JP3236607B2 - ディジタルサーボ制御装置 - Google Patents
ディジタルサーボ制御装置Info
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- JP3236607B2 JP3236607B2 JP25923090A JP25923090A JP3236607B2 JP 3236607 B2 JP3236607 B2 JP 3236607B2 JP 25923090 A JP25923090 A JP 25923090A JP 25923090 A JP25923090 A JP 25923090A JP 3236607 B2 JP3236607 B2 JP 3236607B2
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-
- 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
- G05B2219/43003—Acceleration deceleration in presence of backlash, dynamic backlash
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
本発明は、機械系駆動中の追従遅れによって生じる動
的バックラッシを補正することができるディジタルサー
ボ制御装置に関する。
的バックラッシを補正することができるディジタルサー
ボ制御装置に関する。
従来、歯車を噛み合わせたときの歯面間の隙間や歯車
の回転方向が反転するときに生じる機械系のガタを補う
ためのバックラッシ補正として、指令の移動方向逆転
時、その機械系ガタに相当する量を指令値に加算して補
正している。
の回転方向が反転するときに生じる機械系のガタを補う
ためのバックラッシ補正として、指令の移動方向逆転
時、その機械系ガタに相当する量を指令値に加算して補
正している。
ところで、機械系の移動方向を高速で逆転させた場合
のバックラッシには、従来の機械系のガタによる静的バ
ックラッシの他にサーボ系の追従遅れによって生じる動
的バックラッシがある。この動的バックラッシは、指令
された位置の目標値が反転しても暫くの間、その目標値
と送り軸の現実の位置との間に、位置偏差が残り、その
位置偏差によりモータを同じ方向に回転させるための速
度制御が継続されるために生じる。この動的バックラッ
シは工作物の仕上げ形状を変形させる原因となってい
る。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、サーボ系の追従遅れ
によって生じる動的バックラッシを補正し、工作物の加
工形状の精度を向上させることである。
のバックラッシには、従来の機械系のガタによる静的バ
ックラッシの他にサーボ系の追従遅れによって生じる動
的バックラッシがある。この動的バックラッシは、指令
された位置の目標値が反転しても暫くの間、その目標値
と送り軸の現実の位置との間に、位置偏差が残り、その
位置偏差によりモータを同じ方向に回転させるための速
度制御が継続されるために生じる。この動的バックラッ
シは工作物の仕上げ形状を変形させる原因となってい
る。 本発明は、上記の課題を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、サーボ系の追従遅れ
によって生じる動的バックラッシを補正し、工作物の加
工形状の精度を向上させることである。
上記課題を解決するための発明の構成は、位置フィー
ドバックループ、速度フィードバックループ、電流フィ
ードバックループを有し、指令値及び帰還値をディジタ
ル量で与えたディジタルサーボ制御装置において、指令
された目標位置の時間変動から指令速度を算出する速度
演算手段と、速度演算手段により算出された指令速度の
時間変動から指令加速度を算出する加速度演算手段と、
速度演算手段により算出された指令速度の符号が変転
し、かつ加速演算手段により算出された指令加速度の大
きさが所定値より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れ
である動的バックラッシ補正が必要であると判定する補
正判定手段と、補正判定手段により動的バックラッシ補
正が必要と判定されたときは指令加速度に応じた補正量
で速度フィードバックループの速度偏差を補正するバッ
クラッシ補正手段と、を備えたことを特徴とする。
ドバックループ、速度フィードバックループ、電流フィ
ードバックループを有し、指令値及び帰還値をディジタ
ル量で与えたディジタルサーボ制御装置において、指令
された目標位置の時間変動から指令速度を算出する速度
演算手段と、速度演算手段により算出された指令速度の
時間変動から指令加速度を算出する加速度演算手段と、
速度演算手段により算出された指令速度の符号が変転
し、かつ加速演算手段により算出された指令加速度の大
きさが所定値より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れ
である動的バックラッシ補正が必要であると判定する補
正判定手段と、補正判定手段により動的バックラッシ補
正が必要と判定されたときは指令加速度に応じた補正量
で速度フィードバックループの速度偏差を補正するバッ
クラッシ補正手段と、を備えたことを特徴とする。
速度演算手段により指令された目標位置の時間変動か
