JPH01113809A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は制御対象を目標位置に高精度で移動させるため
のサーボ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

サーボ制御装置は、自動製図機、工作機械、ロボット制
御等多くの分野で用いられている。このようなサーボ装
置の概略を図により説明する。

第５図は従来のサーボ制御装置のブロック図である。図
で、１はマイクロコンピュータであり、制御対象の目標
移動量および目標速度を出力する。

２はパルス分配器であり、マイクロコンピュータ１から
出力された目標移動量に対応したパルスを発生する。こ
のとき、これらのパルスの周波数は指令された目標速度
にしたがって変換される。３は比較器であり、パルス分
配器２のパルスの位相と後述する位置検出器９から出力
される現在位置に応じた位相信号との差を出力する。４
は比較器３からの位相差信号と後述する速度発電機から
の速度信号との差を演算する減算器、５は減算器４の差
の信号を増幅する増幅器である。６はサーボモータであ
り、増幅器５からの信号により常に指令に見合った速度
で駆動される。７はサーボモータに連結された負荷、即
ち制御対象である。８はサーボモータ６に連結された速
度発電機であり、サーボモータ６の現在速度を出力する
。９はサーボモータ６に連結された位置検出器であり、
負荷７の現在位置データを出力する。

このような構成により、制御対象は目標位置へ指令値に
見合った速度で移動せしめられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のサーボ制御装置にあっては、速度制御は、パ
ルス分配器２においてパルスを発生し、これらのパルス
を速度の指令値にしたがった周波数のパルスとすること
により実行されていた。即ち、各パルスを速度に見合っ
た間隔で出力するような構成となっていた。このような
出力を得るためにはパルス周疲数の広帯域変換機能を備
えねればならずパルス分配器２の回路構成は極めて複雑
かつ大形となるという欠点があった。

さらに、従来のサーボ制御装置にあっては、加速度の変
化が大きく、このため機械に衝撃、振動。

を与え、ねじのゆるみや接着個所の剥離等を生じて装置
の寿命や精度を低下させるばかりでなく、移動中におけ
る振動により、例えば自動製図機においては所望の線分
を正確に描くことができず、又工作機械においては所望
の切削ができない等の不都合が発生しやすく、この対策
としてのパルス周波数決定機構を必要とし装置が複雑・
高価なものとなる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、構成
面素で、かつ、衝撃や振動を大幅に抑制することができ
るサーボ制御装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、制御対象を駆動
する駆動穂構と、前記制御対象の目標移動量および目標
速度を指示する指示部とを備え、この指示部の指示に応
じて前記駆動機構を作動させるサーボ制御装置において
、前記目標移動量および前記目標速度に基づいて単位時
間当りの最大移動量の配列を決定する分配手段と、前記
配列の前後に０と等価な移動量の単位時間を所定数付加
して配列順に移動量を平均化して速度データを演算する
第１の平均化手段と、この第１の平均化手段で得られた
速度データの配列の前後にＯと等価の移動量の単位時間
を所定数付加して配列順に移動量を平均化して速度指令
を演算する第２の平均化手段とを設けたことを特徴とす
る。

〔作用〕

指示部により目標移動量と目標速度とが与えられると、
分配手段においては、まずミその両者から単位時間当り
の移動量を求め、これを単位時間の数だけ並べ、さらに
、このようにして並べられた当該移動量の配列の前後に
、所定の数だけ０又は０に近い移動量の配列を行う。次
いで、第１の平均化手段により、上記配列された移動量
をその配列の一方の端から所定数をとり出してその平均
値を算出する。この平均値の算出は配列を１つずつずら
しながら配列の他方へ向って順に実行される。このよう
にして得られた単位時間毎の速度データの配列に対して
、さらに、その前後に所定の数だけ０又は０に近い移動
量の配列を行なう。そして、前記第１の平均化手段と同
じく、第２の平均化手段によりその配列の一方の端から
所定数をとり出してその平均値を算出し、この算出は配
列を１つずつずらしながら配列の他方へ向って１噴に実
行される。このようにして単位時間毎の速度指令が演算
され、この速度指令に基づいて制御対象が適切な速度で
駆動される。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るサーボ制御装置のブロッ
ク図である。図で、第５図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略す−る。

