JPH03110603A

JPH03110603A - サーボモータのバックラッシュ補正制御方法

Info

Publication number: JPH03110603A
Application number: JP24803189A
Authority: JP
Inventors: Heisuke Iwashita; 平輔岩下
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1991-05-10
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JP3253022B2

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、工作機械のテーブル等の送り軸を駆動するサ
ーボモータの制御方式に関し、特に、送り軸の移動が反
転するときバックラッシュによっ゛て生じる象限突起を
低減させるサーボモータの制御方式に関するものである
。

従来の技術工作機械においてテーブル等を駆動するサーボモータの
駆動方向を反転させるとき、通常、送りねじのバックラ
ッシュや摩擦の影響のため、機械は即座に反転すること
ができない。そのため、工作機械で円弧切削等を行って
いてるとき、象限が変わると、切削円弧面に突起（以下
、象限突起という）が生じる。例えば、Ｘ、Ｙ２軸平面
上でワークに対し円弧切削を行い、Ｘ軸をプラス方向、
Ｙ軸をマイナス方向に移動させているとき象限が変わり
、Ｙ軸はそのままマイナス方向に駆動し、Ｘ軸をマイナ
ス方向に駆動するように切換えた場合、Ｙ軸に対しては
今までと同一速度で切削が行われるが、Ｘ軸は位置偏差
が「０」になることからトルク指令値が小さくなり、摩
擦によりサーボモータは即座に反転できないこと、及び
、テーブルを送る送りねじのバックラッシュによりテー
ブルの移動も即座に反転できないことから、Ｘ軸方向の
ワークの移動は移動指令に対し、追従できなく遅れるこ
とになる。その結果、切削円弧面に象限突起が生じる。

従来、この象限突起をなくすため、あるいは減らすため
、移動方向の反転時に位置信号に位置のバックラッシュ
補正を行うと共に速度指令に適当な値（加速量）を加え
てサーボモータの反転方向に加速を行い象限突起を減ら
す、いわゆるバックラッシュ加速を行っている。

そして、バックラッシュ加速後、位置のフィードバック
パルスを積算し、その積算値がある値以上になるとバッ
クラッシュ加速を停止させるなどの制御を行っている。

発明が解決しようとする課題しかし、機械によってバックラッシュ量や摩擦の大きさ
が異なっているため、最適なバックラッシュ加速量を見
つけることが難しいという問題がある。

バックラッシュ加速量が少ないと、上述したように象限
突起が生じる。また、バックラッシュ加速量が大きすぎ
るとバックラッシュや摩擦トルクを補正する以上に反転
した軸が移動して、切削円弧面を内側に切り込むことに
なる。そのため、機械毎にバックラッシュ加速量を厳密
に設定しなければならないという難しい問題がある。ま
た、切削速度等の条件が変化すると、最適バックラッシ
ュ加速量も異なってくる等の問題もある。

そこで、本発明の目的は、バックラッシュ加速の制御の
負担を低減し、象限突起及び内側への切り込みすぎを防
止できるサーボモータのバックラッシュ補正制御方式を
提供することにある。

課題を解決するための手段本発明は、バックラッシュ加速量を速度指令に加算する
期間速度ループゲインを設定所定量だけ上昇させて速度
制御を行う。特に、バックラッシュ加速量を加算する期
間中、速度指令からサーボモータの実速度を減じた速度
偏差に設定所定値を乗じた値にバックラッシュ加速量を
加算し、この加算した値を積分し、この積分値に積分ゲ
インを乗じた値を速度ループの積分器の出力とすること
によって速度ループのゲインを上昇させ速度制御を行い
、象限突起及び切り込みすぎのない切削加工ができるよ
うにした。

作用例えば、サーボモータが正方向に駆動されているとする
。そして、象限が変わり該サーボモータの駆動方向が負
の方向に切換えられる直前においては、位置偏差値は「
０」に近づいて（る。そしてサーボモータの実速度は遅
くなり、サーボモータへのトルク指令値は速度ループの
積分器の出力が主要な割合となる。そして、位置偏差値
が「０」となった時点では速度ループの積分器はサーボ
モータを正方向に駆動する分の出力を出しており、この
積分器の出力によるトルク指令値でサーボモータは正方
向に駆動されている状態であるが、摩擦のためサーボモ
ータは停止状態となる。そこで、エラーカウンタに位置
のバックラッシュ補正量を加算すると共にバックラッシ
ュ加速量を速度指令に加算して、バックラッシュ補正を
行うこととなるが、前述したように速度ループの積分器
には正の値の積分値が残っており、この正の積分値を打
ち消し、さらにサーボモータを負の方向に駆動するには
、積分器の積分値を速かに負の値にし、静摩擦に打ち勝
つためのトルク指令値をサーボモータに出力しなければ
ならない。そこで、本発明は、バックラッシュ補正期間
（バックラッシュ加速量を加える期間）、速度ループの
ゲインを上昇させ、速かに積分器の積分値を上昇させ、
静摩擦に打ち勝つ負の積分器出力を出させ、トルク指令
値としサーボモータを駆動させる。その結果、バックラ
ッシュ加速量を厳密に設定する必要がなく、バックラッ
シュ加速量の負担を低減することができる。