ら指令速度が算出される。 又、加速度演算手段により上記速度演算手段により算
出された指令速度の時間変動から指令加速度が算出され
る。 そして、補正判定手段により上記速度演算手段により
算出された指令速度の符号が反転し、かつ、上記加速度
演算手段により算出された指令加速度の大きさが所定値
より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れである動的バ
ックラッシ補正が必要であると判定される。 バックラッシ補正手段により上記補正判定手段により
動的バックラッシ補正が必要と判定されたときには指令
加速度に応じた大きさの補正量で速度フィードバックル
ープの速度偏差が補正される。 即ち、位置の移動方向の反転時に、目標位置を一時的
に減少、零又は反対方向の目標位置とすることにより、
サーボモータに反対方向の加速度を一時的に与え、現実
の送り軸の位置の反転の応答性を向上させることができ
る。
ら指令速度が算出される。 又、加速度演算手段により上記速度演算手段により算
出された指令速度の時間変動から指令加速度が算出され
る。 そして、補正判定手段により上記速度演算手段により
算出された指令速度の符号が反転し、かつ、上記加速度
演算手段により算出された指令加速度の大きさが所定値
より大きいとき、機械系駆動中の追従遅れである動的バ
ックラッシ補正が必要であると判定される。 バックラッシ補正手段により上記補正判定手段により
動的バックラッシ補正が必要と判定されたときには指令
加速度に応じた大きさの補正量で速度フィードバックル
ープの速度偏差が補正される。 即ち、位置の移動方向の反転時に、目標位置を一時的
に減少、零又は反対方向の目標位置とすることにより、
サーボモータに反対方向の加速度を一時的に与え、現実
の送り軸の位置の反転の応答性を向上させることができ
る。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第１図は本発明に係るディジタルサーボ制御装置の構
成を示したブロックダイヤグラムである。 ディジタルサーボ制御装置10は主として、CPU11、ROM
12、RAM13、ディジタルシグナルプロセッサ（以下「DS
P」という）14、共通RAM17,A/D変換器15a,15b及び現在
値カウンタ16から構成されている。CPU11にはインタフ
ェース19を介してキーボード21及びCRT表示装置22が接
続されている。 DSP14の出力はインバータ25に入力され、そのインバ
ータ25はDSP14の出力信号に応じてサーボモータ31を駆
動する。サーボモータ31には同期モータが用いられ、イ
ンバータ25のPWM電圧制御によりサーボモータ31の負荷
電流が制御され、その結果、出力トルクが制御される。 サーボモータ31のｕ相及びｖ相の負荷電流はCT32a,32
bにより検出され、増幅器18a,18bにより増幅される。そ
の増幅器18a,18bの出力は、A/D変換器15a,15bに入力さ
れ、所定の周期でサンプリングされ、ディジタル値に変
換される。そのサンプリングされた値は、瞬時負荷電流
のフィードバック値として、DSP14に入力する。 又、サーボモータ31にはパルスエンコーダ33が接続さ
れ、その現在位置が検出される。パルスエンコーダ33の
出力は波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウン
タ16に接続されている。 波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウンタ16
に入力されるパルスエンコーダ33からの出力信号は現在
値カウンタ16の値を加減させる。DSP14により、現在値
カウンタ16の値は現在位置フィードバック値として読み
込まれ、DSP14により、CPU11から出力された目標値と比
較され位置偏差が算出される。そして、DSP14により、
その位置偏差に基づいて速度目標値が算出される。 又、DSP14に入力された現在位置フィードバック値は
微分され、速度フィードバック値が算出される。DSP14
により、位置偏差に応じて決定される速度目標値と速度
フィードバック値とが比較され速度偏差が算出され、そ
の速度偏差に基づいて電流目標値が算出される。 DSP14により、この電流目標値は、増幅器18a,18b及び
A/D変換器15a,15bを介してCT32a,32bにて検出された負
荷電流の電流フィードバック値と比較され、電流偏差が
算出される。その時の瞬時電流偏差と瞬時電流偏差の累
積値と電流目標値とに基づいて、即ち、比例積分演算に
より、その時の瞬時電流指令値が演算される。その瞬時
電流指令値は高周波数の三角波と比較され、インバータ
25の各相のトランジスタのオンオフを制御する電圧制御
PWM信号が生成される。その電圧制御PWM信号は、インバ
ータ25に出力され、そのインバータ25の各相のトランジ
スタがそれぞれ駆動される。このインバータ25のスイッ
チングにより、各相の負荷電流は電流目標値に制御され
ることになる。 尚、サーボモータ31の位置決めは、CPU11により、現
在値カウンタ16の出力値が位置の目標値に等しくなった
と判定された時に完了される。 又、A/D変換器15a,15bによってサンプリングされたｕ
相、ｖ相の負荷電流値は、DSP14によりdq変換される。 本実施例のディジタルサーボ制御装置は、上述したよ
うに、位置、速度及び電流の３つのフィードバックルー
プにより構成されている。より下位のフィードバックル