１０はマイクロコンピュータで構成される制御部である
。本実施例では、第５図に示す装置において、マイクロ
コンピュータ１、パルス分配器２および比較器３の機能
を制御部１０で行うものである。

次に、制御部１０の動作を第２図（ａ）〜（ｅ）に示す
グラフを参照しながら説明する。ここで、理解を容易に
するため、移動距離がＸ軸方向に６００　ｍｍ、移動速
度を６０ｍ／ｓｅｃという指令が入力された具体例につ
いて説明する。制御部１０にこのような指令が入力され
ると、制御部１０はこれらの値に基づいてＸ軸、Ｙ軸の
分配データを演算する。

分配データとは単位時間毎に出力される移動量のデータ
（単位時間の移動量であるから速度のデータに等しい。

）である。ここで、 ｘ：Ｘ軸方向の目標距離 ｙ：Ｙ軸方向の目標距離 ｌ：位置Ａ、　Ｂ間の距離 Ｖ二指令速度 Ｎ：移動時間 とすると、Ｘ軸の分配データＤ、、Ｙ軸の分配データＤ
Ｖはそれぞれ次式で表わされる。

ｖ　　　　　　　　　　　　　ｖ ｖ　　　　　　　　　　　　　■ 上記の例では、ｘ＝６００．　　）’＝Ｏ，ｖ＝６０で
あるから、Ｎ＝１０．　　Δｘ＝６０．　　Δｙ＝ｏと
なる。即ち、分配データは単位時間Ｎ回（１０回）毎に
、移動量ＤＸ　（６０）となる。

なお、ｘ／Ｎ、ｙ／Ｎは整数ではないのが通常である。

このような通常の場合の分配データの演算処理について
は後述する。

第２図（ａ）は上記Ｎ＝１０．ＤＸ　＝６０の場合の分
配データの配列を示す。図で、横軸には時間が、縦軸に
は移動量がとってあり、単位時間毎に移動ｆｆ１６０が
１０回出力されることが示されている。

このような分配処理により得られた第２図（ａｌに示さ
れる分配データには、次に示す第１回の平均化処理が施
される。以下、この平均化処理を第２図（ｂ）に示すグ
ラフに基づいて説明する。まず、分配データの前後に、
それぞれ移動量０の３つの時間単位を挿入する。次いで
、時間単位Ｔ　Ｉ’　−Ｔ　４の平均の移動！　（６０
／４）を演算して平均移動量１５を得る。次に、時間単
位Ｔ２〜Ｔ、の平均の移動量（（６０＋６０）／４）を
演算して平均移動量３０を得る。このような演算を繰返
えすことにより、第２図（Ｃ）に示すような平均化され
た分配データ（速度データと称する）が出力される。

上記第１回の平均化処理により得られた速度データには
、さらに第２回の平均化処理が施される。

この第２回の平均化処理も第１回の平均化処理と同様の
手段により行なわれる。即ち、第２図Ｔｄｌに示すよう
に、速度データの前後にそれぞれ移動量Ｏの２つの時間
単位が挿入される。次いで、時間単位Ｔ１〜Ｔ３の平均
の移動ｆｆｉ　（１５／３）が演算されて平均移動量５
を得る。次いで、時間単位Ｔ２〜Ｔ４の平均の移動量（
（１５＋３０）／３）が演算されて平均移動１１１５を
得る。このような演算を繰返えすことにより、第２図（
ｅ）に示すようなさらに平均化された分配データが得ら
れる。このデータが速度指令として時間単位毎に制御部
１０から減算器４に出力されることになる。

第３図は上記速度指令の特性図である。図で、横軸には
時間、縦軸には速度指令値がとっである。

この図は第２図（８）に示す移動量を特性曲線で描いた
図であり、両図から明らかなように、起動時Ｔ。

加速区間から等速区間に移行する時間’ｒｓ　、等速区
間から減速区間に移行する時間Ｔ８、および停止時ＴＩ
Ｓの加速度および減速度の急変時において、速度指令値
がゆるやかに変化している。したがって、実際のサーボ
モータ６の上記各時間Ｔ　ｒ　、　Ｔ　ｓ。

