Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JPH05324086A - サーボモータの制御方式 - Google Patents

サーボモータの制御方式

Info

Publication number
JPH05324086A
JPH05324086A JP15408592A JP15408592A JPH05324086A JP H05324086 A JPH05324086 A JP H05324086A JP 15408592 A JP15408592 A JP 15408592A JP 15408592 A JP15408592 A JP 15408592A JP H05324086 A JPH05324086 A JP H05324086A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
value
cycle
command
feedforward
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP15408592A
Other languages
English (en)
Inventor
Heisuke Iwashita
平輔 岩下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Priority to JP15408592A priority Critical patent/JPH05324086A/ja
Priority to EP19930911992 priority patent/EP0596141A4/en
Priority to PCT/JP1993/000618 priority patent/WO1993024875A1/ja
Publication of JPH05324086A publication Critical patent/JPH05324086A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41428—Feedforward of position and speed
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41429—Mean value of previous feedforward values
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41433—Advance feedforward as function of delay rising torque, for large acceleration changes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/43—Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43048—Step change in reference, soft start, smoothing reference

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 指令の加速度変化が大きいときに、サーボ系
のトルクの立ち上がりの遅れを補償し位置誤差を小さく
する。 【構成】 位置・速度ループ処理周期毎、先行スムージ
ング処理（７）を行い先行スムージングデータＳＭＤを
求める。先行スムージングデータＳＭＤよりフィードォ
ワード量ＦＦｐを求める。位置ループで求められた速度
指令にフィードワード量ＦＦｐを加算しフィードフォワ
ード制御を行う。このフィードフォワード制御のとき、
指令の加速度変化が大きいとき、フィードフォワード量
を求めるときのパラメータｋを大きくして、フィードフ
ォワード制御を時間的に進めた形として、トルクの立ち
上がりの遅れを補正する。これにより、位置誤差を小さ
くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の送り軸やロ
ボットのアームを駆動するサーボモータの制御方式に関
する。
【０００２】
【従来の技術】サーボモータを用いて工作機械の送り軸
やロボットのアームなどを制御するとき、位置偏差量を
低減させるためにフィードフォワード制御が行われる。
特に、工作機械で高速切削を行う場合、サーボ系の追従
遅れによる形状誤差が生じる。そのため、この形状誤差
を少くするため位置ループにフィードフォワードをかけ
ることがある。すなわち、位置，速度処理周期毎、移動
指令を微分して、この微分値にフィードフォワード係数
を乗じた値を通常の位置ループ処理で得られた速度指令
に加算して、この加算値を速度指令とするフィードフォ
ワード制御を行い、位置偏差を低減させ、サーボ遅れを
補正している。
【０００３】しかし、数値制御装置等からサーボ回路
側、即ち、位置ループに移動指令が受け渡しされる分配
周期（ＩＴＰ周期）は８ｍｓｅｃ程度であり、サーボ回
路内部での位置ループ，速度ループの周期は２ｍｓｅｃ
或いは１ｍｓｅｃである。そして、位置ループでは上記
数値制御装置から移動指令が受け渡されるＩＴＰ周期を
位置ループ周期で分割し、分割した各位置ループ周期に
おける移動指令が均等になるように制御している。その
ため、数値制御装置から出力される移動指令に加減速時
定数を与えて出力されるようにしても、位置ループでは
各ＩＴＰ周期内における位置・速度ループ処理周期Ｔｓ
毎の各位置ループ処理での移動指令が均等になるように