ープ程、より高い応答性が要求され、例えば、最下位の
電流フィードバックループは100μｓ、速度フィードバ
ックループはその数倍、位置フィードバックループは更
にその数倍の時間間隔で同期をとってデータのサンプリ
ングが実行され、それぞれのフィードバックループの処
理が実行される。 次に、本実施例装置の作動について説明する。 第２図のプログラムは、DSP14によって、所定の最小
周期毎に繰り返し実行される。 ステップ100では、現実行サイクルが位置偏差演算タ
イミングか否かが判定され、位置偏差演算タンミングで
あればステップ102に移行し、共通RAMからCPU11により
指令された目標位置POが入力される。 次に、速度演算手段を達成するステップ104におい
て、今回入力の目標位置と前回入力の目標位置とその間
の経過時間とから今回の指令速度VOが演算される。 次に、加速度演算手段を達成するステップ106におい
て、今回の指令速度と前回の指令速度とから今回の指令
加速度AOが演算される。 次に、補正判定手段を達成するステップ108に移行
し、バックラッシ補正条件が成立するか否かが判定され
る。即ち、ステップ104で算出された指令速度VOの符号
が反転し、ステップ106で算出された指令加速度AOの絶
対値の大きさが所定の閾値At以上か否かが判定される。
指令速度VOの符号の反転は指令された移動方向が反転、
又、指令加速度AOの絶対値が大きいときは追従遅れの量
が大きいことを意味する。補正条件が成立する場合に
は、ステップ108の判定はYESとなり、ステップ110に移
行する。 ステップ110ではバックラッシ補正量Ｂが指令加速度A
Oに比例した値、即ち、次式により演算される。 Ｂ＝ｋ・AO （k:比例定数） 尚、上述のステップ108で、バックラッシ補正条件が
成立しなければ、ステップ112に移行し、バックラッシ
補正量Ｂが零とされる。 そして、ステップ114に移行し、DSP14での管理上の目
標位置が次式にて補正される。 PO＝PO＋Ｂ 即ち、管理上の目標位置は指令された目標位置に対し
てバックラッシ補正量だけ方向が推移される。 次に、バックラッシ補正手段を達成するステップ116
に移行し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在
値、即ち、現在位置が読み込まれ、補正後の管理上の目
標位置に対する位置偏差が演算される。 次に、ステップ118において、位置偏差に応じて速度
目標値が演算される。ここで、ステップ114において、
目標位置のバックラッシ補正があれば、速度目標値に対
してもバックラッシ補正が行われたことになる。この位
置のフィードバック制御は、第４図の信号S1で示したタ
イミングで実行される。 次に、ステップ120において、現実行サイクルが速度
偏差演算タイミングか否かが判定される。 速度偏差演算タンミングであればステップ122に移行
し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在値（電気
角）θ（ｎ）が読み込まれる。 次に、ステップ124において、前回の速度偏差演算タ
イミング時に読み込まれた位置の現在値（電気角）θ
（ｎ−１）と、速度制御周期Ｄとから現速度制御期間に
おける速度の現在値Ｖ（ｎ）が次式によって演算され
る。 ｖ（ｎ）＝（θ（ｎ）−θ（ｎ−１））/D …（１） 又、ステップ118で設定された速度目標値に対する偏
差、即ち、速度偏差が演算される。 ここで、ステップ118における速度目標値にバックラ
ッシ補正があれば速度偏差にもバックラッシ補正が行わ
れたことになる。即ち、サーボモータ31には反転力が作
用し逆転しようとしてブレーキがかかることになる。 そして、次のステップ126において、その速度偏差に
応じて、ｄ軸成分とｑ軸成分の電流目標値が演算され
る。この速度フィードバック制御は、第４図の信号S2で
示したタイミングで実行される。 次に、ステップ128において、現実行サイクルが電流
偏差演算タイミングか否かが判定される。 電流偏差演算タイミングであれば、ステップ130に移
行する。 ステップ130以下は電流フィードバック制御であり、
この制御は、第４図の信号S3に示したタイミングで実行
される。 ステップ130では、電流制御期間の先頭から測定した
次のステップ132での電流検出時刻Δt1と、電流制御期
間の先頭から測定した負荷電流の制御時刻Δt2を用い
て、その時刻に対応した電気角である電流検出時電気角
θ１と制御時電気角θ２が補間演算される。 θ１＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・Δt1 …（２） θ２＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・Δt2 …（３） この時刻Δt1,Δt2と電気角θ1,θ２とは第４図に示
したように対応している。 次にステップ132に移行して、ｕ相、ｖ相の瞬時負荷
電流の現在値Iu,IvがA/D変換器15a,15bから読み込まれ
る。 次に、ステップ134において、その電流の現在値Iu,Iv
はdq変換されて、ｄ軸成分Idとｑ軸成分Iqとが次式によ
って演算される。 尚、dq座標系は、良く知られたように、ｄ軸は励磁磁
場と同相にとられ、ｑ軸は励磁磁場と電気角で90゜の位
相差にとられた座標系である。ｄ軸成分は無効成分をｑ
軸成分は有効成分を表す。 次に、ステップ136において、ステップ126で設定され
