JPH01197810A - 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。このようなサーボ制
御装置の概略を図により説明する。

第７図は従来のサーボ制御装置のブロック図である０図
で、１はマイクロコンピュータであり、制御対象の目標
位置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
出力された目標位置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、す−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の現在位置デー夛を出力する。

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課題〕

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、パルス分配器２は各パル
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波数の広
帯域変換機能を備えね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り、高価となるという問題
があった。

さらに、次の理由によっても上記パルス分配器２にパル
ス周波数の広帯域変換機能が要望される。

即ち、サーボ制御装置にあっては、加速文の変化が太き
（、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
不都合が発生し易いという事情があった。そして、これ
を防止するには、サーボモータ６の速度を適切に低速又
は高速に制ＪＴｎ　Ｌ、なければならず、このため、パ
ルス周波数は低周波数から高周波数まで広い範囲にわた
って制御しなければならず、そのためには必然的にパル
ス分配器２に広帯域変換機能をもたせねばならなかった
。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、パルス
分配器を使用することなく、構成簡素で、しかも衝撃や
振動を容易に抑制し得るサーボ制御装置を提供するにあ
る。

〔課題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
する駆動機構と、前記制御対象の目標移動位置および目
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、前記目標移動位置および前記目標速度に基づいて単
位時間毎の目標移動位置の配列を求める目標位置演算手
段と、前記目標移動位置の配列の前に移動量０と等価の
単位時間を所定数配列して目標移動位置をその配列順に
所定単位時間数ずつ平均化してゆく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位置および目標速度が与えられる
と、これらの値に基づいて単位時間当りの移動量（分配
データ）が求められ、これらの分配データを順次積算し
て単位時間毎の目標移動位置の配列が求められる。次に
、この目標移動位置の配列の前に、移動ＩＯと等価（０
を含む）な配列を所定数付加して新らたな配列を作り、
この配列に対して所定単位時間数だけとり出してそれら
の目標移動位置の平均を演算する。この演算は、上記配
列を１つずつずらしながら順次実行され、その結果、駆
動機構に対して指示すべき位置指令の配列が得られる。

これらの位置指令は駆動機構に対して配列順に出力され
る。これにより、制御対象が適切な速度で駆動されてゆ
く。

〔実施例〕

以下、本発明を回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０図で、第７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
０本実施例では、第７図に示す装置においてマイクロコ
ンピュータｌおよびパルス分配器２の機能を制御部１０
で行うものである。

次に、制御部ｌＯの動作を第２図および第４図に示すフ
ローチャートならびに第３図＜ａ＞〜（ｄ）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、負荷７を原点から座標（４００，３００）に速度
５０　ｍｍ／　ｓ　ｅ　ｃで移動させよ、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 １：位置Ａ、Ｂ間の距離 Ｖ：指令速度 Ｎ：移動時間 とすると、Ｘ軸の分配データＤＸ、Ｙ軸の分配データＤ
Ｙはそれぞれ次式で表わされる。

ｖ　　　　　　　　　　　　　　ｖ ｖ　　　　　　　　　　　　　　　ｖ 上記の例では、ｘ＝４００．　　）’−３００，、ｖ＝
５０であるから、Ｎ−１０，ＤＸ−４０，ＤＶ−３０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（４０）となる。この分配データのうち、
ｘ！ｔについての分配データが第３図（ａ）に開示され
ている。即ち、各単位時間について４０である。

ところで、分配データ（ｘ／Ｎ、ｙ／Ｎ）が上記のよう
に整数となるのは稀であり、整数にならないのが通常で
ある。そこで、本実施例では分配データを以下に説明す
る処理により得ている。この処理を第２図に示すフロー
チャートを参照し７ながら説明する。

この処理においては、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＠についてはＤＹｉ
で表わす。この添字「ｉ」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「ｉＪを１とする（
第２図に示す手ハπＳ＋）。

そして次の手順Ｓ２に移る前に１ｊ？、位時間が経過す
るすで（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（目標位置）が存在するか否かが判断さ
れる（手順Ｓｔ）。移動データが存在しないとぎは分配
データＤ　石、　Ｄ　ｖ　ｉをＯとして出力しく手順Ｓ
３）、添字ｉに１を加えて１単位時間経過後再び手順Ｓ
、を実行する。

