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    公开号:WO1991005295A1
    申请号:PCT/JP1990/001186
    申请日:1990-09-17
    公开日:1991-04-18
    发明作者:Yasusuke Iwashita
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 害
    [0002] 閉ル— プ式サ一ボモ一タ制御方法
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 制御安定性及び応答性の双方に優れた閉ル —プ式サ ー ボモー タ制御方法に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 機械可動部及びサーボモータ に夫々装着される位置検 出器及び速度検出器から夫々送出されるフ ィ ー ドバッ ク 信号に基づいて機械可動部の位置ひいてはサーボモータ の位置とサー ボモ ー タの速度とをフ ィ — ドバ ッ ク制御す る こ とが知られ、 両検出器と して例えばリ ニアスケール 及びパルス コ一ダが用いられている。 この種の閉ループ 式サー ボモータ制御方法が適用される機械系において、 サー ボモータ と機械可動部とは連結部において互いにバ ネ結合状態で連結され、 或は、 連結部の構成要素周士例 えばボー ルねじ及びボー ルナ ツ トが互いにバネ結合状態 で連結されている。 従って、 連結部の剛性は小さい。
    [0007] こ のため、 機械可動部の回転速度又は直線移動速度が モー夕回転速度に厳密には対応しな く なる こ とがある。 機械可動部の移動にモータ回転に対する追従遅れがある とパネ作用を奏する連結部にエネルギが蓄積 し、 その後、 蓄積エネ ルギが放出されて機械可動部移動方向に作用す る作用力が機械可動部に加わる。 こ のエネルギの蓄積， 放出に伴って機械可動部が振動する。
    [0008] また、 連結部要素間の結合度が弱いと、 連結部の共振 一 一 周波数が速度ルー プの周波数帯域まで低下する こ とがあ る。 この場合、 速度制御上の安定性が損なわれる と共に、 機械可動部に振動が発生し易く なる。 そ して、 振動防止 及び制御安定性向上の観点から速度ル-プの周波数帯域 を下げるべく 速度ループのゲイ ンを減少させると、 位置 ルー プのゲイ ン も減少せざるを得な く なる。 結果と して、 サー ボ系の応答性が低下する。
    [0009] 発 明 の 開 示
    [0010] 本発明の目的は、 制御安定性及び応答性の双方に優れ た閉ル— プ式サー ボモータ制御方法を提供する こ とにあ る o
    [0011] 上述の目的を達成するため、 本発明によれば、 サーボ モー タ に駆動的に連結した機械可動部の実際位置を表す 位置検出器出力と実際サー ボモータ速度を表す速度検出 器出力と に基づいてサーボモータの位置及び速度をフ ィ 一 ドバッ ク制御する閉ルー プ式サ― ボモータ制御方法が 提供される。 こ の制御方法は、 位置検出器出力に基づい て機械可動部の実際速度を検出する工程 （ a ) と、 斯く 検出した機械可動部の実際速度と速度検出器出力によ り 表わされる実際サーボモー タ速度との速度差を求めるェ 程 （ b ) と、 こ の速度差に応じてサーボモー タ の目標出 力 ト ルク を補正する工程 （ c ) とを備える。
    [0012] 上述のよ う に、 本発明によれば、 位置検出器出力に基 づいて検出した機械可動部の実際速度と速度検出器出力 が表す実際サーボモータ速度との速度差に応じてサーボ Λ
    [0013] 一 3 - モー タ の目標出力 ト ルク を補正する よ うに したので、 機 械可動部の実際速度と実際サーボモータ速度とを互いに 厳密に対応させる こ とがで き、 機械可動部をモー タ回転 に常に追従して移動させる こ とができ る。 こ のため、 機 械可動部を含む機械系の共振周波数が低い場合にも機械 系の振動を抑制でき、 サー ボ系の制御安定性が向上する。 こ の結果、 サ―ボ系のゲイ ンを増大でき、 従って、 サー ボ系の応答性が向上する。
    [0014] 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0015] 第 1 図は本発明の一実施例による制御方法を実施する ためのサーボ系を示すプロ ッ ク線図、