制御されるから、ＩＴＰ周期が変る位置ループ処理の移
動指令間にのみ移動指令に大きな段差が生じる。これが
フィードフォワード項で微分されて大きな値となり、速
度指令は高周波成分を含むこととなり、速度ループで追
従できなくなって、位置偏差にうねりが生じ、モータや
機械の動きに大きなショックを発生させる原因となる。
そこでこの欠点を解消するために、位置の制御，さらに
は速度の制御のフィードフォワードの項に加減速処理を
挿入し、上記うねりを解消させるスムージング操作（平
滑処理）を行うサーボモータの制御方式を本願発明の発
明者は提案し、特開平３−１５９１１号公報によって公
開されている。
【０００４】しかし、上記スムージング操作は、時間的
に過去のデータを平均化するものであり、位置ループ制
御系では加減速時に位置偏差のうねり等を生じてしまう
という問題がある。そこで、本願発明者等はさらに改良
を重ね、当該ＩＴＰ周期よりも後（未来）に出力される
移動指令をも利用して当該位置・速度ループ周期の移動
指令の前後の位置・速度ループ周期の移動指令を平均化
する先行スムージング方式を用い、この先行スムージン
グ方式で得られた値をフィードフォワード量として通常
の位置ループ処理で得られる速度指令に加算するように
した方式を開発し（特願平２−３０１１５４号，特願平
３−１４９６１４号，特願平３−２５５９７７号等参
照）、上記問題点を解決した。
【０００５】すなわち、先行スムージング処理で次の１
式の演算を行い移動指令の平均値を求め、この平均値に
フィードフォワード係数αを乗じて位置のフィードフォ
ワード量としていた。
【０００６】 平均値＝Ｚd （１＋Ｚ-1＋…＋Ｚ-(N-1)）・（移動指令量）／Ｎ …（１） なお、ＮはＩＴＰ周期を位置・速度ループの周期で割っ
た値、Ｚ-1は１位置・速度ループ処理周期の遅れを示
し、Ｚd は進め要素であり、上記Ｎの約１／２の値がと
られ、Ｎ＝８であるとｄは「３」若しくは「４」の値に
される。またＮ＝４の時にはｄ＝１または２に設定され
る。
【０００７】また、上記１式と同等なスムージングデー
タを得る先行スムージング処理として、当該ＩＴＰ周期
と前後のＩＴＰ周期の移動指令を利用するものも、上記
特願平３−１４９６１４号，特願平３−２５５９７７号
で提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、詳述したフ
ィードフォワード制御の改良に関するもので、指令の加
速度が大きく変化した場合、すなわち、ＩＴＰ周期毎に
出力されいる移動指令の差が大きく変化したとき（ＩＴ
Ｐ周期毎の移動指令は、所定時間（ＩＴＰ周期）におけ
る移動指令であるから、速度を意味し、この速度の差が
変化が大きいということは、指令の加速度が大きく変化
したことを意味する）、サーボモータのトルクの立ち上
がりが遅れることから、位置誤差が生じる。そこで、本
願発明は、このような場合において、サーボ系のトルク
の立ち上がりの遅れを補償し位置誤差を小さくすること
を目的とするものである。
【０００９】
【問題を解決するための手段】本発明は、位置のフィー
ドフォワード制御を行ってサーボモータを制御する制御
方式において、指令の加速度変化の大きさを検出し、該
加速度変化の大きさが設定値以上のとき、フィードフォ
ワード量を設定時間だけ時間的に進めてフィードフォワ
ード制御を行う。
【００１０】特に、先行スムージング処理を行いスムー
ジングデータを求め、該先行スムージング処理によって
求められた当該位置・速度ループ処理周期のスムージン
グデータをＳＭＤ0 ，１位置・速度ループ処理周期前の
スムージングデータをＳＭＤ1 ，フィードフォワード係
数をαとし、上記加速度変化の大きさが設定値より小さ
いときには、パラメータｋの値をｋ１とし、加速度変化
の大きさが設定値以上のときには、設定時間だけパラメ
ータｋの値をｋ１より所定量大きいｋ２の値にして、次
の演算を行い、 ＦＦｐ＝α｛ｋ・ＳＭＤ0 ＋（１−ｋ）ＳＭＤ1 ｝ フィードフォワード量ＦＦｐを求め、速度指令を補正し
てサーボモータのフィードォワード制御を行い、指令の
加速度変化が大きいときに生じる指令に対する実際の移
動軌跡の誤差を小さくした。また、フィードォワード量
ＦＦｐを次の式で求めるときには、上記加速度変化の大
きさが設定値より小さいときには、パラメータｋの値を
ｋ１とし、加速度変化の大きさが設定値以上のときに
は、設定時間だけパラメータｋの値をｋ１より所定量小
さいｋ３の値にして求める。
【００１１】 ＦＦｐ＝α｛（１−ｋ）・ＳＭＤ0 ＋ｋ・ＳＭＤ1 ｝
【００１２】
【作用】指令の加速時変化が設定値以上の場合には、設
定所定時間フィードフォワード量は時間的に進められ、
フィードフォワード制御されるから、フィードフォワー
ド量によってサーボ系の遅れに対応する分先行して補償
され、応答が良くなるために、指令に対する実際の移動
軌跡の誤差は少なくなる。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の一実施例におけるフィードフ
ォワード制御を行なうサーボ系のブロック図で、１はＣ
ＮＣ（コンピュータ内蔵の数値制御装置）から分配周期
（ＩＴＰ周期）毎送られてくる移動指令ＭＣＭＤを位置
・速度ループ処理周期毎の移動指令に分割するＤＤＡ
（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｎａ
ｌｙｚｅｒ）、２は該ＤＤＡ１から出力される移動指令
を加算し、各位置・速度ループ処理周期毎のサーボモー
タの移動量を減じて位置偏差を求めるエラーカウンタ、
３はエラーカウンタ２に記憶する位置偏差にポジション