Ｔ１１．　ＴＩＳにおける加減速度の変化がゆるやかに
なり、機械に与える衝撃や振動は大幅に軽減される。

ここで、制御部１０における分配データを得るための分
配処理を第４図に示すフローチャー十を参照しながら説
明する。この分配処理においては、各単位時間の各移動
量、即ち分配データをＸ軸についてはり、、、Ｙ軸につ
いてはＩ）ｖｔで表わす。この添字ｒｉＪは単位時間の
番号を示す。そこで、まず、分配処理に際し、添字ｒｉ
Ｊを１とする（第４図に示す手順Ｓ＋）。そして次の手
順Ｓ２に移る前に１単位時間が経過するまで（サンプリ
ング時間の信号が入力するまで）待機する。この時間が
経過した後、制御部１０に移動指令による移動データが
存在するか否かが判断される（手順Ｓ２）。

移動データが存在しないときは分配データＤ　Ｘ　ｉ　
ｒＤ　Ｖ　ｉをＯとして出力しく手順Ｓ’ｌ）、添字ｉ
に１を加えて１単位時間経過後再び手順Ｓ２を実行する
。

手順Ｓ２において移動データ有りと判断されると、その
移動データ、即ちＸ軸方向の距離ＸとＹ軸方向の距離ｙ
が取込まれ（手順ＳＳ）、現在位置から目標位置までの
移動距離１＜１＝、βｒ７Ｔ］１１）が演算される（手
順Ｓ６）。次いで、この演算された移動距離ｌと、制御
部１０に指令された移動速度Ｖから移動時間Ｎ（単位時
間の数）が演算される（手順Ｓ？）。なお、上記移動速
度Ｖ（さきの実施例では６０ｍ／５ｅｃ）は、機械の性
能や付属用具（例えば自動製図機では筆記具が何か）等
により予め決定されている。移動時間Ｎはｌ　／　ｖで
求められるが、前述のように整数となることは少ない。

そこで、手順Ｓ、で求められた移動時間Ｎの端数は切上
げられる。以下、手順５ｅ＝３１７の処理は単位時間当
りの移動量が整数でない場合の分配データを決定するた
めの処理である。

単位時間当りの移動量が整数でない場合、各単位時間毎
の分配データの差はできるだけ小さくし、かつ、移動時
間Ｎ全体にわたって平均化される必要がある。このため
、以下の処理では、各単位時間毎に分配データを最小の
値で順次増減させる処理が実行される。この処理を行な
うため、分配データの出力回数を判断する数Ｊ、前回の
分配データの増減を判断する数ｇＸ１ｇｙが設けられる
。これらの数Ｊ＝ｇｘ９ｇｙは実際にはメモリの所定ア
ドレスに格納されている数値である。

以下の説明では、Ｘ軸に関してのみ最も単純な数値を例
示して説明する。今、ｘ＝１０．Ｎ＝４とすると、手順
Ｓ８では次の処理が行なわれる。

即ち、距離Ｘの絶対値を移動時間°Ｎで除し、その商を
ΔＸ、余りを？’ｘとする処理であり、この処理により
上記数値例は、Δ”＝２ｒ　　ｒｙｅ　＝２となる。次
に、処理は手順Ｓ９に移り、数Ｊ１ｇＸをＯとし、次い
で手順Ｓ、。において、新しい数ｇｘを、（ｇｘ＋２・
ｒｘ）を演算することにより定めるとともに、分配デー
タＤｘｉをΔＸに定める。