    [0016] 第 2 図は第 1 図に関連する制御方法を実施するための デ ジタ ルサーボ回路及びその周辺要素を示す概略図、 第 3 図は第 2 図のサーボ回路によ り実行される速度ル — プ制御処理を示すフ ロ ー チ ャ ー ト、
    [0017] 第 4 図は本発明方法を適用したサーボ系の安定性を評 価するために行っ た計算の結果を示すグラ フ、 および
    [0018] 第 5 図は従来のサーボ系を示すプロ ッ ク線図である。
    [0019] 発明を実施するための最良の形態
    [0020] 先ず、 第 5 図を参照して、 従来の閉ループ式サーボ系 を簡略に説明する。
    [0021] 第 5 図のサー ボ系は第 5 伝達要素 6 で表される機械に 装備され、 この機械の可動部は、 連結部 5 例えばボー ル ね じ ボー ルナ ツ ト機構を介して、 第 3 , 第 4伝達要素 3， 4 で表されるサーボモータに駆動的に連結されてい 一 一 る。 サー ポ系は、 第 1， 第 2伝達要素 1， 3 に夫々対応 する位置ループ及び速度ループを備える と共に、 機械可 動部の実際移動位置及び実際サーボモータ回転速度を夫 々検出するための例えばリ ニアス ケ ー ル及びバルス コ ー ダからなる位置検出器及び速度検出器を備えている。
    [0022] 位置ループにおいて、 数値制御装置から送出される位 置指令 P c と機械可動部の実際移動位置を表す第 6伝達 要素 7 か らのフ ィ ー ドバッ ク信号 P f とによ り定まる位 置偏差にポ ジ シ ヨ ンゲイ ン K pが乗 じ られて速度指令 V c が求め られる。 換言すれば、 機械可動部の位置ひいて はサー ボモ ー タ の位置を フ ィ 一 ドバッ ク制御している。 又、 速度ルー プにおいて、 速度指令 V c と実際サーボモ —夕速度を表すフ ィ一 ドバッ ク信号 V f とにより定まる 速度偏差を積分ゲイ ン k 1 及び比例ゲイ ン k 2 で比例積 分して ト ルク指令 （電流指令） T c を求めている。 即ち、 サー ボモ ー タ の速度をフ ィ ー ドバッ ク制御している。 そ して、 サーボモー タは ト ル ク指令に従って駆動制御され る。 第 5 図中、 記号 K t , J m及び J Lはサーボモータ の ト ルク定数， モ ータ イ ナー シ ャ及び機械可動部のイ ナ — シ ャを夫々表す。
    [0023] この種の従来の閉ループサーボモータ制御方法によれ ば、 サー ボモ ー タ と機械可動部との連結部 5 の剛性が小 さいこ と に起因して制御安定性が阻害される と共に機械 可動部に振動が生じる。 又、 制御安定性向上及び振動防 止を企図 して速度ループの積分ゲイ ン k 1 及び比例ゲイ ン k 2 を減少させる と、 速度ルー プをマイ ナールー プと して有する位置ループのポ ジシ ョ ンゲイ ン K jp を大き く する こ と ができず、 応答性が悪化する。
    [0024] 以下、 第 1 図を参照して、 本発明の一実施例による閉 ループ式サーボモータ制御方法を実施するためのサーボ 系を説明する。 但 し、 図中、 第 5 図に示す要素と同一の 要素を同一符号で示し、 その説明を省略する。
    [0025] 第 1 図のサー ボ系は、 第 5 図の第 2伝達要素 2 に対応 しかつ第 7 伝達要素 1 1 〜第 1 2 伝達要素 1 6等からな る速度制御部 1 0 を備えている。 第 7伝達要素 1 1 にお いて位置ルー プか らの速度指令 V c に比例ゲイ ン k 2 が 乗じ られ、 実際サーボモー タ速度を表す速度検出器から のフ ィ ー ドバッ ク信号 V f (in )を速度指令 V c から減じ て得た速度偏差 e が第 8伝達要素 1 2 において積分され、 こ の積分値に積分ゲイ ン k 1 が乗じ られる。 第 1 1 伝達 要素 1 5 ではフ ィ ー ドバッ ク信号 V f (m )に値 「 1 一 な 」 が乗じ られる （符号な はパラ メ ータ値を表す） 。 機械可 動部の実際移動位置を表す位置検出器からのフ ィ ー ドバ ッ ク信号 P f は第 1 2伝達要素 1 6 において微分されて 機械^ r 部の実際移動速度 V f ( s )を表す信号に変換さ れ、 第 0 伝達要素 1 4 では信号 V f ( s )にパラ メ — 夕 値な 力 · じ られる。
    [0026] 第 9 伝達要素 1 3 において、 第 1 0伝達要素 1 4 の出 力 a V f ( s )と第 1 1 伝達要素 1 5 の出力 （ 1 一 な 〉 V f (m )との加算値に比例ゲイ ン k 2 が乗じられる。 そ し 一 ― て、 第 7 伝達要素 1 1 の出力 k 2 V c と第 8 伝達要素 1 2 の出力 ε k 1 Z S との加算値から第 9伝達要素出力が 減じ られ、 これによ り、 第 （ 1 ) 式及びこれを変形して 得た第 （ 2 ) 式で表される ト ルク指令 T c が生成される。
