JP2002132349A - 加減速制御方法 - Google Patents
加減速制御方法Info
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Abstract
位置決めの高速化。 【解決手段】 速度と加速度の関係が低速部分と高速部
分で対称的でなくてもよい加減速制御を行い、実加速度
曲線ができるだけ制限加速度曲線に沿うように加減速を
行う。時間−速度推移に対応してプロットされる実加速
度−速度の関係を表わす曲線が、制限加速度曲線に沿う
ように接近し、かなりの部分では実質的に一致するよう
に時間−速度推移が計画される。プログラムに基づく移
動指令に対して、加減速処理した後の移動指令をサーボ
制御部へ供給するに際して、加減速処理後の移動指令の
速度−加速度曲線が、予め設定されている速度−加速度
曲線に沿うように加減速処理の加速度が定められる。速
度−加速度曲線は、各軸毎および加速並びに減速毎にパ
ラメータで設定される。この設定は各軸毎、移動方向
毎、加速/減速毎にパラメータを使って設定し得るよう
にする。
Description
ば各種加工機をサーボ制御する制御装置(数値制御装
置)によって行なわれる加減速制御方法に関し、更に詳
しく言えば、高速で位置決めを行うような自動機械、例
えば加工機に好適に適用される加減速制御方法に関す
る。
自動機械を数値制御装置によってサーボ制御する場合、
位置決めに伴って加減速制御が行なわれる。位置決めの
加減速制御には時間−速度推移のグラフ形状に応じた呼
称が付けられ、従来より、直線形、ベル形などが知られ
ている。図2には、ベル形の加減速制御について、左側
に時間−速度推移、右側に加速度(実加速度)−速度の
関係をグラフ描示した。右側のグラフには、制限加速度
曲線を併記した。
ータの出力トルク性能等で決まる出力可能な加速度を速
度の関数で表わしたものであり、加減速制御がこの制限
内で行なわれることに対応して、図示したように、加減
速制御時の実加速度(実際に出力される加速度のこと;
以下同じ)は制限加速度曲線の内側の領域内で変化す
る。
速の1つの特徴は、速度と加速度の関係が低速部分と高
速部分で対称的となっていることである。つまり、速度
と実際に出力される加速度の関係を表わす曲線は台形形
状である。一方、加減速制御される軸を持つ加工機等の
機械においては、機械各部に作用する摩擦や重力、ある
いは軸を駆動するモータのトルク特性などにより、出力
可能な加減速性能が、低速部分と高速部分で対称的でな
い場合が殆どである。
能を表わす制限加速度曲線は、速度に対して一般に非対
称的となる。図5には、典型的な制限加速度曲線(図2
の加速度−速度曲線に付記したものと同じ)を横軸に速
度、縦軸に加速度をとって示したものである。
速部分で出力可能な加減速性能に制限がある。そのた
め、従来技術では、実加速度曲線は低速部分と高速部分
で対称的であっても、加速度曲線の一部が制限加速度曲
線に接するような実加速度曲線を生成し、制限加速度曲
線の範囲内でできるだけ大きな加減速を行う方式を提案
していた。(例えば特許第2722286号参照)。
曲線の高速部分での加減速性能に制限されてしまうこと
に伴って、低速部分では性能に見合った十分な加速を行
うことができなかった。換言すれば、低速部分では加速
性能のかなり大きな部分が生かされず、その分、位置決
め乃至その前後の加減速によけいな時間がかかっていた
ということである。
的は、上記従来技術の問題点を克服し、加工機等の自動
機械の制御を行なう制御装置が行なう位置決めに伴う加
減速について、それに要する時間を短縮し、高速の位置
決めが可能で、加工等の作業を効率化する上で有利な加
減速制御方法を提供することにある。
の関係が低速部分と高速部分で対称的であるという条件
を取り払い、実加速度曲線が可能な限り制限加速度曲線
に沿うような加減速を行うことで上記課題を解決する。
て、加減速処理した後の移動指令をサーボ制御部へ供給
する加減速制御方法において、前記加減速処理後の移動
指令の速度−加速度曲線が予め設定されている速度−加
速度曲線に沿うように前記加減速処理の加速度が定めら
れ、前記速度−加速度曲線は、各軸毎および加速並びに
