が 5
    [0042] - 7 - 微小量であるときはステ ップ 2へ行く 。
    [0043] 〔ステ ップ 2 ( S 2 ) 〕
    [0044] 速度偏差入力 s ( i ) をそのまま微小量 s 2 ( i ) と して 送出する。
    [0045] 〔ステップ 3 ( S 3 ) 〕 "
    [0046] ここでは、 速度偏差が微小量より大きい場合であり、 まず その正負を判定する。 これは位置指令の正負によって、 速度 偏差も当然に正負の値をと—るからて'ある。 速度偏差 s ( i ) が正のときはステ ップ 4 ( S 4 ) へいき、 速度偏差 e ( i ) が負のときはステップ 5 ( S 5 ) へい く 。
    [0047] 〔ステ ップ 4 ( S 4 ) 〕
    [0048] 速度偏差 s ( i ) が正であるので、 速度偏差を次の式によ つて、 残り量と微小量に分ける。
    [0049] 残り量 ( i ) = e ( i ) - a
    [0050] 微小量 s 2 ( i ) = or
    [0051] 〔ステップ 5 ( S 5 ) 〕 ' ―
    [0052] 速度偏差 s ( i ) が負であるので、 速度偏差を次の式によ つて、 残り量と微小量にに分ける。
    [0053] 残り量 ( i ) = ε ( i ) + or
    [0054] 微小量 s z ( i ) = — or
    [0055] 以上のステップによって、 速度偏差 s ( i ) を微小量と残 り量に分割することができる。
    [0056] 本実施例のハ ー ドウヱァについては公知のマイ ク ロコ ンビ ユ ータ構成によつて容易に実施することができる。
    [0057] 尚、 本実施例による実験結果を第 4図に示す。 第 4図は第 6図と同様のものである。 直線 M 1が理想的な動きであり、 折線 M 3が本実施例を適用した機械可動部の動きである。 - 第 6図の折線 M 2 と比較すると改善されていることがわかるで あろう。
    [0058] 又、 上記の実施例では速度偏差が大きい場合でも常に微小 量と残り量に分割していたが、 偏差量が大きいときば残り量 のみとして処理することも可能である。
    [0059] 以上説明したように本発明では、 速度偏差を予め設定した 微小量と残り量に分割して、 微小量を不完全積分し、 残り量 を積分して両者の和を ドルク指令信号としたので、 大きな位 置指令にたいしても速度ゲイ ンを落とすことがなく、 微小な 位置指令にたいしても精度の良い動きをさせることができる ,
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . 速度指令と実速度の速度偏差をとつて、 該速度偏差に よってモータの トルク指令信号を発生する速度制御ループを 有する位置制御方式において、
    前記速度偏差を予め定められた微小量と残り量に分割する 指令分割手段と、
    前記残り量を受けて積分する積分手段と、
    前記微小量を受けて不完全積分する不完全積分手段とを有 し、
    前記積分手段の出力と前記不完全積分手段の出力とを加算 して、 トルク指令信号として出力する演算手段と、
    を有することを特徴とする位置制御方式。
    2 . 前記積分手段及び前記不完全積分手段が離散的に算出 されるように構成したこと 特徴とする特許請求の範囲第 1 項記載の位置制御方式。
    类似技术:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-05-19| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1988-05-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1988-07-01| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987907523 Country of ref document: EP |
    1988-11-09| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987907523 Country of ref document: EP |
    1992-06-04| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1987907523 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP61/269445||1986-11-12||
    JP61269445A|JPS63123107A|1986-11-12|1986-11-12|Position control system|KR8870811A| KR910006498B1|1986-11-12|1987-11-11|위치제어방식|
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