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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988004446A1
    申请号:PCT/JP1987/000968
    申请日:1987-12-11
    公开日:1988-06-16
    发明作者:Mitsuo Kurakake；Keiji Sakamoto
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05D17-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] サーボモ ー タ 制御装置
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 産業用 ロ ボ ッ ト や N C 工作機械の可動部の 位置決め制御を行な う サーボモータ 制御装置に関す る 。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] C N C に よ る サーボ制御回路の一例 と し て、 第 3 図に 示す フ ルク ローズ ド ルー ブ方式の制御回路があ る。 図 に ぉ レヽ て 、 情報処理回路 X は、 C P U と メ モ リ を含み、 サーボ機構 Y に対す る指令信号を形成 し てい る 。 サーボ 機構 Y は、 フ ィ ー ド バ ッ ク さ れる位置信号 と 指令信号 と を比較す る比較回路 a 、 ' こ の比較回路 a で得 ら れ た '偏差 信号 と フ ィ ー ド ノ ッ ク さ れ る 速度信号 と が入力 さ れ る サ ー ボ ド ラ イ ブ回路 ！） 、 サー ボ モ ー タ c 、 'こ の サ一 ボ モータ c の速度を検出す る速度検出器 d 、 テーブル等の 機械負荷 f に取付け ら れた位置検出用直線ス ケール e な ど を有 し てい る。
    [0007] フ ル ク ロ ーズ ド ルー ブの サー ボ系 で は、 サー ボ モ ー タ c の機械負荷 f に位置検出器を取付け る こ と に よ り 、 位 置決めサーボル ブ中 に機械本体が組込ま れ た構成を な し てい る 点 に特徴があ る 。
    [0008] 第 4 図は、 こ の種のサーボ系の ブロ ッ ク線図であ る。 図 に お い て、 K は ポ ジ シ ョ ン ゲ イ ン 、 k 1 , k 2 は ゲ イ ン 、 丁 は外乱、 Κ τ は ト ル ク 定数、 J m は ロ ー タ イ ナ ー シ ャ 、 J は負荷イ ナ — シ ャ で あ る 。 第 4 図に示すサーボ茶の位置指令と ト ルク指令 と の関 係 は、 第 5 図 に示す よ う に Z 変換 （ノ ルス伝達関数変 換 ) さ れた伝達要素に よ り 積分項 （ ) を 表 わ す こ と に よ っ て表現す る こ と がで き る。 図 に おい て、 M C ( i ) は 、 N C 装置 で 形成 さ れ る 位置指令、 V E L し ） は、 サ一ボモータ の速度信号、 P 0 S ( i ) ほ、 サ ン ブ リ ン グ周羝 T に お け る 機械の移動量を示 し て い る。
    [0009] 上記フ ルク ロ一ズ ド ループ方式の外 に、 位置信号を機 械負荷の手前のサーボモータ 出力軸や、 サーボモータ の 出力軸に連結さ.れる ボ一ルね じ軸か ら取出すセ ミ ク ロ ー ズ ド ルーブ方式のサ一ボ制御系に よ り位置决め制御を行 な う- と も可能である。 こ の方式で は、 比較的安価な レ ゾルバや パ ルスェン コ一ダ等が位置検出素子 と して使用 さ れ、 動的な精度の確保が可能である 。 しか し、 送り ね じ の ビ ツ チ誤差な どの機構上の誤差が、 直接に制御精度 に影響する ため、 位置につい て の静的な精度が前者.に比 較す る と 良 く な い。 い ず》れの サ一ボ.制御系を 用 い る か は、 位置検出素子と し て どの よ う なも の を使用 し、 機械 負荷を どの程度ま で精密に制御する かに応じてユー.ザが 任意に選択する も のであ る が、 N C 装置ほ一般に両方式 に共通 し て利用さ れる場合が多い。