減速毎に設定される。ここで、速度−加速度曲線は、制
限加速度曲線に一致または近似するように設定される。
但し、速度は制限加速度を越えないように注意すること
は当然である。
定されて良い。また、加速においては前記速度−加速度
曲線に沿うように前記加減速処理の加速度を求め、減速
においては一定の加速度で減速するようにしても良い。
線に沿うように前記加減速処理の加速度を求め、減速に
おいては一定の加速度に対して一定時間のフィルタを通
して減速するようにしても良い。
/減速毎などに応じて相違する場合があるので、制限加
速度曲線は各軸毎、移動方向毎、加速/減速毎に与えら
れるようにすることが好ましい。
速度の関係は、パラメータなどであらかじめ設定するこ
とが出来る。 たとえば、いくつかの速度に対応する制
限加速度をそれらの速度毎にパラメータに設定し、制限
加速度曲線はそれらの関係する点を結んだ折れ線する。
ここで、各軸毎に、移動方向毎に、加速と減速毎に特性
が相違する場合には、制限加速度曲線をそれらのケース
毎に設定すれば良い(例については後述)。
ように、速度と加速度の関係が低速部分と高速部分で対
称的でなくてもよい加減速制御を行い、実加速度曲線が
できるだけ制限加速度曲線に沿うように加減速を行う。
り、1つの実施形態で採用される加減速制御について、
時間−速度推移(左側グラフ)と、実加速度−速度の関
係(左側グラフ)を示した。右側のグラフには、制限加
速度曲線を併記した。
毎、加速/減速毎に加速度特性は相違する場合があるの
で、制限加速度曲線は各軸毎、移動方向毎、加速/減速
毎にパラメータを使って設定し得るようにする。条件毎
の制限加速度曲線の例については後述する。
の要部を表わすブロック図である。数値制御装置には、
先ず、パートプログラムを格納するプログラム記憶領域
1と、様々な動作条件を決定するパラメータ記憶領域2
を有している。パラメータ記憶領域2に記憶されるパラ
メータには、上述したように、各軸毎、移動方向毎、あ
るいは加速と減速毎に特性が相違する場合に応じて制限
加速度曲線を定めるためのパラメータが含まれる。
間前加減速処理部4、補間処理部5を有し、補間処理部
5の出力で、位置決めに伴う加減速制御を含む、各軸の
制御が行なわれる。本例では、X軸、Y軸、Z軸が制御
される。
1から図3に示した如き速度推移に対応したパートプロ
グラムデータを読み出し、指令解析部3入力する。指令
解析部3は、指令ブロック毎の移動量や送り速度の指令
から補間用のデータを生成する前処理部である。前処理
されたデータは補間前加減速処理部4で加減速処理が施
された後、補間処理部5入力され、各軸(ここではX
軸、Y軸、Z軸)の各々のサーボモータへの移動指令に
分割され、サーボ制御部に出力される。
線)の設定例について、図6〜図10を参照して簡単に
説明しておく。先ず、数値テーブル形式で描示された図
6は、10m/min刻みで制限加速度を、「+方向加
速時」、「−方向加速時」、「+方向減速時」、「−方
向減速時」の4条件に分けて設定する例を表わしてい
る。
た数値データが例えば操作パネル(図示省略)のマニュ
アル操作で入力されると、これら4つの条件のそれぞれ
に対応して、滑らかな曲線(制限加速度曲線)を4個出
力する。あるいは、自動運転開始後のしかるべき指令に
応じて出力すべく備えても良い。
して作成される、「+方向加速時」、「−方向加速
時」、「+方向減速時」、「−方向減速時」に適用され
る制限加速度曲線は、図7〜図10のようになる。な
お、ここでは、4本の制限加速度曲線が設定、作成され
る例を示したが、一般には、条件分けの数が増加すれ
ば、それに応じて設定、作成される制限加速度曲線の本
数も増える。
プログラム解析部において位置決め指令のブロックと解
析された場合の具体的な処理の例について、図11に示
したフローチャートに従って説明する。説明の都合上、
ここでは1つの軸について指令が出されたものとする。
複数の軸について指令が出された場合には、各軸につい
て同様の処理が併行して同期的に実行される。同期は、
例えば、処理の1サイクルの最終ステップ(フローチャ
ートにおけるS7、S14またはS15)におけるサー
ボ制御への出力を同時的に実行することでとることが出