ゲインＫｐを乗じて速度指令を求める項、４は速度ルー
プの項でｋ１は積分定数、ｋ２は比例定数である。５，
６はサーボモータの伝達関数の項で、Ｋｔはトルク定
数，Ｊｍはモータイナーシャである。１０，１１はサー
ボモータに結合された機械の伝達関数の項で、Ｋｍはバ
ネ定数，Ｃｍは粘性項，ＪL は機械のイナーシャであ
る。さらに、１２は速度を位置に変換する伝達関数の項
である。
【００１４】また、７は上述した従来から行われている
先行スムージング手段の項、８は先行スムージング手段
によって得られた先行スムージングデータＳＭＤより位
置のフィードフォワード量ＦＦｐを求める項で、ｋはサ
ーボモータに接続される機械の特性，後述する加速度変
化に応じて調整されるパラメータであり、αは位置のフ
ィードフォワード係数である。９は先行スムージングデ
ータＳＭＤを微分して、すなわち、当該周期と１周期前
とのスムージングデータＳＭＤの差を求め、速度のフィ
ードフォワード量ＦＦｖを求める項である。なお、Ｔｓ
は位置・速度ループの周期である。
【００１５】ＩＴＰ周期毎、ＣＮＣ等の数値制御装置か
ら移動指令ＭＣＭＤが出力され、ＤＤＡ１によって位置
・速度ループ処理周期Ｔｓ毎の移動指令が求められる。
この移動指令と位置のフィードバック量よりエラーレジ
スタ２で位置偏差が求められ、この位置偏差にポジショ
ンゲインＫｐが乗じられて速度指令Ｖｃ１が従来と同様
に求められる。一方先行スムージング手段７によって上
記１式処理もしくは、当該ＩＴＰ周期の移動指令ＭＣＭ
Ｄと該ＩＴＰ周期の前後のＩＴＰ周期の移動指令ＭＣＭ
Ｄによって従来と同様の方法によって先行スムージング
データＳＭＤを求める。この先行スムージングデータＳ
ＭＤに対して、指令の加速度変化がしきい値Ａより小さ
いときには、次の２式の演算を行い、位置のフィードフ
ォワード量ＦＦｐが求め、指令の加速度変化がしきい値
Ａ以上のときには設定所定時間のみ次の３式の演算を行
って位置のフィードフォワード量ＦＦｐを求め、以後は
２式により位置のフィードフォワード量ＦＦｐを求める
（項８の処理）。
【００１６】指令の加速度変化が小さいとき、 ＦＦｐ＝α｛ｋａ＋（１−ｋａ）Ｚ-1｝・ＳＭＤ ＝α｛ｋａ・ＳＭＤ0 ＋（１−ｋａ）ＳＭＤ1 ｝ …（２） 指令の加速度変化が大きいとき、 ＦＦｐ＝α｛（ｋａ＋ｋｂ）＋（１−ｋａ−ｋｂ）Ｚ-1｝・ＳＭＤ ＝α｛（ｋａ＋ｋｂ）ＳＭＤ0 ＋（１−ｋａ−ｋｂ）ＳＭＤ1 ｝ …（３） なお、ＳＭＤ0 は当該位置・速度ループ処理周期Ｔｓで
算出された先行スムージングデータ、ＳＭＤ1 は１周期
Ｔｓ前に算出された先行スムージングデータであり、指
令の加速度変化がしきい値Ａ以上で大きいときには、指
令の加速度が小さいときと較べ、フィードフォワード量
ＦＦｐは、当該周期の先行スムージングデータＳＭＤ0
のｋｂだけ増加され、１周期Ｔｓ前に算出された先行ス
ムージングデータＳＭＤ1 のｋｂだけ減少され、結局フ
ィードフォワード量ＦＦｐは設定所定時間だけ、進めら
れることになる。
【００１７】そして、上記位置ループ処理によって求め
られて速度指令Ｖｃ１に上記位置のフィードフォワード
量ＦＦｐを加算して位置のフィードフォワード制御が実
行された速度指令Ｖｃを求める。この速度指令Ｖｃから
サーボモータからの速度フィードバック量を減じて速度
偏差を求め従来と同様の速度ループ処理を実行しトルク
指令Ｔｃ１を求める。また、先行スムージングデータＳ
ＭＤを微分（当該周期の先行スムージングデータから前
周期の先行スムージングデータを減じてこの微分値を得
る）して得られる値に、サーボモータのトルク定数Ｋ
ｔ，イナーシャＪｍ，該サーボモータに結合された機械
のイナーシャＪL によって決まる定数（＝（Ｊｍ＋ＪL
）／Ｋｔ）及び速度フィードフォワード係数βを乗じ
て速度のフィードフォワード量ＦＦｖを求める。すなわ
ち、次の４式の演算を行って速度のフィードフォワード
量ＦＦｖを求める。 ＦＦｖ＝｛β（Ｊｍ＋ＪL ）／Ｋｔ｝｛（１−Ｚ-1）／Ｔｓ｝ＳＭＤ ＝｛β´（Ｊｍ＋ＪL ）／Ｋｔ｝（ＳＭＤ0 −ＳＭＤ1 ） …（４） このフィードフォワード量ＦＦｖを上述した速度ループ
処理によって得られたトルク指令Ｔｃ１に加算し、速度
のフィードフォワード制御が行われたトルク指令Ｔｃを
求め、該トルク指令Ｔｃによってサーボモータを駆動す
るものである。
【００１８】図２は、本発明を適用したサーボモータ制
御系のブロック図であり、構成は従来のデジタルサーボ
制御を行う装置と同一構成であるので、概略的に示して
いる。図２において、２０はコンピュータを内蔵した数
値制御装置（ＣＮＣ）、２１は共有ＲＡＭ、２２はプロ
セッサ（ＣＰＵ），ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するディジタ
ルサーボ回路、２３はトランジスタインバータ等のサー
ボアンプ、Ｍはサーボモータ、２４はサーボモータＭの
回転と共にパルスを発生するパルスコーダである。な
お、図２には、１軸のサーボモータのみを示している。
【００１９】ＣＮＣ２０はＩＰＴ周期（分配周期）毎に
移動指令ＭＣＭＤを共有ＲＡＭ２１に書込み、ディジタ
ルサーボ回路２２のＣＰＵはこの移動指令ＭＣＭＤを共
有ＲＡＭ２１から読取り、上記ＩＴＰ周期をＮ個に分割
した周期Ｔｓ（ＩＴＰ＝Ｔｓ×Ｎ）で、位置・速度ルー
プ処理を行う。ＩＴＰ周期毎、ＮＣ２０から出力される
移動指令ＭＣＭＤがＩＴＰ周期中均等に分配されるよう
に位置・速度ループ処理Ｔｓにおける移動指令を求め
（従来から公知のＤＤＡの処理）、この移動指令とパル
スコーダ２４からのフィードバックパルスによって得ら