手順Ｓｔ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Ｓ、）、現在位置から目標位置までの
移動距離１　（１−２）が演算される（手順Ｓ、）。次
いで、この演算された移動路Ｍｌ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Ｓｔ）。なお、上記移動速度Ｖ（さきの
例では５０ｍｍ／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６／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Ｓ７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Ｓ、〜Ｓ１７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ｑ、Ｉ、ｑ、が設けられ
る。

これらの数Ｊ＝　　ｑｘ、Ｑｙ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
Ｓ、では次の処理が行なわれる。

即ち、距＊Ｘの絶対値を移動時間Ｎで除し、その商をΔ
Ｘ、余りをｒｘとする処理であり、この処理により上記
数値例は、Δｘ＝２＋ｒｘ−２となる０次に、処理は手
順Ｓ、に移り、数Ｊ、Ｑｘを０とし、次いで手順Ｓ１゜
において、新しい数ｑ８を（ｑＸ＋２・ｒｘ）を演算す
ることにより定めるとともに、分配データＤ　Ｉｌｉを
ΔＸに定める。上記例の場合、新しい数ｑｘは（０＋２
Ｘ２）で数値４となり、かつ、分配データＤｘｌは値２
となる。

次いで、数値ＱＸと移動時間Ｎとを比較する（手順Ｓ、
）、上記例の場合、ｑ、−４，Ｎ−４であるからＱｘ〉
Ｎとはならず、処理は手順ｓｓｇに移り、Ｙ軸に関して
も同様の処理が行なわれた後、手！ＩＩＲＳ　ｔｓに移
る０手順ｓｔｓでは、手順Ｓ、。で定められた分配デー
タＤＸＩ（−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ｌを加え（
手順５１４）、この新しい数Ｊと移動時間Ｎとを比較す
る（手順Ｓ＋ｓ）−数Ｊが移動時間Ｎに達していない場
合、処理は再び手順５ｌｌｌに戻る。

この場合、数ｑＫは前回の手順Ｓ１゜でｑ８−４となっ
ているので、新しい数ｑ１１は８　（４＋２ｘ２）とな
る。又、分配データはＤＸ（４＋１）で表わされ、ＤＸ
（！。１）−Δｘｘ２である。

手順Ｓ１１では、ｑ、−８，Ｎ−４であるから、ｑ、＞
Ｎであると判断され、処理は手順Ｓ０に移行する０手順
Ｓいでは、Ｄｌｌ（！＋１）　−２に１を加えて分配デ
ータＤｘｔｔ＋＋）を３とし、又、新しい数９８として
ｑｌｌ　−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Ｓｌ！で上記分配データＤｘ（１＊１
１に符号を付して出力する。以下、同様の手順が繰り返
えされる。これにより、上記の例では、Ｘ軸の分配デー
タＤＸ！はｒ３Ｊ　、ｒ２Ｊ　、ｒ３Ｊ　、ｒ２Ｊとな
る。Ｙ軸についても同様に手順８９以下の処理が実行さ
れる。

さて、以上の処理により順次分配データが出力される。

第３図（ａ）はこのようにして得られたＸ軸の分配デー
タの配列を示す。ただし、第３図（ａ）に示す分配デー
タは、前述のＮ−１０゜Ｄ、−４０の場合の分配データ
である。図で、横軸には時間が縦軸には分配データがと
ってあり、単位時間毎の移動量が４０であることが示さ
れている。

このような分配処理により得られた第３図（ａ）に示さ
れるＸ軸の分配データには、制御部１０で次に示す平均
化処理が施される。以下、この平均化処理を第３図（ｂ
）、（ｃ）、（ｄ）に示すグラフについて説明する。ま
ず、この分配データに基づいて単位時間毎のＸ軸の目標
位置が求められる。この目標位置は、分配データが移動
量を示すものであるところから、当該分配データを順次
積算してゆくことにより求められる。この目標位置の配
列が第３図（ｂ）に示されており、最初の目標位置は４
０、最終目標位置は４００である。次に、この目標位置
の配列の前に、第３図（Ｃ）に示すように移動量０の４
つの時間単位を挿入する。