たｄ軸成分とｑ軸成分の電流目標値を基準として、比例
積分演算により、現時点でのｄ軸成分とｑ軸成分の電流
指令値Id＊,Iq＊が演算される。 次に、ステップ138において、次式により、電流指令
値Id＊,Iq＊を逆dq変換して、各相電流指令値Iu＊,I
v＊,Iw＊が演算される。 尚、Iw＊は、Iw＊＝−（Iu＊＋Iv＊）によって演算さ
れる。 次に、ステップ140,142において、各相電流指令値Iu
＊,Iv＊,Iw＊の高周波数の三角波とのレベル関係を利用
して、即ち、平均電圧法を用いて、１つの制御周期内に
おける一連のPWM信号が生成される。 一連のPWM信号は、第５図に示したように、各相の電
圧印加状態を示した電圧ベクトルで表すことができる。
回転磁界ベクトルは、この電圧ベクトルの積分として表
される。 従って、第６図に示したように、各電圧ベクトル×継
続時間の和によって回転磁界ベクトルの先端の軌跡が描
かれる。回転磁界を角度２π/n毎に円周上の点に最短経
路で位置決めするためには、１制御周期毎に、第５図に
示した隣接する２つの電圧ベクトルと零ベクトルV0との
３つのベクトルでインバータ25が制御される必要があ
る。この３つの電圧ベクトルの組合せと回転磁界の位相
とは一意的に対応する。回転磁界の位相と電圧ベクトル
の組合せの対応表（零ベクトルV0は必ず組合せの１要素
となるので、２つの電圧ベクトルの組だけで良い）が、
第７図に示したように、予めROM12に記憶されている。 ステップ140では、制御時電気角θ２（回転磁界の位
相）から、ROM12における上記のテーブルを検索してそ
の時の電圧ベクトルの組合せを求める。 ステップ142では、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。 例えば、その電圧ベクトルの組合せが、第８図に示し
たように、V6＝（1,1,0）,V1＝（1,0,0）,V0＝（0,0.
0）となったとして、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。その演算方法は、本実施例では、良く
知られた平均電圧法が用いられている。 即ち、各相電流指令値Iu＊,Iv＊,Iw＊のうち、絶対値
の大きい２つを大きい順にI1 ＊,I2 ＊とするとき、継続
時間t1,t2,t3は次式で求められる。 t1＝|2I2 ＊＋I1 ＊｜・T/Vdc …（８） t2＝|I1 ＊−I2 ＊｜・T/Vdc …（９） t3＝Ｔ−（t1＋t2） …（10） 但し、Ｔは周期、Vdcは印加直流電圧である。 次に、ステップ144において、１組の電圧ベクトルに
よるPWM信号が、継続時間t1,t2,t3だけ出力される。例
えば、第８図に示したように、V6＝（1,1,0）,V1＝（1,
0,0）,V0＝（0,0,0）の順に、継続時間t1,t2,t3だけ出
力される。又、換言すれば、Ｕ相はt1＋t2だけ電圧が印
加され、Ｖ相はt1だけ電圧が印加され、Ｗ相にはその制
御期間、電圧は印加されない。 このようにして、１つの実行サイクルの処理が完了す
る。この実行サイクルは、最小の制御周期で実行されて
おり、その整数倍n1で電流フィードバックループが制御
され、その整数倍n2で速度フィードバックループが制御
され、その整数倍n3で位置フィードバックループが制御
されるように、ステップ100,120,128で判定の基準とな
る回数が設定されている。但し、n1＜n2≦n3である。 上記のサイクルが繰り返し実行されることで、第４図
に示したタイミングで、位置、速度、電流のフィードバ
ック制御が行われる。 但し、第４図に示したタイミングはCPU11によるプロ
グラム実行時からの計時によって検出される。 このように、位置の方向転換時に、結果的に速度偏差
が反対方向に補正されるので、サーボモータ31には反対
方向の回転力が発生し、これがブレーキ又は反対方向の
加速度として作用する。この結果、位置の追従遅れに起
因するバックラッシが補正されることになる。 次に、本発明によるバックラッシ補正の意味について
説明する。 第３図（ａ）のように指令された目標位置の時間変動
から指令速度度VOが算出され、第３図（ｂ）のように指
令速度VOの時間変動から指令加速AOが算出される。そし
て、指令速度VOの符号が反転、即ち、移動方向が逆転、
且つ、指令加速度AOが大きく変動した場合に、バックラ
ッシ補正がないとサーボモータ31の現実の回転角に追従
遅れを生じる。 つまり、指令速度VOの符号が反転しているにも拘わら
ずサーボモータ31は追従偏差に比例した回転速度で同一
方向に回転を継続することになる。 ここで、指令速度VOの符号が反転時、第３図（ｂ）に
示したように、指令加速度AOに対して所定の閾値Atを設
定する。 そして、指令加速度AOが閾値At以上であるとその閾値
Atを越えた大きさに応じた補正量Ｂ（第３図（ｃ）参
照）が求められる。 バックラッシ補正として、第３図（ｄ）に示されたよ
うに、指令された目標位置POが指令速度VOの符号の反転
時にその時の指令加速度に比例したバックラッシ補正量
Ｂだけ補正される。 この結果、指令された目標位置が現在の回転方向と反
対方向に補正されたのと等価になる。 更に、速度偏差、即ち、速度目標値と速度現在値との
差も現在の回転方向と反対方向にバックラッシ補正量Ｂ
だけ補正されたのと等価になる。 以上のことからも明らかなように、上記実施例では、
管理上の目標位置POを補正しているが、結果的に速度偏