    [0027] T c = k 1 ε / S - k 2 { ( 1 - α ) V f (in) +
    [0028] α V f (s) - V c } · · · ( 1 )
    [0029] T c = { ( k l / S ) + k 2 } ε +
    [0030] α k 2 { V f (m) - V f (s)} · · · ( 2 ) サ―ボモータ と機械可動部間の連結部 5 のパネ剛性が 大きい等の理由でサ―ボモータ速度 V f (in)と機械可動 部速度 V f (s)とが互いに略等しい場合には、 第 （ 2 ) 式の第 2 項を無視でき、 ト ルク指令値 T c は第 5 図のサ —ボ系での ト ル ク指令値 { ( k 1 / S ) + k 2 } e に略 等し く なる。 一方、 連結部 5 の剛性が小さい等の理由で 速度差 V f (m)— V f (s)が生じた場合は、 第 （ 2 ) 式の 第 2項の寄与によ り ト ルク指令値 T cが速度差の大きさ 及び正負に応じて増減補正される。
    [0031] 詳し く は、 機械可動部の移動がモータ回転に追従せず、 従って、 モータ速度 V ί (m)が可動部速度 V ί (s)よ り も 大きい場合は、 速度差と な k 2 との積に等しい補正量が 通常の ト ルク指令値に加え られる。 この結果、 モータ出 力 ト ルク が増大し、 機械可動部の追従遅れが解消する。 —方、 連結部 5 に蓄積したエネルギが放出されて機械可 勁部を移動方向に付勢する作用力が機械可動部に加わつ てモー タ速度よ り も可動部速度が大き く なつた場合には、 通常の ト ルク指令値から補正量が減じ られてモータ出力 ト ルク が減少し、 作用力を相殺する。 結局、 速度差 V i (m )— V ί ( s)の有無， 大き さ及び正負に応じて、 速度差 が零になるよ う に、 即ち、 機械可動部の振動が抑制され る よ う に、 ト ルク指令値が必要に応じて補正される。 以下、 第 2 図を参照して、 上述の実施例の制御方法を を実施するためのサーボ系の具体例を説明する。
    [0032] サー ボ系は、 共有メ モ リ 2 1 を介 してコ ン ビユ ー夕内 蔵式数値制御装置 2 0 と信号授受自在に接铳されたデジ タ ルサ — ボ回路 2 2 を備え、 こ のサ ― ボ回路はプロセ ッ サ， リ ー ドオ ン リ メ モ リ， ラ ン ダム ア ク セ ス メ モ リ等か らなる。 又、 サー ボ系は、 工作機械の各種可動部 （一つ を符号 2 5 で示す） の対応する ものを駆動するためのサ ー ボモー タ 2 3 と、 これに装着され実際サー ボモ ー 夕速 度を検出するためのパルス コーダ等からなる速度検出器 2 4 と、 機械可動部 2 5 に取付けられその実際移動位置 を検出するための リ ニァス ケ ー ル等からなる位置検 器 2 6 とを備え、 これら要素 2 3 , 2 4， 2 6 はサーポ回 路 2 2 に接続されている。 デジタ ルサー ボ回路 2 2 のプ π セ ッ サは、 共有メ モ リ 2 1 を介して数値制御装置 2 0 のプロ セ ッ サから周期的に送出される位置指令に応じて 從来公知の位置ル -プ処理， 速度ル -プ処理及び従来公 知の電流ループ処理をソ フ ト ウ ユ アで周期的に実行して サ - ボモー夕 2 3 を駆動制御するよ う にな っている。 ブ 口セ ッ サ は、 位置検出器 2 6 からのフ ィ ー ドバッ ク信号 一 δ 一
    [0033] P f を記憶するための第 1 レ ジス タ と、 速度検出器 2 4 からの フ ィ一 ドバ ッ ク信号 V f (m)の積算値を記憶する ための第 2 レ ジス タ とを内蔵している。
    [0034] 所定周期 Tで実行される速度ループ処理の開始時、 サ ー ボ回路 2 2 のプロセ ッ サ は、 位置検出器 2 6及び速度 検出器 2 4から夫々送出される フ ィ 一 ドバッ ク信号 P f , V f (m)を読取る （第 3 図のステ ッ プ S 1 ) 。 次に、 ブ 口セ ッ サは、 斯く 読み取ったフ ィ ー ドバッ ク信号 P f か ら前回処理周期でのフ ィ一 ドバッ ク信号 P f を表す第 1 レ ジ ス 夕 の記億値 R (Pf)を減じて前回処理周期でのフ ィ - ドバッ ク信号 P f の読取り時点から今回周期での読取 り時点までの機械可動部 2 5 の実際移動量を算出し、 次 いで、 第 1 図の第 1 2伝達要素 1 6 の微分処理機能を達 成すべ く、 実際移動量を所定周期 Tで除して可動部 2 5 の実際移動速度 V f (s)を求め （ス テ ッ プ S 2 ) 、 ス テ ッ プ S 1 で読み取った今回周期での位置フ ィ一 ドバッ ク 信号 P f を第 1 レ ジス夕 に格納する （ステ ッ プ S 3 ) 。