    [0010] と こ ろ で、 テーブルや アーム はその移動方向の変更指 令に よ り 所定の サーポ モータ の回転方向が反転す る 際 に、 機械負荷の各軸がバ ッ ク ラ ッ シ ュ や摩擦な どの制御 誤差 の要素 を有 し て い る た め に 、 第 2 図 に 示す よ .う な サーボモータ の速度 - ト ルク 特性 に応 じ て、 位置指令に 対す る応答遅れが生 じ る。 つ ま り 、 回転方向反転時 に所 定軸のサーボモ ー タ の回転が停止状態に近づい て、 動作 象限が反転す る前後 に おいて、 ト ルク が速度に比例 し な く な る。
    [0011] セ ミ ク ローズ ド ルーブ方式のサーボ制御系で は、 位置 指令 と 共に 、 N C 装置側か ら バ ッ ク ラ ッ シ ュ補正信号を サーボ機構に入力 し て、 サーボモータ の位置信号を補正 し 、 回転方向反転時の応答遅れ を改善 し て い る 。 し か し、 フ ル ク ローズ ド ルーブ方式のサーボ制御系ほ、 第 3 図で説明 し た よ う に、 機械負荷が位置決めサーボルー プ 内 に組み込 ま れて構成さ れて お り 、 直線ス ケール e か ら 得 ら れ る位置信号自体に バ ッ ク ラ ッ シ ュ分が含 ま れてい る の で 、 N C 装置側か ら 出力 さ れる ノ ッ ク ラ ッ シ ュ補正 信号に よ っ て は、 サーボ制御系の位置信号を補正す る処 理はで き ない。 こ の ため、 同一の N C 装置に よ り 、 セ ミ ク ローズ ド ループ方式のサーボ制御茶 と 、 フ ルク ロ ーズ ド ルーブ方式のサーボ制御系 と に共通 に バ ッ ク ラ ッ シ ュ 補正指令を用い る こ と がで き ない。 し た が っ て N C 装置 の利用効率が低下 し、 フ ル ク ロ ーズ ド ルー ブ方式のサー ボ制御系の機械 に対 し て移動方向反転時の応答遅れが改 善で き ない と レヽ ぅ 問題があ っ た。
    [0012] ' 発 明 の 開 示
    [0013] 本発明 ほ、 こ う し た問題点を解決すべ く な さ れ た も の で、 摩擦抵抗を も考慮 し た ト ルク指令を形成 し てセ ミ ク ローズ ド ルーブサーボ釗御系に も フ ルク ローズ ド ルーブ サーボ制御系に も適甩 して好適なサーボモータ 制御装置 を提供す る こ と を 目 的 と し てい る。
    [0014] 本発明 に よ れ ば、 位置指令 と 、 機械負荷で のパ V ク ラ ッ シ ュ の補正指令と に よ り 、 機械負荷を移動制御す る サーボモータ 制御装置に おいて、 前記機械負荷の位置を 検出する位置信号検出手段 と 、 前記パ ッ ク ラ ッ シ ュ の補 正指令に も と づいて前記サーボモータ に よ る機械負荷の 動作象限が反転す る タ イ ミ ン グを判別す る判別手段 と 、 象限反転時に前記位置信号 と位置指令 と か ら形成さ れた ト ルク指令を機械負荷の摩擦抵抗に相当するオ フ セ ツ 卜 デ タ に よ り 補正する補正手段 と、 こ の補正された ト ル ク指令に よ り サ一ボモータ を駆動制御する制御手段と を 具備す る こ と を特徴と する サーボモータ制御装置が提供 で き る。
    [0015] 従つ て本発明のサーボモータ制御装置は、 フ ルク ロ ー ズ ド ル一ブ方式のサーボ茶に対して、 通常の位零指令 と 共に、 パ ッ ク ラ ッ シュ補正指令 と サーボモータ の動作象 限のデータを入力 し、 象限反転時の機械の摩擦 ト ルク に 相当す る ト ル ク 指令を オ フ セ ッ ト デー タ と し て サー ボ モータ に 出力 してい る ので、 象限反転時の位置指令に対 す る応答遅れを改善で き る。 ま た、 セ ミ ク ローズ ド .ルー ブ方式 と フルク ローズ ドルー.ブ方式の両者のサーボ制御 系の制御に同一 N C 装置のバ ッ ク ラ ッ シ ュ補正指令を共 用で き る 。