上記例の場合、新しい数ｇｘは（０＋　２　ｘ　２）で
数値４となり、かつ、分配データＤ　１１ｉは値２とな
る。

次いで、数値ｇ８と移動時間Ｎとを比較する（手順Ｓｚ
）。上記例の場合、ｇ、＝４．Ｎ＝４であるからｇｘ　
＞Ｎとはならず、処理は手順ＳｔＺに移り、Ｙ軸に関し
ても同様の処理が行なわれた後、手順３１３に移る。手
順ＳＩ３では、手順ＳＩＯで定められた分配データＤ、
１（＝２）にＸ軸方向の符号を付し、これを分配データ
として出力する。

次に、番号ｉに１を加え、かつ、Ｊの数にも１を加え（
手順５Ｉ４）、この新しい数Ｊと移動時間Ｎとを比較す
る（手順Ｓ１．）。数Ｊが移動時間Ｎに達していない場
合、処理は再び手順Ｓ、。に戻る。

この場合、数ｇｘは前回の手順ＳＩＯでｇｘ＝４となっ
ているので、新しい数ｇｘは８　（４＋２Ｘ２）となる
。又、分配データはＤｘ（ｉｏｎで表わされ、Ｄｘ（１
＋＋＋＝Δｘ＝２である。

手順ＳＩＩでは、ｇｘ　＝８．Ｎ＝４であるがら、ｇｘ
＞Ｎであると判断され、処理は手順５１６に移行する。

手順Ｓ１６では、Ｄｘ（ｉや、）＝２に１を加えて分配
データＤｘ（ｉ＋１＞を３とし、又、新しい数ｇｘとし
て、ｇＩｌ−２ｘＮ＝８−２ｘ４＝０を定める。

Ｙ軸についても同様の処理（手順Ｓ１□、Ｓｌ？）が実
行された後、手順Ｓ１３で上記分配データＤＸ、、、。

に符号を付して出力する。以下、同様の手順が繰返えさ
れる。これにより、上記の例では、Ｘ軸の分配データＤ
　ｘｉはｒ３Ｊ、ｒ２Ｊ、ｒ３Ｊ、ｒ２Ｊとなる。Ｙ軸
についても同様に手順Ｓ、以下の処理が実行される。

このように、本実施例では、分配データを、与えられた
移動データおよび指定速度に基づいて制御部の演算、制
御処理により得るようにしたので、従来のパルス分配器
に比較して構成を簡素とすることができる。又、得られ
た分配データに対して２度の平均化を実行するようにし
たので、加減速度の変化をゆるやかにすることができ、
ひいては機械に与える街堅や振動を大幅に緩和すること
ができ、機械の精度向上や長寿命化を達成することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、パルス分配器によるパ
ルス分配を行なうことなく、分配手段により移動量の配
列を決定するようにしたので、構成を簡素化することが
でき、かつ、分配データを２度平均化するようにしたの
で、機械に生じる衝撃や振動を大幅に軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るサーボ制御装置のブロッ
ク図、第２図（ａ）、　（ｂ）、　（ｅ）、　（ｄ）、
　（ｅ）は第１図に示す制御部の動作を説明するグラフ
、第３図は速度指令の特性図、第４図は分配処理のフロ
ーチャート、第５図は従来のサーボ制御装置のブロック
図である。 ４・・・・・・減算器、６・・・・・・サーボモータ、
７・・・・・・負荷、８・・・・・・速度発電機、９・
・・・・・位置検出器、１０・・・・・・制御部。 第１図 ｎ 第３図 手続補正書（白側 昭和６３年　１月２１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象を駆動する駆動機構と、前記制御対象の目標移
   動量および目標速度を指示する指示部とを備え、この指
   示部の指示に応じて前記駆動機構を作動させるサーボ制
   御装置において、前記目標移動量および前記目標速度に
   基づいて単位時間当りの移動量の配列を決定する分配手
   段と、前記配列の前後に０と等価の移動量の単位時間を
   所定数付加して配列順に移動量を平均化して速度データ
   を演算する第１の平均化手段と、この第１の平均化手段
   で得られた速度データの配列の前後に０と等価の移動量
   の単位時間を所定数付加して配列順に移動量を平均化し
   て速度指令を演算する第２の平均化手段とを設けたこと
   を特徴とするサーボ制御装置。