    [0035] ステ ッ プ S 4 において、 プロセ ッ サは、 位置ループ処 理で既に求めた速度指令 V cからス テ ッ プ S 1 で読取つ た速度フ ィ ー ドバッ ク信号 V f (in)を減じて速度偏差 ε を求め、 第 1 図の第 8伝達要素 1 2 の積分処理機能を達 成すべ く 速度偏差 ε を第 2 レジス タ の記億値 R ( e )に加 算して速度偏差 ε の新たな積分値 R ( ε )を求め、 第 2 レ ジ ス タ に格納する。 次に、 プロセ ッ サは、 第 （ 1 ) 式に 従って ト ルク指令値 T c を算出する （ステ ッ プ S 5 ) 。 詳 し く は、 速度偏差 s の積分値 R ( e )に速度ルー プの積 分ゲイ ン k 1 を乗 じて第 （ 1 ) 式の第 1 項に対応する値 を求める。 次いで、 予め設定したパラ メ ー タ値 から求 めた値 「 1 — な」 と速度フ ィ ー ドバ ッ ク信号 V i (in)と の積とパ ラ メ ー タ 値 と可動部の実際速度 V f (s)との 積との加算値から速度指令 V c を減じ、 こ の減算結果に 速度ルー プの比例ゲイ ン k 2 を乗じて第 （ 1 ) 式の第 2 項に対応する値を求める。 さ らに、 先に求めた値 k l R ( e 〉から値 k 2 { ( 1 一 α ) V f (in) + α V f (s) - V c } を減じて ト ルク指令値 T c を求める。 そ して、 この ト ル ク指令値 T c に基づいてサーボモー タ駆動電流を求める ための電流ルー プ処理に入る （ス テ ッ プ S 6 ) 。
    [0036] 本発明者は、 本発明方法を適用 したサーボ系の安定性 (減衰特性） を評価するための計算を行った。 この計算 に際して、 機械可動部のイ ナー シ ャ J Lをモータ イ ナー シ ャ J mの 5 倍に定める と共に速度ルー プの周波数帯域 が 7 H z になるよ う に積分ゲイ ン k 1 及び比例ゲイ ン k 2 を定めた。 そ して、 機械系の共振周波数 f mが 2 0 0 H z , 1 0 H z又は 5 H z でかつパ ラ メ 一 夕値 ( 0 < a < 1 ) が変化する と きの、 サーボ系の伝達関数式 （機 械可動部の実際位置 P f (S)Z位置指令 P c (S)) に対応 する特 方程式の代表特性根の実部 R e (Sa)の複素平面 上での位 Λを計算した。
    [0037] 第 4 図は計算結果を示し、 代表特性根の実部 R e(Sa〉 の複素平面上での虚軸負方向位置を縦軸にと り、 パラ メ - - 一夕値 o: を横軸にと ってある。 一般に、 実部の位置が虚 軸から負方向に遠ざかるほどサーボ系の安定性が増す。 第 4図から明かなよ う に、 機械系の共振周波数 f mが低 いほど本発明方法の効果が顕著に現れる。 即ち、 共振周 波数 f mが 1 0 H z又は 5 H zでかつ本発明方法を適用 しない場合 （ α = 0 ) は代表特性根の実部の位置は虚軸 に近く、 パラ メ ー タ値な が増大する につれて実部の位置 が虚軸か ら負方向に遠ざかる。 これは、 本発明方法を適 用する とサ―ボ系の安定性が増すこ とを表す。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. サー ボモー タ に駆動的に連結した機械可動部の実際 位置を表す位置検出器出力と実際サーボモータ速度を 表す速度検出器出力とに基づいてサーボモ ータの位置 及び速度をフ ィ — ドバッ ク制御する閉ルー プ式サーボ モー タ制御方法において、 前記位置検出器出力に基づ いて前記機械可動部の実際速度を検出する工程 （ a ) と、 斯 く 検出 した機械可動部の実際速度と前記速度検 出器出力によ り表わされる前記実際サーボモータ速度 との速度差を求める工程 （ b ) と、 前記速度差に応じ て前記サー ボモ ー タ の目標出力 ト ルクを補正する工程 ( c ) とを備える こ とを特徴とするサ一ボモータ制御 方法。