    [0016] 図面の簡単な説明
    [0017] 第 1 図 （ a ) , ( b ) は本発明の概略構成 を示す ブ 口.、ソ ク 図お よ び処理 フ ロー図、 第 2 図は速度一 ト ルク 特 性を示す図、 第 3 図は フ ルク ロ ーズ ド ループ方式の'サー ボ制御装置の回路図、 第 4 図、 第 5 図はサーボ制御系の ブ ロ ッ ク 図であ る。
    [0018] 発明を実施す る ための最良の形態
    [0019] 以下、 図面を用いて本発明の一実施例に つい て詳細に 説明す る。
    [0020] 第 1 図 （ a ) は、 本発明の概略構成を示す ブロ ッ ク 図 で あ る 。 図 に お い て 、 N C 装置か ら は、 位置指令 M C ( i ) と ノ ッ ク ラ ッ シ ュ補正指令 B L ( i ) がサ一.ボ制 御系 に 出力 さ れて い る 。 位置指令 M C ( i ) は、 比較器 B 1 に入力さ れ、 比較器 B i で は位置指令 M C ( i ) と 位置信号 P 0 S ( i ) と を比較 し て、 偏差信号 E i を形 成す る 。 .こ の偏差信号 E 丄 は 、 ポ ジ シ ョ ン ゲ イ ン K と 乗 算さ れて速度指令 E 2 と し て比較器 B 2 に入力 さ れる。 比較器 B 2 で は 、 速度指令 E 2 と 、 サーボモ ー タ の速度 信号 V E L ( i ) と を比較 し て、 偏差信号 E s を形成す る 。 こ の偏差信号 E s は、 比較器 B s と 積分項 Z_1 、 お よ びゲ イ ン k i を介 し て比較器 B 4 に 出力 さ れ、 こ の比 較器 B 4 に ゲ イ ン k 2 を 介 し て フ ィ ー ド ノ ッ ク さ れ る 速 度信号 V E L ( i ) と 演算さ れ、 比較器 B 4 か ら サーボ モータ に対す る ト ルク 指令が出力 さ れる 。 ま た、 パッ ク ラ ッ シ ュ補正指令 B L ( i ) か ら形成さ れる バ ヅ ク ラ ッ シ ュ補正フ ラ グ B L F ( i ) ほ、 補止回 路 A に入力される。 補正回路 A では、 サーボモータ の速 度一 ルク 特性が第 2 図 に 示す特性を有す る 場合 に 、 バ ッ ク ラ ッ シュ補正指令に ついての象限データ と して入 力される補正フ ラグ B L F ( i ) を受け と つ て、 可動部 の各軸方向每に検出さ れた動作象限の反転に際して、 記 憶 してい る 摩擦 トルク に相当す る ト ルク 補正指令 F R ( i ) が出力ざれる。 即ち、 回転方向が反転す る際の勖 作領域のデータ に応じて、 第 1 図 （ b ) の動作フ ローに 示す よ う に機械の摩擦 ト ルク に相当する ト ルク指令をォ フ セ ッ ト データ と し て与えてい る。
    [0021] つ ま り 、 第 1 図 （ b ) に おいて、 - ( 1 ) 第 3 象限 （ B L F ( i ) < 0 ) の と き、 オ フセ ッ ト データ F R ( i ) は、
    [0022] F R ( i ) = - F a
    [0023] (伹し、 F a ほ、 予め設定さ れた機械の摩擦 ト ルク ） ( 2 ) 第 1 象限 （ B L F ( i ) > G ) の と き 、
    [0024] F R ( I ) = F a
    [0025] の オ フ セ ッ トデータ F R ( i ) を形成し、 比較器 B 4 に 入力す る。
    [0026] セ ミ ク ローズ ド ルーブ方式のサーボ制御茶において は 比較器 B ]L あ るい は B 2 にノ ッ ク ラ ッ シ ュ補正指令- B L