差が補正されれば良い。従って、上記補正の他、管理上
の位置の現在値、速度の目標値、速度の現在値を補正し
ても同様に速度偏差を補正したことになる。
成を示したブロックダイヤグラムである。 ディジタルサーボ制御装置10は主として、CPU11、ROM
12、RAM13、ディジタルシグナルプロセッサ（以下「DS
P」という）14、共通RAM17,A/D変換器15a,15b及び現在
値カウンタ16から構成されている。CPU11にはインタフ
ェース19を介してキーボード21及びCRT表示装置22が接
続されている。 DSP14の出力はインバータ25に入力され、そのインバ
ータ25はDSP14の出力信号に応じてサーボモータ31を駆
動する。サーボモータ31には同期モータが用いられ、イ
ンバータ25のPWM電圧制御によりサーボモータ31の負荷
電流が制御され、その結果、出力トルクが制御される。 サーボモータ31のｕ相及びｖ相の負荷電流はCT32a,32
bにより検出され、増幅器18a,18bにより増幅される。そ
の増幅器18a,18bの出力は、A/D変換器15a,15bに入力さ
れ、所定の周期でサンプリングされ、ディジタル値に変
換される。そのサンプリングされた値は、瞬時負荷電流
のフィードバック値として、DSP14に入力する。 又、サーボモータ31にはパルスエンコーダ33が接続さ
れ、その現在位置が検出される。パルスエンコーダ33の
出力は波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウン
タ16に接続されている。 波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウンタ16
に入力されるパルスエンコーダ33からの出力信号は現在
値カウンタ16の値を加減させる。DSP14により、現在値
カウンタ16の値は現在位置フィードバック値として読み
込まれ、DSP14により、CPU11から出力された目標値と比
較され位置偏差が算出される。そして、DSP14により、
その位置偏差に基づいて速度目標値が算出される。 又、DSP14に入力された現在位置フィードバック値は
微分され、速度フィードバック値が算出される。DSP14
により、位置偏差に応じて決定される速度目標値と速度
フィードバック値とが比較され速度偏差が算出され、そ
の速度偏差に基づいて電流目標値が算出される。 DSP14により、この電流目標値は、増幅器18a,18b及び
A/D変換器15a,15bを介してCT32a,32bにて検出された負
荷電流の電流フィードバック値と比較され、電流偏差が
算出される。その時の瞬時電流偏差と瞬時電流偏差の累
積値と電流目標値とに基づいて、即ち、比例積分演算に
より、その時の瞬時電流指令値が演算される。その瞬時
電流指令値は高周波数の三角波と比較され、インバータ
25の各相のトランジスタのオンオフを制御する電圧制御
PWM信号が生成される。その電圧制御PWM信号は、インバ
ータ25に出力され、そのインバータ25の各相のトランジ
スタがそれぞれ駆動される。このインバータ25のスイッ
チングにより、各相の負荷電流は電流目標値に制御され
ることになる。 尚、サーボモータ31の位置決めは、CPU11により、現
在値カウンタ16の出力値が位置の目標値に等しくなった
と判定された時に完了される。 又、A/D変換器15a,15bによってサンプリングされたｕ
相、ｖ相の負荷電流値は、DSP14によりdq変換される。 本実施例のディジタルサーボ制御装置は、上述したよ
うに、位置、速度及び電流の３つのフィードバックルー
プにより構成されている。より下位のフィードバックル
ープ程、より高い応答性が要求され、例えば、最下位の
電流フィードバックループは100μｓ、速度フィードバ
ックループはその数倍、位置フィードバックループは更
にその数倍の時間間隔で同期をとってデータのサンプリ
ングが実行され、それぞれのフィードバックループの処
理が実行される。 次に、本実施例装置の作動について説明する。 第２図のプログラムは、DSP14によって、所定の最小
周期毎に繰り返し実行される。 ステップ100では、現実行サイクルが位置偏差演算タ
イミングか否かが判定され、位置偏差演算タンミングで
あればステップ102に移行し、共通RAMからCPU11により
指令された目標位置POが入力される。 次に、速度演算手段を達成するステップ104におい
て、今回入力の目標位置と前回入力の目標位置とその間
の経過時間とから今回の指令速度VOが演算される。 次に、加速度演算手段を達成するステップ106におい
て、今回の指令速度と前回の指令速度とから今回の指令
加速度AOが演算される。 次に、補正判定手段を達成するステップ108に移行
し、バックラッシ補正条件が成立するか否かが判定され
る。即ち、ステップ104で算出された指令速度VOの符号
が反転し、ステップ106で算出された指令加速度AOの絶
対値の大きさが所定の閾値At以上か否かが判定される。
指令速度VOの符号の反転は指令された移動方向が反転、
又、指令加速度AOの絶対値が大きいときは追従遅れの量
が大きいことを意味する。補正条件が成立する場合に
は、ステップ108の判定はYESとなり、ステップ110に移
行する。 ステップ110ではバックラッシ補正量Ｂが指令加速度A
Oに比例した値、即ち、次式により演算される。 Ｂ＝ｋ・AO （k:比例定数） 尚、上述のステップ108で、バックラッシ補正条件が
成立しなければ、ステップ112に移行し、バックラッシ