    2. 前記工程 （ c ) において、 前記実際サー ボモータ速 度が前記機械可動部の実際速度よ り も大き いと きに前 記目標出力 ト ルク を増大させ、 前記機械可動部の実際 速度が前記実際サーボモータ速度よ り も大きいときに 前記目標出力 ト ルク を減少させる請求の範囲第 1 項記 載のサ ー ボモー タ制御方法。
    3. 前記速度差の大きさに比例して前記目標出力 トルク を増減させる請求の範囲第 2項記載のサー ボモータ制 御方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    US4988935A|1991-01-29|Advanced digital motion control
    JP3215067B2|2001-10-02|移動方向反転時の位置補正方法
    US4710865A|1987-12-01|Control system for positioning an object using switching from a speed control mode to a position control mode with adjustable brain
    JP4137386B2|2008-08-20|数値制御工作機械の制御方法及び数値制御工作機械
    JP3899526B2|2007-03-28|位置制御装置
    EP0460224B1|1996-02-07|Servo motor control method
    US7084596B2|2006-08-01|Servomotor driving controller
    US5886491A|1999-03-23|Position control unit for electric motor
    DE102009058443B4|2013-08-08|Trägheitsschätzsteuerungseinrichtung und Steuerungssystem
    EP1143315B1|2005-05-11|Servo controller
    EP1667001B1|2011-03-23|Controller
    JP2732159B2|1998-03-25|異常負荷検出方法
    US20120283851A1|2012-11-08|Control parameter adjustment method and adjustment device
    Yang et al.2000|Performance evaluation of a velocity observer for accurate velocity estimation of servo motor drives
    EP1437637B1|2012-02-22|Servomotor controller
    US5304906A|1994-04-19|Collision detecting method using an observer
    US6809493B2|2004-10-26|Servo controller
    CN1307782C|2007-03-28|控制常数调整装置
    JP4014162B2|2007-11-28|工作機械の位置制御装置及び工作機械の位置制御方法
    US20030125831A1|2003-07-03|Controller for machining gears
    US4727303A|1988-02-23|Positional control method and system utilizing same
    US6998810B2|2006-02-14|Position controller of feed shaft
    KR20150119065A|2015-10-23|서보 제어 장치
    JP3389417B2|2003-03-24|ロストモーションの補正方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0450084B1|1995-08-09|
    DE69021550D1|1995-09-14|
    DE69021550T2|1996-01-18|
    JPH03110607A|1991-05-10|
    EP0450084A4|1993-02-24|
    EP0450084A1|1991-10-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    JPS6159509A|1984-08-31|1986-03-27|Hitachi Ltd|Positioning control system|