来る。
たようなものである。但し、図示の都合上、時間−速度
推移曲線を近似する階段関数は実際より粗く描かれてい
る。処理の手順の概略は下記のようになる。
(S1)。そして、以下のように、補間前加減速処理、
補間処理を一定周期(以下、Δt)毎に処理する。
し、初期値0をセットする。また、処理進行の指標nを初
期値1にセットする(S2)。
は、制限加速度曲線から前回処理で求まっている速度Un
-1に相当する加速度An-1を求め、その加速度An-1にΔt
をかけて前回速度Un-1に加算し、Unを求める(S3)。
テップS8に移行する。そうでない場合は、その速度Un
にΔtをかけてn回目の出力データPnを求める(S4)。
そして、ここで、速度Unから設定された制限加速曲線に
もとづく加速度で速度0まで減速する場合に必要な距離
Dを計算する。更に、そのブロックの移動量IsからPnを
減算してIpを求める(S5)。
には、ステップS11の処理へ移行する。そうでない場
合には、Ipをそのブロックの移動量Isとする。また、Pn
をサーボ制御へ出力する。n=n+1としてステップS3へ
戻り、処理を続行する(S6、S7)。
出力データPcを求める。更に、速度Scから設定された制
限加速曲線にもとづく加速度で速度0まで減速する場合
に必要な距離Dを計算する。そのブロックの移動量Isか
らPcを減算してIpを求める(S8)。
テップS11の処理へ移行する。そうでない場合には、
Ipをそのブロックの移動量Isとする。また、Pcをサーボ
制御へ出力する。n=n+1としてステップS3へ戻り、処
理を続行する(S9、S10)。
する。また、処理進行の指標mを初期値1にセットする
(S11)。
は、制限加速度曲線から前回処理で求まっている速度Vm
-1に相当する加速度Am-1を求め、その加速度Am-1にΔt
をかけて前回速度Vm-1に減算し、Vmを求める。更に、そ
の速度VmにΔtをかけてm回目の出力データQmを求める。
IsからQmを減算してIpとする(s12)。
15へ移行する。負にならない場合は、IpをIsとする。
また、Qmをサーボ制御へ出力する。m=m+1としてステッ
プS12へ戻り、処理を続行する(S13、S14)。
そして、Qmをサーボ制御へ出力する。これにより、1ブ
ロックの加減速の処理が完了する。
よる機械の特性や、モータのトルク特性などに適応した
加減速を行うことにより、機械やモータの性能を十分に
生かすことが可能となり、高速の位置決めを行うことが
できる。その結果、作業が効率化される。
を示すブロック図である。
について説明するダイヤグラムである。
減速について説明するダイヤグラムである。
データを表わしたダイヤグラムである。
グラムである。
テーブルである。
時」に適用される制限加速度曲線の例を表わすダイヤグ
ラムである。
時」に適用される制限加速度曲線の例を表わすダイヤグ
ラムである。
時」に適用される制限加速度曲線の例を表わすダイヤグ
ラムである。
速時」に適用される制限加速度曲線の例を表わすダイヤ
グラムである。
たフローチャートである。
Claims (4)
- 【請求項1】 移動指令に対して、加減速処理した後の
移動指令をサーボ制御部へ供給する加減速制御方法であ
って、 前記加減速処理後の移動指令の速度−加速度曲線が、予
め設定されている速度−加速度曲線に沿うように前記加
減速処理の加速度を定めるようになっており、前記速度
−加速度曲線は、各軸毎および加速並びに減速毎に設定
することを特徴とする加減速制御方法。 - 【請求項2】 前記速度−加速度曲線は、移動方向毎に
設定されることを特徴とする請求項1に記載の加減速制
御方法。 - 【請求項3】 加速においては前記速度−加速度曲線に
沿うように前記加減速処理の加速度を求め、減速におい
ては一定の加速度で減速する請求項1または請求項2に
記載の加減速制御方法。 - 【請求項4】 加速においては前記速度−加速度曲線に
沿うように前記加減速処理の加速度を求め、減速におい
ては一定の加速度に対して一定時間のフィルタを通して
減速する請求項1、請求項2または請求項3に記載の加
減速制御方法。
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