補正量Ｂが零とされる。 そして、ステップ114に移行し、DSP14での管理上の目
標位置が次式にて補正される。 PO＝PO＋Ｂ 即ち、管理上の目標位置は指令された目標位置に対し
てバックラッシ補正量だけ方向が推移される。 次に、バックラッシ補正手段を達成するステップ116
に移行し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在
値、即ち、現在位置が読み込まれ、補正後の管理上の目
標位置に対する位置偏差が演算される。 次に、ステップ118において、位置偏差に応じて速度
目標値が演算される。ここで、ステップ114において、
目標位置のバックラッシ補正があれば、速度目標値に対
してもバックラッシ補正が行われたことになる。この位
置のフィードバック制御は、第４図の信号S1で示したタ
イミングで実行される。 次に、ステップ120において、現実行サイクルが速度
偏差演算タイミングか否かが判定される。 速度偏差演算タンミングであればステップ122に移行
し、現在値カウンタ16に保持された位置の現在値（電気
角）θ（ｎ）が読み込まれる。 次に、ステップ124において、前回の速度偏差演算タ
イミング時に読み込まれた位置の現在値（電気角）θ
（ｎ−１）と、速度制御周期Ｄとから現速度制御期間に
おける速度の現在値Ｖ（ｎ）が次式によって演算され
る。 ｖ（ｎ）＝（θ（ｎ）−θ（ｎ−１））/D …（１） 又、ステップ118で設定された速度目標値に対する偏
差、即ち、速度偏差が演算される。 ここで、ステップ118における速度目標値にバックラ
ッシ補正があれば速度偏差にもバックラッシ補正が行わ
れたことになる。即ち、サーボモータ31には反転力が作
用し逆転しようとしてブレーキがかかることになる。 そして、次のステップ126において、その速度偏差に
応じて、ｄ軸成分とｑ軸成分の電流目標値が演算され
る。この速度フィードバック制御は、第４図の信号S2で
示したタイミングで実行される。 次に、ステップ128において、現実行サイクルが電流
偏差演算タイミングか否かが判定される。 電流偏差演算タイミングであれば、ステップ130に移
行する。 ステップ130以下は電流フィードバック制御であり、
この制御は、第４図の信号S3に示したタイミングで実行
される。 ステップ130では、電流制御期間の先頭から測定した
次のステップ132での電流検出時刻Δt1と、電流制御期
間の先頭から測定した負荷電流の制御時刻Δt2を用い
て、その時刻に対応した電気角である電流検出時電気角
θ１と制御時電気角θ２が補間演算される。 θ１＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・Δt1 …（２） θ２＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・Δt2 …（３） この時刻Δt1,Δt2と電気角θ1,θ２とは第４図に示
したように対応している。 次にステップ132に移行して、ｕ相、ｖ相の瞬時負荷
電流の現在値Iu,IvがA/D変換器15a,15bから読み込まれ
る。 次に、ステップ134において、その電流の現在値Iu,Iv
はdq変換されて、ｄ軸成分Idとｑ軸成分Iqとが次式によ
って演算される。 尚、dq座標系は、良く知られたように、ｄ軸は励磁磁
場と同相にとられ、ｑ軸は励磁磁場と電気角で90゜の位
相差にとられた座標系である。ｄ軸成分は無効成分をｑ
軸成分は有効成分を表す。 次に、ステップ136において、ステップ126で設定され
たｄ軸成分とｑ軸成分の電流目標値を基準として、比例
積分演算により、現時点でのｄ軸成分とｑ軸成分の電流
指令値Id＊,Iq＊が演算される。 次に、ステップ138において、次式により、電流指令
値Id＊,Iq＊を逆dq変換して、各相電流指令値Iu＊,I
v＊,Iw＊が演算される。 尚、Iw＊は、Iw＊＝−（Iu＊＋Iv＊）によって演算さ
れる。 次に、ステップ140,142において、各相電流指令値Iu
＊,Iv＊,Iw＊の高周波数の三角波とのレベル関係を利用
して、即ち、平均電圧法を用いて、１つの制御周期内に
おける一連のPWM信号が生成される。 一連のPWM信号は、第５図に示したように、各相の電
圧印加状態を示した電圧ベクトルで表すことができる。
回転磁界ベクトルは、この電圧ベクトルの積分として表
される。 従って、第６図に示したように、各電圧ベクトル×継
続時間の和によって回転磁界ベクトルの先端の軌跡が描
かれる。回転磁界を角度２π/n毎に円周上の点に最短経
路で位置決めするためには、１制御周期毎に、第５図に
示した隣接する２つの電圧ベクトルと零ベクトルV0との
３つのベクトルでインバータ25が制御される必要があ
る。この３つの電圧ベクトルの組合せと回転磁界の位相
とは一意的に対応する。回転磁界の位相と電圧ベクトル
の組合せの対応表（零ベクトルV0は必ず組合せの１要素
となるので、２つの電圧ベクトルの組だけで良い）が、
第７図に示したように、予めROM12に記憶されている。 ステップ140では、制御時電気角θ２（回転磁界の位
相）から、ROM12における上記のテーブルを検索してそ
の時の電圧ベクトルの組合せを求める。 ステップ142では、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。 例えば、その電圧ベクトルの組合せが、第８図に示し
たように、V6＝（1,1,0）,V1＝（1,0,0）,V0＝（0,0.