れるサーボモータＭの現在位置との差より位置ループ処
理を行うと共に、後述する位置のフィードフォワード制
御処理を行って速度指令を求め、次に、該速度指令とパ
ルスコーダ２４からのフィードバックパルスによって得
られるサーボモータＭの実速度より速度ループ処理、さ
らには速度のフィードフォワード処理を行い、トルク指
令（電流指令）を求める。そして、電流ループ処理を行
い、ＰＷＭ指令を作成し、サーボアンプ２３を介してサ
ーボモータＭを駆動する。次に、本実施例の動作につい
て説明する。図３は、ディジタルサーボ回路２２のＣＰ
Ｕが実施するＩＴＰ周期ごとの移動指令読み取り処理で
あり、図４は本発明の実施例における位置・速度ループ
処理周期Ｔｓごとの位置ループ処理、速度ループ処理の
フローチャートである。
【００２０】ディジタルサーボ回路２２のＣＰＵはＩＴ
Ｐ周期毎、図３の処理を実行する。まず、ＣＮＣ２０か
ら指令された移動指令ＭＣＭＤを共有メモリ２１から読
み取り（ステップＳ１）、レジスタＲ３にレジスタＲ２
に記憶する値、レジスタＲ２にレジスタＲ１に記憶する
値、レジスタＲ１にステップＳ１で読み取った移動指令
ＭＣＭＤを格納する（ステップＳ２）。後述するよう
に、通常の位置・速度ループの処理は上記レジスタＲ２
に記憶された移動指令ＭＣＭＤの値によって実行される
ことになるため、移動指令ＭＣＭＤは１つ先読みされる
ことになり、レジスタＲ１には、通常の位置・速度ルー
プの処理の１ＩＴＰ周期先（未来）の移動指令ＭＣＭＤ
が記憶され、レジスタＲ２には、当該位置・速度ループ
の処理における移動指令ＭＣＭＤが記憶され、レジスタ
Ｒ３には１ＩＴＰ周期後（過去）の移動指令ＭＣＭＤが
記憶されることになる。なお、レジスタＲ１〜Ｒ３は初
期設定で始めは「０」が格納されている。
【００２１】次に、カウンタＣ1 を「０」にセットし
（ステップＳ３）、レジスタＲ１に記憶する値からレジ
スタＲ２に記憶する値を減じて、当該ＩＴＰ周期の移動
指令ＭＣＭＤと１ＩＴＰ周期先（未来）の移動指令ＭＣ
ＭＤの差を求め当該周期から次周期間における加速度を
求める。すなわち、ＩＴＰ周期毎の移動指令は、所定時
間内の移動指令であるから速度を表すことになり、当該
周期と次周期の移動指令（速度）の差は、加速度を意味
する。同様にレジスタＲ２に記憶する値からレジスタＲ
３に記憶する値を減じて、１ＩＴＰ周期前（過去）から
当該周期における加速度を求め、上記２つの加速度の差
の絶対値が設定されたしきい値Ａ以上か否か判断し（ス
テップＳ４）、しきい値以上のときには、カウンタＣ2
に設定値Ｂを設定し当該ＩＴＰ周期の処理を終了する。
また、しきい値Ａより上記加速度の差が小さいときに
は、カウンタＣ2 をセットすることなくこの処理を終了
する。つまり、加速度変化がしきい値Ａ以上で大きいと
きのみカウンタＣ2 はＢの値にセットされる。以下各Ｉ
ＴＰ周期毎この処理を実行する。なお上記Ｂの値は、加
速度変化に対してサーボ系が遅れる時間（通常２０〜３
０ｍｓｅｃ程度）に対応する値を設定する。
【００２２】一方、位置・速度ループ処理周期毎ディジ
タルサーボ回路２２のＣＰＵは図４に示す処理を実行
し、まず、カウンタＣ1 の値が、ＩＴＰ周期を位置・速
度ループ処理周期で除した値Ｎ（＝ＩＴＰ周期／位置・
速度ループ処理周期）の１／２より小さいか否か判断し
（ステップＡ１）、小さいならばアキュムレータＳＵＭ
にレジスタＲ２の値からレジスタＲ３の値を減じた値を
加算し（ステップＡ２）、また、カウンタＣの値がＮ／
２以上であれば、アキュムレータＳＵＭにレジスタＲ１
の値からレジスタＲ２の値を減じた値を加算し（ステッ
プＡ３）、ステップＡ４に移行する。なお、アキュムレ
ータＳＵＭは初期設定で始めは「０」にされている。
【００２３】ステップＡ４では上記アキュムレータＳＵ
Ｍの値を上記分割数Ｎの２乗で除算し、先行スムージン
グデータＳＤＭ0 を求める。次に、カウンタＣ1 をイン
クリメントする（ステップＡ５）。このステップＡ１〜
Ａ５までの処理が先行スムージングデータＳＤＭ0 を求
める処理である。この先行スムージング処理と上記１式
で示す先行スムージング処理は異なっている。すなわ
ち、１式で示す先行スムージング処理は位置・速度・ル
ープ毎の移動指令（ＤＤＡ処理後の移動指令）に基づい
て先行スムージングデータＳＤＭ0 を求めるようになっ
ているが、この方法だと処理が複雑になることから（な
おこの処理で先行スムージングデータを求める処理は特
願平２−３０１１５４号，特願平３−２５５９７７号等
参照）、上述の処理によって求めるものである。なお、
上記１式で求める先行スムージングデータと上記ステッ
プＳＡ１〜Ａ５の処理で求める先行スムージングデータ
が実質的に同一であることは後述する。
【００２４】次に、上記カウンタＣ2 が正であるか否か
判断し（ステップＡ６）、正でなければ、従来と同様
に、この当該周期で求められたスムージングデータＳＭ
Ｄ0 とレジスタに記憶する位置・速度ループ処理の１周
期前のスムージングデータＳＭＤ1 より上記２式の演算
を行い、位置のフィードフォワード量ＦＦｐを求める
（ステップＡ７）。また、カウンタＣ2 の値が正のと
き、すなわつ、指令の加速度変化が大きく、しきい値Ａ
以上でカウンタＣ2 が設定値Ｂに設定され、該カウンタ
Ｃ2 の値が正の場合には、該カウンタＣ2 から「１」を
減じ、上記３式の演算を行って位置のフィードフォワー
ド量ＦＦｐを求める（ステップＡ８，Ａ９）。
【００２５】次に、レジスタＲ２に格納された移動指令
ＭＣＭＤに基づいてＤＤＡの処理を行い位置・速度ルー
プ処理周期の移動指令を求める（ステップＡ１０）。な
お、作動開始時の最初のＩＴＰ１周期の期間は、レジス