    JPS6373310A|1986-09-16|1988-04-02|Fanuc Ltd|Position controller|
    JPS6375909A|1986-09-19|1988-04-06|Canon Inc|Position controller|CN100465824C|2006-02-16|2009-03-04|发那科株式会社|伺服电动机控制器|EP0020024B1|1979-04-27|1983-06-22|Nec Corporation|Servo control system operable on digital basis|
    JPS6132120A|1984-07-25|1986-02-14|Hitachi Ltd|Positioning control system|
    JP2638594B2|1986-11-08|1997-08-06|フアナツク株式会社|デイジタルサーボシステム|
    JP2798928B2|1988-03-31|1998-09-17|株式会社東芝|位置決め制御装置|JP2833730B2|1993-03-10|1998-12-09|三菱電機株式会社|位置制御装置|
    JPH10254550A|1997-03-12|1998-09-25|Yaskawa Electric Corp|位置制御装置|
    EP1186686A1|2000-03-08|2002-03-13|Nippon Steel Corporation|Ultrasonic pickling method and pickling device|
    JP4014162B2|2003-08-06|2007-11-28|ヤマザキマザック株式会社|工作機械の位置制御装置及び工作機械の位置制御方法|
    JP4226420B2|2003-09-10|2009-02-18|オークマ株式会社|位置制御装置|
    JP4478584B2|2005-01-17|2010-06-09|株式会社ミツトヨ|位置制御装置、測定装置および加工装置|
    JP4644137B2|2006-02-15|2011-03-02|オークマ株式会社|位置制御装置|
    JP5457894B2|2010-03-17|2014-04-02|オークマ株式会社|フルクローズド位置制御装置|
    JP6412071B2|2016-08-22|2018-10-24|ファナック株式会社|モータ制御装置、モータ制御方法及びモータ制御用プログラム|
    IT201700025766A1|2017-03-08|2018-09-08|Epistolio S R L|Robot di verniciatura|
    法律状态:
    1991-04-18| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1991-04-18| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LU NL SE |
    1991-05-22| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990913549 Country of ref document: EP |
    1991-10-09| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990913549 Country of ref document: EP |
    1995-08-09| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1990913549 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1/248032||1989-09-26||
    JP24803289A|JPH03110607A|1989-09-26|1989-09-26|Servo motor control system|DE1990621550| DE69021550T2|1989-09-26|1990-09-17|Verfahren zur steuerung eines servomotors mit geschlossenem regelkreis.|
    EP19900913549| EP0450084B1|1989-09-26|1990-09-17|Closed loop servo motor control method|
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