0）となったとして、各電圧ベクトルの継続時間t1,t2,t
3が演算される。その演算方法は、本実施例では、良く
知られた平均電圧法が用いられている。 即ち、各相電流指令値Iu＊,Iv＊,Iw＊のうち、絶対値
の大きい２つを大きい順にI1 ＊,I2 ＊とするとき、継続
時間t1,t2,t3は次式で求められる。 t1＝|2I2 ＊＋I1 ＊｜・T/Vdc …（８） t2＝|I1 ＊−I2 ＊｜・T/Vdc …（９） t3＝Ｔ−（t1＋t2） …（10） 但し、Ｔは周期、Vdcは印加直流電圧である。 次に、ステップ144において、１組の電圧ベクトルに
よるPWM信号が、継続時間t1,t2,t3だけ出力される。例
えば、第８図に示したように、V6＝（1,1,0）,V1＝（1,
0,0）,V0＝（0,0,0）の順に、継続時間t1,t2,t3だけ出
力される。又、換言すれば、Ｕ相はt1＋t2だけ電圧が印
加され、Ｖ相はt1だけ電圧が印加され、Ｗ相にはその制
御期間、電圧は印加されない。 このようにして、１つの実行サイクルの処理が完了す
る。この実行サイクルは、最小の制御周期で実行されて
おり、その整数倍n1で電流フィードバックループが制御
され、その整数倍n2で速度フィードバックループが制御
され、その整数倍n3で位置フィードバックループが制御
されるように、ステップ100,120,128で判定の基準とな
る回数が設定されている。但し、n1＜n2≦n3である。 上記のサイクルが繰り返し実行されることで、第４図
に示したタイミングで、位置、速度、電流のフィードバ
ック制御が行われる。 但し、第４図に示したタイミングはCPU11によるプロ
グラム実行時からの計時によって検出される。 このように、位置の方向転換時に、結果的に速度偏差
が反対方向に補正されるので、サーボモータ31には反対
方向の回転力が発生し、これがブレーキ又は反対方向の
加速度として作用する。この結果、位置の追従遅れに起
因するバックラッシが補正されることになる。 次に、本発明によるバックラッシ補正の意味について
説明する。 第３図（ａ）のように指令された目標位置の時間変動
から指令速度度VOが算出され、第３図（ｂ）のように指
令速度VOの時間変動から指令加速AOが算出される。そし
て、指令速度VOの符号が反転、即ち、移動方向が逆転、
且つ、指令加速度AOが大きく変動した場合に、バックラ
ッシ補正がないとサーボモータ31の現実の回転角に追従
遅れを生じる。 つまり、指令速度VOの符号が反転しているにも拘わら
ずサーボモータ31は追従偏差に比例した回転速度で同一
方向に回転を継続することになる。 ここで、指令速度VOの符号が反転時、第３図（ｂ）に
示したように、指令加速度AOに対して所定の閾値Atを設
定する。 そして、指令加速度AOが閾値At以上であるとその閾値
Atを越えた大きさに応じた補正量Ｂ（第３図（ｃ）参
照）が求められる。 バックラッシ補正として、第３図（ｄ）に示されたよ
うに、指令された目標位置POが指令速度VOの符号の反転
時にその時の指令加速度に比例したバックラッシ補正量
Ｂだけ補正される。 この結果、指令された目標位置が現在の回転方向と反
対方向に補正されたのと等価になる。 更に、速度偏差、即ち、速度目標値と速度現在値との
差も現在の回転方向と反対方向にバックラッシ補正量Ｂ
だけ補正されたのと等価になる。 以上のことからも明らかなように、上記実施例では、
管理上の目標位置POを補正しているが、結果的に速度偏
差が補正されれば良い。従って、上記補正の他、管理上
の位置の現在値、速度の目標値、速度の現在値を補正し
ても同様に速度偏差を補正したことになる。
本発明は、指令速度の符号が反転し、かつ、指令加速
度の大きさが所定値より大きいとき、動的バックラッシ
補正が必要であると判定し、バックラッシ補正が必要な
場合には速度フィードバックループの速度偏差を指令加
速度に応じた補正量で補正するようにしたものである。 従って、送りの方向転換時に、速度偏差が減少方向に
補正されるので、追従遅れによる動的バックラッシが補
正され、工作物の仕上げ形状が良くなる。
度の大きさが所定値より大きいとき、動的バックラッシ
補正が必要であると判定し、バックラッシ補正が必要な
場合には速度フィードバックループの速度偏差を指令加
速度に応じた補正量で補正するようにしたものである。 従って、送りの方向転換時に、速度偏差が減少方向に
補正されるので、追従遅れによる動的バックラッシが補
正され、工作物の仕上げ形状が良くなる。
第１図は本発明の具体的な一実施例に係るディジタルサ
ーボ制御装置の構成を示したブロックダイヤグラム。第
２図は同実施例装置で使用されているDSPによる処理手
順を示したフローチャート。第３図は同じくDSPによる
指令速度、指令加速度、バックラッシ補正量及び補正後
の目標位置のタイミングを示したタイミングチャート。
第４図は同じくDSPによる位置、速度、電流フィードバ
ック制御のタイミングを示したタイミングチャート。第
５図はPWM信号に対応した電圧ベクトルを示したベクト
ル図。第６図は電圧ベクトルと回転磁界との関係を示し
たベクトル図。第７図は回転磁界の位相と電圧ベクトル
との組の対応関係を示した説明図。第８図はPWM信号を