タＲ２には移動指令ＭＣＭＤが記憶されていないから、
位置・速度ループの移動指令は「０」である。すなわ
ち、スムージング処理及びフィードフォワード処理のみ
が１ＩＴＰ周期先行して実行されることになる。このこ
とは、通常の位置・速度ループのの処理よりフィードフ
ォワー処理は１ＩＴＰ周期先行していることを意味す
る。
【００２６】ステップＡ１０の処理で求められた位置・
速度ループ処理周期の移動指令及びパルスコーター２４
からの位置のフィードバック量より、従来と同様の位置
ループ処理を行い速度指令Ｖｃ１を求め（ステップＡ１
１）、該速度指令にステップＡ７またはステップＡ９で
求めた位置のフィードフォワード量ＦＦｐを加算し、位
置のフィードフォワード処理をした速度指令Ｖｃを求め
る（ステップＡ１２）。この速度指令Ｖｃと速度フィー
ドバック信号により従来と同様の速度ループ処理を行い
トルク指令Ｔｃ１を求める（ステップＡ１０）。また、
当該周期で求めたスムージングデータＳＭＤ0 とレジス
タに記憶する前周期のスムージングデータＳＭＤ1 によ
り上記４式の演算を行い速度のフィードフォワード量Ｆ
Ｆｖを求め（ステップＡ１４）、この速度フィードフォ
ワード量ＦＦｖをステップＡ１０で求めたトルク指令Ｔ
ｃ１に加算し、速度フィードフォワード制御がされたト
ルク指令Ｔｃを求め（ステップＡ１５）、電流ループに
このトルク指令Ｔｃを引き渡す（ステップＡ１６）。そ
して、当該周期で求めたスムージングデータＳＭＤ0 を
次の周期で１周期Ｔｓ前のスムージングデータＳＭＤ1
として使用するためにレジスタに格納し（ステップＡ１
７）、当該位置・速度ループの処理を終了する。以下、
各位置・速度ループ処理周期Ｔｓ毎に図４に記載された
処理を実行する。
【００２７】なお、上記各実施例においては、速度のフ
ィードフォワード制御も実施する例を述べたが、必ずし
も速度のフィードフォワード制御は実施しなくてもよ
い。
【００２８】次に、先行スムージングデータを得る方法
として、上述した処理方法と１式によって求める方法が
実質的に同一であること１例をもって説明する。
【００２９】ＩＴＰ周期間に位置・速度ループが４回で
あるとし、すなわちＮ＝４とし、１式の進め量、すなわ
ちｄを２としたときの例で説明する。ＩＴＰ周期のｎ周
期での移動指令ＭＣＭＤが図５に示すようにＱn で、ｎ
＝０までは、移動指令が「０」（Ｑ0 ＝０）でｎ＝１か
ら移動指令がＱ1 ，Ｑ2 …，Ｑn …であったとする。ま
た、ＤＤＡでの位置・速度ループでの移動指令は各周期
毎均等になるようにするものであるからＱn ／Ｎ＝Ｑn
／４＝ｑn であるとする。そうすると、上記（ステップ
ＳＡ１〜Ａ５におけるカウンタＣ1 ，アキュムレータＳ
ＵＭ及び先行スムージングデータＳＭＤ0 は次のように
なる。 ｎ MCMD Ｃ1 ＳＵＭ ＳＭＤ0 ０ Ｑ0 ０ 0+Q0-(Q-1)=0 ＳＵＭ／４2 ＝０ ＝０ １ 0+Q0-(Q-1)=0 ＝０ ２ 0+Q1-Q0=Q1 4q1 ／４2 ＝q1/4 ３ Q1+Q1-Q0=2Q1 2 ×4q1 ／４2 ＝2q1/4 １ Ｑ1 ０ 2Q1+Q1-Q0=3Q1 3 ×4q1 ／４2 ＝3q1/4 １ 3Q1+Q1-Q0=4Q1 4 ×4q1 ／４2 ＝q1 ２ 4Q1+Q2-Q1=3Q1+Q2 (3q1+q2)/4 ３ 3Q1+Q2+Q2-Q1=2Q1+2Q2 (2q1+2q2)/4 ２ Ｑ２ ０ 2Q1+2Q2+Q2-Q1=Q1+3Q2 (q1+3q2)/4 １ Q1+3Q2+Q2-Q1=4Q2 q2 ２ 4Q2+Q3-Q2=3Q2+Q3 (3q2+q3)/4 ３ 3Q2+Q3+Q3-Q2=2Q2+2Q3 (2q2+2q3)/4 ３ Ｑ３ ０ 2Q2+2Q3+Q3-Q2=Q2+3Q3 (q2+3q3)/4 １ Q2+3Q3+Q3-Q2=4Q3 q3 ２ 4Q3+Q4-Q3=3Q3+Q4 (3q3+q4)/4 ３ 3Q3+Q4+Q4-Q3=2Q3+2Q4 (2q3+2q4)/4 … ｎ Ｑn ０ Qn-1+3Qn (qn-1+3qn)/4 １ 4Qn qn ２ 3Qn+Qn+1 (3qn+qn+1)/4 ３ 2Qn+2Qn+1 (2qn+2qn+1)/4 すなわち、ＩＴＰ周期ｎ周期の先行スムージングデータ
ＳＭＤは、１番目の位置・速度ループ周期では、 （ｑn-1 ＋３ｑn ）／４ ２番目の位置・速度ループ周期では、 ｑn ３番目の位置・速度ループ周期では、 （３ｑn ＋ｑn+1 ）／４ ４番目の位置・速度ループ周期では、 （２ｑn ＋２ｑn+1 ）／４ となり、これは、当該位置・速度ループ周期の移動指令
に１つ前（過去）の移動指令，１つ及び２つ先（未来）
の移動指令を加算し４で除して先行スムージングデータ
ＳＭＤを求めていることを示している。
【００３０】一方、１式で求められる先行スムージング
データＳＭＤは次の５式となる。 ＳＭＤ＝Ｚ2 （１＋Ｚ-1＋Ｚ-2＋Ｚ-3）ｑj ／４ ＝（Ｚ2 ＋Ｚ1 ＋１＋Ｚ-1 ）ｑj ／４ ＝｛ｑ(j+2) ＋ｑ(j+1) ＋ｑj ＋ｑ(j-1) ｝／４ …（５） なお、上記５式でｊは位置・速度ループの周期を示して
おり、５式からｊ番目の周期においては、当該周期ｊの
位置・速度ループの移動指令ｑj ，１つ前（過去）の移
動指令ｑ(j-1) ，１つ及び２つ先（未来）の移動指令ｑ
(j+1) ，ｑ(j+2) を加算し４で除して先行スムージング
データＳＭＤを求めていることを示しており、上記５式
で求める先行スムージングデータＳＭＤと上記ステップ
Ａ１〜Ａ５で求める先行スムージングデータＳＭＤは実
質的に同一であることを表している。
【００３１】そこで、上記５式を用いて、位置のフィー