次いで、時間単位Ｔ　−３〜Ｔ、の５つの時間単位の平
均の目標位！　（４Ｇ１５）を演算して平均目標位！（
位置指令）８を得る。次に、時間単位Ｔ　−ｚ〜Ｔ２の
目標位置の平均（（４０＋８０）１５）を演算して位置
指令２４を得る。このような演算を繰返えすことにより
、第３図（ｄ）に示すような平均化された位置指令が制
御部ｌＯから比較器３に対して出力されることになる。

第３図（ｄ）から、加速時（時間Ｔ　Ｉ　”　Ｔ　４　
）および減速時（時間Ｔ、〜Ｔ、４）における目標とす
る位置の距離の増加が抑制されていることが明らかであ
り、これにより衝撃や振動が抑えられる。

なお、Ｙ軸についても全く同様の手段により位置指令を
得ることができる。以下、上記具体例におけるＹ軸の分
配データ、目標位置および位置指令を表により示す。

指令を求める平均化処理においては、平均化し起演算値
は整数でない場合が多い。そごで、以下、ｗ制御部ｌＯ
における位置指令を求める動作゛を第４図に示すフロー
チャートを参照しながら説明する。

まず、平均化時間として数Ｔ（さきの例ではＴ−５）を
設定する。（第４図に示す手順Ｓ、、）。次に平均化時
間内の積算値をＳとする。この積算値Ｓは、時間をｉ、
その目標位置をＸ、とすると次式で求められる。

今、１−１とすると（１）式は、 ・・・・・・・・・（２） となる。さきの例では、目標位置ｘ−３，ｘ−２＋　ｘ
−１ｘ０はＯであり、目標位ＭＸ　Ｉは値４０である。

さらに、制御部１０のメモリの所定のアドレスの値をＰ
、−ＰＴとし、平均化の回数をｊとする。

そして、Ｓ”Ｔ／２．Ｐ＋　＝Ｏ，Ｐｔ−０．・・・・
・・Ｐｙ−０，ｉ−１，３−１に設定する（手順Ｓ！、
）。

次に、処理を手順Ｓ２３に移す前に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
した後、積算値Ｓを演算する（手順５２３）。この積算
値Ｓは、 Ｓ−（Ｔ／２）＋ｘ、−。

となる。ここで、ｆｕＴ／２を加算するのは後述する平
均化処理において少数以下の数値−￥’＠”（ｔｒ昭”
ｈためのものである。次いで、値Ｐ、をＸ、としく手順
５Ｚ４）、位置指令Ｘ、の演算を行なう（手順Ｓ　ｔＳ
）。第１の位置指令Ｘ、は、となる、そして、上記演算
の端数は切捨てられ、位置指令Ｘｌは整数として制御部
１ｏがら出力される（手順５２６）。この時点で駆動機
構の駆動が開始される９なお、上記のように端数の切捨
てを行なっても、上記平均化は目標位置の平均化である
ので、切捨てられた端数による誤差が累積されることは
ない。次に、値ｉ、ｊに数１を加算する（手順Ｓ　ｔ、
）。これにより、ｉ−２，ｊ＝２となる。次いで、平均
化がＴ回実行されたか否が、即ち、値Ｐ　ｌ”’　Ｐ　
ｓに手順ｓｚｎで実施した目標位置ｘ１の置換が一順し
たか否かが（ｊ　＞Ｔ）の比較により判断され（手順Ｓ
ｔ、）、−順してなければ、処理は再び手順Ｓ２３に戻
る。

上記手順Ｓｔ３〜Ｓ０が繰返えされ、さきの・例で（直
Ｐ＋〜Ｐｓが目標（立置Ｘ、””ｘｓ（４ｏ〜２００）
に置換されると、手順Ｓ！ｆｌでは（Ｊ−Ｔ）と判断し
、数値ｊを数値１に戻す（手順Ｓ　ｚｑ）。これにより
、次の手順Ｓｔ’Ｊでは、新しい積算値Ｓは次のように
演算される。

Ｓ　＝　（（Ｔ／２）　＋　ｘｌ　＋　Ｘ２　＋　ｘ３
　＋　Ｘ４　＋　Ｘ％　＋　ｘ６　　ｘｔ）なお上式で
（Ｔ／２）〜Ｘ、までが石積算値Ｓである。このように
して、平均化が実行され、順次位置指令Ｘ、が出力され
てゆく。