示したタイミングチャートである。 10……ディジタルサーボ制御装置 11……CPU、12……ROM、13……RAM 14……DSP（ディジタルシグナルプロセッサ） 15a,15b……A/D変換器 16……現在値カウンタ 25……インバータ、31……サーボモータ 32a,32b……カレントトランスフォーマ（CT） 33……パルスエンコーダ
ーボ制御装置の構成を示したブロックダイヤグラム。第
２図は同実施例装置で使用されているDSPによる処理手
順を示したフローチャート。第３図は同じくDSPによる
指令速度、指令加速度、バックラッシ補正量及び補正後
の目標位置のタイミングを示したタイミングチャート。
第４図は同じくDSPによる位置、速度、電流フィードバ
ック制御のタイミングを示したタイミングチャート。第
５図はPWM信号に対応した電圧ベクトルを示したベクト
ル図。第６図は電圧ベクトルと回転磁界との関係を示し
たベクトル図。第７図は回転磁界の位相と電圧ベクトル
との組の対応関係を示した説明図。第８図はPWM信号を
示したタイミングチャートである。 10……ディジタルサーボ制御装置 11……CPU、12……ROM、13……RAM 14……DSP（ディジタルシグナルプロセッサ） 15a,15b……A/D変換器 16……現在値カウンタ 25……インバータ、31……サーボモータ 32a,32b……カレントトランスフォーマ（CT） 33……パルスエンコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−93711（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20
Claims (1)
- 【請求項１】位置フィードバックループ、速度フィード
バックループ、電流フィードバックループを有し、指令
値及び帰還値をディジタル量で与えたディジタルサーボ
制御装置において、 指令された目標位置の時間変動から指令速度を算出する
速度演算手段と、 前記速度演算手段により算出された指令速度の時間変動
から指令加速度を算出する加速度演算手段と、 前記速度演算手段により算出された指令速度の符合が変
転し、かつ前記加速演算手段により算出された指令加速
度の大きさが所定値より大きいとき、機械系駆動中の追
従遅れである動的バックラッシ補正が必要であると判定
する補正判定手段と、 前記補正判定手段により動的バックラッシ補正が必要と
判定されたときは前記指令加速度に応じた補正量で前記
速度フィードバックループの速度偏差を補正するバック
ラッシ補正手段と、 を備えたことを特徴とするディジタルサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25923090A JP3236607B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | ディジタルサーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25923090A JP3236607B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | ディジタルサーボ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04135216A JPH04135216A (ja) | 1992-05-08 |
| JP3236607B2 true JP3236607B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=17331218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25923090A Expired - Fee Related JP3236607B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | ディジタルサーボ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3236607B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015136291A (ja) * | 2015-05-01 | 2015-07-27 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 線形運動デバイスの制御装置 |
| CN113389538B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-07-11 | 北京三一智造科技有限公司 | 车身回转控制方法以及*** |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25923090A patent/JP3236607B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04135216A (ja) | 1992-05-08 |
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