ドフォワード量ＦＦｐを表すとすると 位置・速度ルー
プ周期ｊの点での先行スムージングデータＳＤＭ0 は５
式より、 ＳＭＤ0 ＝｛ｑ(j+2) ＋ｑ(j+1) ＋ｑj ＋ｑ(j-1) ｝／４ …（６） 該周期ｊより１周期前（ｊ−１）の先行スムージングデ
ータＳＤＭ1 は次の７式となる。 ＳＭＤ1 ＝｛ｑ(j+1) ＋ｑ(j) ＋ｑ(j-1) ＋ｑ(j-2) ｝／４ …（７） よって位置のフィードフォワード量ＦＦｐは次のように
なる。 ＦＦｐ＝α｛ｋ・ＳＭＤ0 ＋（１−ｋ）ＳＭＤ1 ｝ ＝（α／４）［ｋ｛ｑ(j+2) ＋ｑ(j+1) ＋ｑj ＋ｑ(j-1) ｝ ＋（１−ｋ）｛ｑ(j+1) ＋ｑ(j) ＋ｑ(j-1) ＋ｑ(j-2) ｝］ ＝（α／４）［｛ｑ(j+1) ＋ｑ(j) ＋ｑ(j-1) ＋ｑ(j-2) ｝ ＋ｋ｛ｑ(j+2) −ｑ(j-2) ｝］ …（８） そこで、図６に示すように、位置・速度ループがｊ周期
で、ＩＴＰ周期の切換え直後の周期であるとすると、レ
ジスタＲ１には、１ＩＴＰ周期先（未来）の移動指令Ｑ
３が、レジスタＲ２には、当該位置・速度ループのに対
応するＩＴＰ周期の移動指令Ｑ２が、また、レジスタＲ
３には、１ＩＴＰ周期後（過去）の移動指令Ｑ１が格納
されていることになる。なお、Ｑ１＝Ｑ２、ＩＴＰ周期
を４分割（Ｎ＝４）したときの位置・速度ループの移動
指令をそれぞれｑ１，ｑ２，ｑ３とする。ただしｑ１＝
ｑ２である。
【００３２】ｊ周期での位置・速度ループにおけるフィ
ードフォワード量ＦＦｐは上記８式より、 ＦＦｐ＝（α／４）｛ｑ２＋ｑ２＋ｑ１＋ｑ１＋ｋ（ｑ２−ｑ１）｝ ＝α・ｑ２ …（１０） 同様に（ｊ＋１）の位置・速度ループ周期では、 ＦＦｐ＝（α／４）｛ｑ２＋ｑ２＋ｑ２＋ｑ１＋ｋ（ｑ２−ｑ１）｝ ＝α・ｑ２ （ｊ＋２）の位置・速度ループ周期では、 ＦＦｐ＝（α／４）｛ｑ２＋ｑ２＋ｑ２＋ｑ２＋ｋ（ｑ３−ｑ２）｝ ＝（α／４）｛４ｑ２＋ｋ（ｑ３−ｑ２）｝ （ｊ＋３）の位置・速度ループ周期では、 ＦＦｐ＝（α／４）｛ｑ３＋ｑ２＋ｑ２＋ｑ２＋ｋ（ｑ３−ｑ２）｝ ＝（α／４）｛ｑ３＋３ｑ２＋ｋ（ｑ３−ｑ２）｝ となる。
【００３３】Ｑ３の移動指令がＱ１＝Ｑ２に対して小さ
く、指令の加速度変化がしきい値Ａより小さいときには
上記ｋの値はｋａである。しきい値Ａ以上のときには、
ｋ＝ｋａ＋ｋｂであり、指令の加速度変化が大きいか小
さいかによって、フィードフォワード量ＦＦｐは、周期
ｊと（ｊ＋１）のときには変わりはないが、周期（ｊ＋
２），（ｊ＋３）のとき変化が生じる。すなわち、指令
の加速度変化が大きいか小さいかによって、フィードフ
ォワード量ＦＦｐは、周期（ｊ＋２），（ｊ＋３）の
時、ｋｂ（ｑ３−ｑ２）だけの際が生じる。このこと
は、１ＩＴＰ周期先（未来）の移動指令Ｑ３が大きく、
加速された場合には、ｋｂ（ｑ３−ｑ２）だけ加速度変
化が大きくないときと比べフィードフォワード量が多く
なり、また、大きく減速されたときには、｜ｋｂ（ｑ３
−ｑ２）｜だけフィードフォワード量が減少させられる
ことを意味し、実質的にフィードフォワード制御が時間
的に進められたものに等しくなることを意味している。
【００３４】また、フィードフォワード量ＦＦｐを次の
１１式で求める方法もある。この場合には、指令の加速
度変化がしきい値Ａより小さいときにはｋの値をｋａと
し、しきい値Ａ以上のときには、ｋ＝ｋａ−ｋｃとして
フィードフォワード量ＦＦｐを求める。この場合も実質
的に上記実施例と同一の作用効果が得られる。
【００３５】 ＦＦｐ＝α｛（１−ｋ）・ＳＭＤ0 ＋ｋ・ＳＭＤ1 ｝ …（１１） なお、１ＩＴＰ周期に対する位置・速度ループ処理周期
の数Ｎが４または８等と偶数の場合、先行スムージング
データＳＭＤを求めるときに、Ｎ＝４のときｄの値が
「１」か「２」の値となり、Ｎ＝８のときにはｄの値が
「３」または「４」となり、ＩＴＰ周期の中間点を取る
ことができず、先行スムージングデータＳＭＤは時間的
に遅れたものか進んだものになる。そこで特願昭３−２
５５９７７号に記載されているように、進んだ先行スム
ージングデータを求め（Ｎ＝４のときｄ＝２として求め
る）、該データと前位置・速度ループ周期で求めた先行
スムージングデータとの加重平均を求めることによって
等価的に時間遅れ及び進みがない先行スムージングデー
タを求めこれによりフィードフォワード量を求めるよう
にしてもよい。
【００３６】図７と図８は本発明の効果をみるために実
験した実験結果データを表す図で、半径３２mmの円弧を
切削する際に、移動速度は一定で点ＰまでＹ軸方向に沿
った直線指令を出し、点Ｐから円弧指令３０を与えたと
きにおける切削軌跡を描画したものである。ただし、指
令に対し実際の軌跡との誤差をみるために実際の軌跡に
対しては半径方向に拡大している。そのため直線部の実
際の軌跡３１はＹ軸方向と平行になっていない。図７は
従来のフィードフォワード制御によるもので、本願発明
のような指令の加速度変化が大きいときにフィードフォ
ワード指令を時間的に進めず、加速度変化に関係なくフ
ィードフォワード量を求めて制御する場合であり、図８
は本発明を実施したときの実験結果である。点Ｐから円
弧指令に変わると、Ｘ軸方向の速度は「０」から正弦波
的に増大し、また、Ｙ軸方向はそれまでの速度（指令速
度）から正弦波的に減少する。すなわち、指令の加速度
変化は点Ｐにおいて急激に変化することになる。この加
速度変化が大きい点Ｐにおける実際の軌跡を図７と図８
を比較して分かるように、本願発明を実施した図８の方
が、指令に対する実際の軌跡の誤差は少なく、改善され
ていることが分かる。
【００３７】
【発明の効果】本発明は、指令の加速度変化が大きいと