上記の例では、制御対象を直線移動させる場合について
述べたが、以下に曲線移動させる例について述べる。制
御対象を曲線移動させる場合は、通常、その曲線は分割
された微線分の連続として表わされる。そこで、以下の
例では、直線の一部をなす連続する２つのａｋｉ分につ
いて説明する。

第５図は２つの微線分ＯＤ、ＤＥのグラフである。点り
の座標は（８８，２３４）、点Ｅの座標は（１５８，４
７４）であり、したがって、微線分ＯＤ、ＤＥの距離は
いずれも２５０ｍｍである。

なお、理解を容易にするため、各線分は点りの折曲が誇
張されるように描かれている。ここで、目標速度を５０
ｍｍ／ｓｅｃとし、さきの直線移動の場合と同様の手法
でＸ軸、Ｙ軸について配列および平均化を行うと各軸の
分配データ、目標位置。

位置指令は第６図に示すような値となり、最終的に点り
を中心とした近辺において図示点線のようになめらかな
曲線となる。

このように、２つの微線分の移動量が連続して平均化さ
れることにより、両徽線分の境界における速度の変化は
なだらかとなり、曲線の角張った部分がとれてより一層
所望の曲線に近似した軌跡を描かせることができる。

ところで、上記の例は２つの微線分により曲線の一部を
表わす場合の例であるが、直線でなく、連続した２つの
直線を明確に表わすべき場合もある。この場合には、２
つの線分の境界、即ち角の部分が明確に表われねばなら
ない。これは、線分ＯＤの領域と線分ＤＥの領域との境
界において同一位置指令を出力し、点りにおいて速度が
Ｏとなるようにすればよい。これにより明確な２つの直
線の軌跡を描かせることができる。

さらに、と記のことから、線分ＯＤの領域と線分ＤＥの
領域との境界における位′ｙ１指令を調整することによ
り、点りのなだらかさを自由に制御することが可能とな
る。

このように、本実施例では、Ｘ軸方向の目標距離、Ｙ軸
方向の目標距離に基づいて移動の直、％ｉ距離を求め、
直線距離と指定速度から移動時間を求め、前記各軸の目
標距離を移動時間で除し、その商と余りに基づいて各軸
の分配データを求め、得られた分配データから各軸につ
いて単位時間毎の目標位置を求め、この目標位置に対し
て平均化処理を施して位置指令を求め、この位置指令に
より駆動機構を駆動するようにしたので、パルス分配器
を使用することなくサーボ制御を行なうことができ、全
体構成を簡素化することができ、かつ、衝撃や振動の抑
制が容易となる。又、曲線軌跡をなめらかにすることが
できる。

なお、上記実施例の説明では、目標位ＲＯの配列を所定
数件る例について説明したが、これは必ずしも０である
必要はなく、０に近い値を用いることもできる。又、３
軸以上の多軸にも適用可能であるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、分配データに基づいて
単位時間毎の目標位置を求め、これを平均化して位置指
令を得、この位置指令により駆動機構を駆動するように
したので、パルス分配器を使用することなくサーボ制御
を行なうことができ、全体構成を簡素化することができ
、又、機械の衝撃や振動を制御することができる。

【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図および第４図は第１図に示す装置の動作を
説明するフローチャート、第３図（ａ）、　　（ｂ）、
　　（ｃ）、　　（ｄ）は第１図に示す装置の平均化手
段を説明するグラフ、第５図は２つの線分を示すグラフ
、第６図は第５図に示す線分に対する平均化処理のデー
タを示す図、第７図は従来のサーボ制御装置のブロック
図である。 ３・・・・・・・・・比較器、６・旧・・・・・サーボ
モータ、７・・・・・・・・・負荷、８・・・・・・・
・・速度発電機、９・・・・・・・・・位置検出器、１
０・・・・・・・・・制御部。 第１図 第４図 ヤ（社）１１．、−へ　　叩堡υ−〇 刀 第５図 第６図

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
   移動位置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、前記目標移動位置および前記目標
   速度に基づいて単位時間毎の目標移動位置の配列を求め
   る目標位置演算手段と、前記目標移動位置の配列の前に
   移動量０と等価の単位時間を所定数配列して目標移動位
   置をその配列順に所定単位時間数ずつ平均化してゆく平
   均化手段とを設けたことを特徴とするサーボ制御装置。