    [0027] ( i ) が直接に入力さ れ、 位置信号を補正し てい る。 ま た、 フ ルク ローズ ド ルーブ方式のサーボ制御系に おいて は前述の よ う に機械負荷自身が位置決めサーボルー プ中 に配置さ れてい る の で、 位置信号中 に ノ ッ ク ラ ッ シ ュ分 が含 ま れ、 位置信号 そ の も の を補正す る こ と は で き な い 。 そ こ で 、 速度一 ト ル ク 特性の象限デー タ に 基づ く ノ ッ ク ラ ッ シ ュ補正フ ラ グ B L F ( i ) か ら極性が決定 さ れる オ フ セ ッ 卜 データ を、 第 1 図 （ a ) に示す よ .う に サーボループ中の ト ルク指令を形成す る位置に、 オーブ ン ループで入力 し てい る 。 回転方向反転時 に は、 通常、 サーボ系に指令さ れる移動指令が ほぼ 0 の ため に、 ト ル ク指令の極性を移動指令の極性か ら判別で き ないか ら で あ る 。 こ の よ う に し て速度一 ト ルク 特性を補正す る ため のバ ク ラ ッ シ ュ補正指令 に つい て の象限データ か ら 、 回転方向反転時の ト ルク指令を形成 し て、 応答遅れの改 善を図 っ てレヽ る 。
    [0028] 以上、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明は こ れ に限定さ れ.る も ので な く 、 本発明の要旨の範囲内で種々 の変形が可能であ っ て、 こ れ ら を本発明の範囲か ら排除 す る も ので は ない。
    [0029] 産業上の利用可能性
    [0030] 本発明のサーボモータ 制御装置は、 位置指令に対 し て サーボモータ位置で は な く 、 機械位置の フ イ ー ド バ ッ ク を行な う よ う に し た サーボ系に適用で き る。
    权利要求:
    Claims 求 の 範 囲
    ( 1 ) 位置指令 と、 機械負荷でのパ ッ ク ラ ッ シ ュ の補 正指令 と に よ り 、 機械負荷を移動釗御する サーボモータ 制御装置ほ、 次を含む
    前記機-械負荷の . を検出する位置信号検出手段 ； 前記パ V ゥ ラ- シ ュ の補正指令に も と づいて前記サー ボモータ に よ る機械負荷の動作象限が反転す る タ イ ミ ン グを判別する判別手段
    象限反転時に前記 w.置信号 と 位置指令と か ら形成さ れ た ト ルク指令を機械負荷の摩擦抵抗に相当する オ フ セ ッ ト データ に よ り 補正する補正手段 ；
    こ の補正さ れた 卜 ルク指令に よ り サーボモータ を駆動 制御す る制御手段
    ( 2 ) 前記位置信号検出手段 は、 光学式の リ ニ ア ス ケールであ る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記 載のサーボモータ制御装置。
    ( 3 ) 前記補正手段は、 機械負荷の各軸に固有の摩擦 抵抗値に応じ オ フ セ ッ ト データ を書換可能に記憶して い る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサー ボモータ制御装置。
    ( 4 ) 前記制御手段ほ、 セ ミ ク ローズ ド ループサーボ 系、 ある い は フ ルクローズ ド ルーブサーボ系のいずれか で あ っ て、 前記パ ッ ク ラ ッ シ ュ の補正指令に よ り 、 あ る い は前記補正手段か ら のオ フ セ ッ ト データ に よ り 補正さ れ た ト ルク 指令を形成す る よ う に し た こ と を特徴 と す る 請求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサーボモータ 制御装置。
    ( 5 ) 前記機械負荷は、 複数のサーボ系を有す る工作 機械あ る い は工業用 ロ ボ " ト で あ る こ と を特徴 と す る請 求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサーボモータ 制御装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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