きには、フィードォワード量を時間的に進めてフィード
ォワード制御を行うから、位置・速度ループを制御して
いる分配周期（ＩＴＰ周期）において、指令の加速度が
大きく変化したときに、その時点よりも進んだ指令によ
るフィードォワード量が加速度変化に応じて正，逆方向
に増大され、位置・速度ループ処理による指令トルクよ
りも先行してトルク指令を正，逆方向に増大させるか
ら、サーボ系の立ち上がりの遅れを補償する。その結
果、サーボモータで駆動される工作機械やロボットの移
動軌跡が急激に変化し各軸の加速度変化が大きいときに
生じていた位置誤差は少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるフィードフォワード
制御を行なうサーボ系のブロック図である。
【図２】本発明の方式を実施するサーボモータ制御系の
ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例におけるＩＴＰ（分配）周期
毎にディジタルサーボ回路のプロセッサが実施する処理
のフローチャートである。
【図４】本発明の実施例における位置・速度ループ処理
周期毎にディジタルサーボ回路のプロセッサが実施する
処理のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例におけるスムージングデータを
求める処理における説明図である。
【図６】フィードフォワード量の説明図である。
【図７】従来のフィードフォワード制御によって直線切
削から円弧切削に変化したときの軌跡を求めた実験結果
を表す図である。
【図８】本発明によるフィードフォワード制御によって
直線切削から円弧切削に変化したときの軌跡を求めた実
験結果を表す図である。
【符号の説明】
ＦＦｐ 位置のフィードフォワード量 ＦＦｖ 速度のフィードフォワード量 ｋ パラメータ Ｑ ＩＴＰ周期毎の移動指令 ｑ 位置・速度ループ毎の移動指令 ２４ パルスコーダ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位置のフィードフォワード制御を行って
    サーボモータを制御する制御方式において、指令の加速
    度変化の大きさを検出し、該加速度変化の大きさが設定
    値以上のとき、フィードフォワード量を設定時間だけ時
    間的に進めてフィードフォワード制御することを特徴と
    するサーボモータの制御方式。
  2. 【請求項２】 先行スムージング処理を行いスムージン
    グデータを求め、該先行スムージング処理によって求め
    られた当該位置・速度ループ処理周期のスムージングデ
    ータをＳＭＤ0 ，１位置・速度ループ処理周期前のスム
    ージングデータをＳＭＤ1 ，フィードフォワード係数を
    αとし、上記加速度変化の大きさが設定値より小さいと
    きには、パラメータｋの値をｋ１とし、加速度変化の大
    きさが設定値以上のときには、設定時間だけパラメータ
    ｋの値をｋ１より大きいｋ２の値にして、次の演算を行
    い、 ＦＦｐ＝α｛ｋ・ＳＭＤ0 ＋（１−ｋ）ＳＭＤ1 ｝ フィードフォワード量ＦＦｐを求め、速度指令を補正し
    てサーボモータのフィードォワード制御を行う請求項１
    記載のサーボモータの制御方式。
  3. 【請求項３】 先行スムージング処理を行いスムージン
    グデータを求め、該先行スムージング処理によって求め
    られた当該位置・速度ループ処理周期のスムージングデ
    ータをＳＭＤ0 ，１位置・速度ループ処理周期前のスム
    ージングデータをＳＭＤ1 ，フィードフォワード係数を
    αとし、上記加速度変化の大きさが設定値より小さいと
    きには、パラメータｋの値をｋ１とし、加速度変化の大
    きさが設定値以上のときには、設定時間だけパラメータ
    ｋの値をｋ１より小さいｋ３の値にして、次の演算を行
    い、 ＦＦｐ＝α｛（１−ｋ）・ＳＭＤ0 ＋ｋ・ＳＭＤ1 ｝ フィードフォワード量ＦＦｐを求め、速度指令を補正し
    てサーボモータのフィードォワード制御を行う請求項１
    記載のサーボモータの制御方式。
JP15408592A 1992-05-22 1992-05-22 サーボモータの制御方式 Pending JPH05324086A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15408592A JPH05324086A (ja) 1992-05-22 1992-05-22 サーボモータの制御方式
EP19930911992 EP0596141A4 (en) 1992-05-22 1993-05-11 METHOD FOR CONTROLLING AN ACTUATOR.
PCT/JP1993/000618 WO1993024875A1 (en) 1992-05-22 1993-05-11 Control method for servomotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15408592A JPH05324086A (ja) 1992-05-22 1992-05-22 サーボモータの制御方式

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05324086A true JPH05324086A (ja) 1993-12-07

Family

ID=15576567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15408592A Pending JPH05324086A (ja) 1992-05-22 1992-05-22 サーボモータの制御方式

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH05324086A (ja)
WO (1) WO1993024875A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7366576B2 (en) 2003-08-06 2008-04-29 Yamazaki Mazak Corporation Position control device and position control method for machine tools

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69939994D1 (de) * 1999-10-20 2009-01-08 Makino Milling Machine NC-Werkzeugmaschine und Steuerverfahren für eine NC-Werkzeugmaschine
CN114476864B (zh) * 2022-01-13 2024-05-10 北京精密机电控制设备研究所 一种机电伺服柔索驱动装置的控制方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63157209A (ja) * 1986-12-20 1988-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 数値制御工作機械の送り制御方法および送り制御装置
JPH01292405A (ja) * 1988-05-19 1989-11-24 Hitachi Ltd ディジタル位置サーボ装置
JP2762364B2 (ja) * 1989-03-20 1998-06-04 ファナック株式会社 サーボモータのフィードフォワード制御方法
JP2882863B2 (ja) * 1990-04-17 1999-04-12 三菱重工業株式会社 サーボ制御装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7366576B2 (en) 2003-08-06 2008-04-29 Yamazaki Mazak Corporation Position control device and position control method for machine tools
CN100441374C (zh) * 2003-08-06 2008-12-10 山崎马扎克公司 用于机床的位置控制设备和位置控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO1993024875A1 (en) 1993-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5107193A (en) Feedforward control apparatus for a servomotor
US5654619A (en) Method of feedforward control for servomotor
JP3129622B2 (ja) フルクローズド・ループ方式における象限突起補正方法
US5637969A (en) Vibration control method
US5986422A (en) Control mode changing over method for servo control system
JP2875646B2 (ja) バックラッシ加速補正装置
CN112180835B (zh) 轨迹信息确定方法及装置
JP3481004B2 (ja) 外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法
JP2709773B2 (ja) サーボモータの制御方式
KR20030036802A (ko) 서보 제어방법
JPH05324086A (ja) サーボモータの制御方式
JP3599849B2 (ja) サーボ制御における移動指令の分配方法
JP2826391B2 (ja) バックラッシ加速制御方法
JPH0392911A (ja) スライディングモード制御によるロボット制御方法
Van Willigenburg Computation and implementation of digital time-optimal feedback controllers for an industrial XY robot subjected to path, torque, and velocity constraints
JPH04142604A (ja) サーボモータの制御方式
JP3308656B2 (ja) サーボモータの制御方法
JP2709766B2 (ja) サーボモータのフィードフォワード制御方式
JP3121920B2 (ja) 加減速制御装置
JPH10149210A (ja) 位置決め制御系の指令作成方法
EP0596141A1 (en) Control method for servomotor
JP3019192B2 (ja) バックラッシ補正方式
JP3199769B2 (ja) サーボ制御装置
JP3197898B2 (ja) サーボモータの制御方式
JPH0655412A (ja) 工作機械におけるピッチ誤差補正方法