また、バックラッシュ加速量が大きすぎて、サーボモー
タが反転時に行きすぎオーバーシュートが生じても、こ
のオーバーシュートにより位置偏差が反転し、その反転
した値が上昇させたゲインによって速かに積分器の積分
値を減少させるから、オーバーシュートも速かに修正さ
れ、加工面に内側に切り込みが生じることも防止できる
。

実施例第１図は、本発明を実施する一実施例のブロック線図で
、速度ループ制御をＩＰ制御（積分、比例制御）する例
を示している。従来のサーボ系のブロック線図と相違す
る点は、符号２の伝達関数が加えられている点である。

すなわち、伝達関数１のＫＰは位置ループにおけるポジ
ションゲイン、伝達関数２は、バックラッシュ補正が行
われないときはパラメータαの値が「０」にされ、バッ
クラッシュ補正を行うときにはパラメータαの値が設定
値にセットされ、速度ループのゲインを上昇させるもの
である。伝達関数３，４は速度ループの積分器の伝達関
数でに１は積分ゲインを表す。伝達関数５のに２は速度
ループの比例ゲイン、伝達関数６は電流ループを表し、
通常ゲインは「１」である。また、伝達関数７はサーボ
モータの伝達関数を表し、Ｊｍはモータイナーシャ、Ｋ
ｔはトルク定数である。伝達関数８はモータの速度を積
分し位置を求める伝達関数である。

バックラッシュ補正が行われないときには、パラメータ
αの値は「０」にセットされ、従来と同様のサーボモー
タの制御が行われる。

バックラッシュ補正が行われないときには、数値制御装
置から出力された位置指令Ｐｃからサーボモータに取付
けられたパルスコーダ等の検出器で検出された位置のフ
ィードバック信号Ｐｆを減じて位置偏差を求め、ポジシ
ョンゲインＫＰを乗じて速度指令Ｖｃを求め、該速度指
令Ｖｃからパルスコーダ等で検出されるモータの実速度
のフィードバック信号Ｖｆを減じて速度偏差を求め、バ
ックラッシュ補正時でないときはパラメータα＝０、バ
ックラッシュ加速量ＢＡ＝Ｏであるから、上記速度偏差
を積分しく蓄積し）、積分値■を求め、これに積分ゲイ
ンに１を乗じた値から速度フィードバック信号Ｖｆに比
例ゲインに２を乗じた値を減じてトルク指令値Ｔｃを求
め、電流ループ６に引き渡し、サーボモータを制御する
。

また、位置指令Ｐｃの符号が変わるとき、すなわち、サ
ーボモータの回転方向が反転するとき、数値制御装置か
ら位置のバックラッシュ補正量が出力され、位置偏差が
「０」になったとき、このときバックラッシュ補正量が
位置偏差に加算されれると共に設定されたバックラッシ
ュ加速量が加算される。これまでの動作は従来のバック
ラッシュ補正と同じであるが、本発明においては、さら
にパラメータαの値が設定値の値にセットされ、速度ル
ープのゲインを上げる。サーボモータの回転方向が反転
する直前はサーボモータの回転速度は「０」に近づき、
サーボモータは速度ループの積分器の出力によるトルク
指令値Ｔｃによって駆動され、サーボモータの回転が停
止する状態では、摩擦抵抗によってサーボモータの出力
トルクが打ち消される状態で停止することとなる。すな
わち、積分器の出力はサーボモータを今までと同じ方向
に駆動しようとする出力（例えばプラス方向の出力）を
出している。そこで、位置のバックラッシュ補正量が位
置偏差に加算され、バックラッシュ加速量が加算される
と、位置偏差にポジションゲインＫＰが乗じられ、速度
指令が求められ、さらに設定されたパラメータαによっ
てその速度指令が（１＋ａ）倍され（速度フィードバッ
ク信号は「０」）、これにバックラッシュ加速量が加算
されるから、積分器の積分値は急速に反転し、摩擦抵抗
に打ち勝って反転方向（例えばマイナス方向）にサーボ
モータを駆動するだけのトルク指令値ＴＣを出すように
なる。その結果、サーボモータの回転方向の反転が速か
に行われ、象限突起を減少させることとなる。また、バ
ックラッシュ加速量が少し大きく設定されていて、サー
ボモータの反転時のモータ速度が速度指令Ｖｃより速く
なっても、パラメータαによってゲインが上げられてい
るので、積分器の積分値は急速に小さくなり、オーバー
シュートはただちに改善され、切削面の内側への切り込
みも少なくなる。

第２図は本発明の一実施例を実施するＮＣ工作機械のブ
ロック図で、符号１１はコンピュータ内蔵の数値制御装
置（以下、ＣＮＣという）、符号１２は共有メモリで、
ＣＮＣ１１から構成される装置指令等をデジタルサーボ
回路１３に受は渡したり、デジタルサーボ回路１３から
出力される信号をＣＮＣＩＩへ受は渡す作用を行う。ま
た、デジタルサーボ回路１３は、プロセッサ（ＣＰＵ）
。

ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、工作機械１４のサーボモータ
を駆動するサーボ回路の処理をソフトウェアで実行し、
各軸のサーボモータを駆動制御する。

なお、第２図に示すようなデジタルサーボ回路付きのＮ
Ｃ工作機械はすでに公知であるので、その詳細な説明は
省略する。

第３図は同実施例におけるデジタルサーボ回路１３のプ
ロセッサが所定用期毎実行する速度ループ処理のフロー
チャートである。

まず、ＣＮＣ１１からバックラッシュ補正指令として、
位置のバックラッシュ補正量が送られてきたか否か判断
しくステップＳ１）、送られてきてなければ、タイマＴ
が「０」か否か判断しくステップＳ６）、タイマＴが「
０」ならば、位置ループで算出された速度指令Ｖｃから
バルスコーダ等からの速度フィードバック信号Ｖｆを減
じて速度偏差を求め、この速度偏差を積算するレジスタ
Ｒ（１）に加算し、積分値■を得る（ステップＳ９）。

そして、このレジスタＲ（１）に記憶された積分値Ｉに
積分ゲインに１を乗じた値から速度フィードバック信号
Ｖｆに比例ゲインに２を乗じた値を減じてトルク指令値
Ｔｃを求め、このトルク指令値Ｔｃを電流ループへ引き
渡しくステップＳ　１０゜５１１）、当該周期の速度ル
ープの処理を終了する。すなわち、従来と同様の速度ル
ープ処理を行う。

一方、ＣＮＣＩＩからバックラッシュ補正指令が出力さ
れ、それをステップＳ１で検出すると、プロセッサはエ
ラーカウンタに記憶する位置偏差値の符号が反転したか
否か判断する（ステップＳ２）。すなわち、バックラッ
シュ補正量の符号が正であれば位置偏差値が「０」もし
くは正の値になったか否か、また、バックラッシュ補正
量の符号が負であれば、位置偏差値が「０」もしくは負
の値になったか否か判断し、位置偏差値の符号が反転し
てなければステップ８６．８９〜８１１の前述した処理
を行う。そして、位置偏差値の符号が反転すれば、タイ
マＴを設定値にセットし、位置のバックラッシュ補正デ
ータ（補正量）をエラーカウンタに加算し、バックラッ
シュ補正データをクリアする（ステップ８３〜Ｓ５）。

次に、タイマＴが「０」か否か判断し、「０」でないの
で、速度指令Ｖｃから速度フィードバック信号Ｖｆを減
じた値に設定パラメータαに「１」加算した値を乗じた
値を積分器としてのレジスタＲ（１）に加算すると共に
設定されたバックラッシュ加速量ＢＡを加算し、タイマ
Ｔから「１」減算する（ステップＳ６〜８８）。そして
、上記レジスタＲ（１）の値に積分ゲインに１を乗じた
値から速度フィードバック信号Ｖｆに比例ゲインに２を
乗じた値を減じてトルク指令値Ｔｃを求め、電流ループ
へ引き渡しくステップ３１０，８１１）、当該周期の′
速度ループ処理を終了する。

次の周期では、バックラッシュ補正データがステップＳ
５でクリアされているから、ステップＳ１からステップ
Ｓ６へ移行し、タイマＴが「０」でなれば前述同様ステ
ップＳ７．Ｓ８．ＳＩＯ。

Ｓ１１の処理を行う。すなわち、タイマＴにセットされ
た時間に達するまで、バックラッシュ加速補正を行うと
共に、ゲインをパラメータ６分上昇させた処理（ステッ
プ８７）を行って積分処理を行う。

そして、タイマＴが「０」になるとステップＳ６からス
テップＳ９へ移行し、通常の速度ループ処理に戻る。

以上が本実施例の動作処理であるが、上記実施例におい
ては、速度ループの制御をＩＰ制御（積分、比例制御）
で行った例を示したが、ＰＩ制御（比例、積分制御）で
行う場合も同様で、サーボモータの反転時に積分器の積
分値を急速に反転するために積分器に入力される速度偏
差を設定バックラッシュ補正期間中（１＋α）倍し、か
つ、バックラッシュ加速量を加算するようにすればよい
。

また、バックラッシュ加速量は速度指令値に加算するよ
うにしてもよい。

発明の効果本発明においては、サーボモータの回転方向反転時に速
度ループのゲインを上昇させ、速度ループの積分器の積
分値出力を急速に反転させ、トルク指令値を急速に反転
させてサーボモータを駆動するようにしたから、反転す
るサーボモータの遅れは少なくなり、象限突起を減少さ
せることができる。しかも、速度ループのゲインが上昇
しているので、バックラッシュ加速量が大きすぎて、反
転時のサーボモータの速度がオーバーシュートしたとし
てもそのオーバーシュートは速かに停止されるので、切
削面の内側への切り込みも少なくなり、バックラッシュ
加速量を機械毎に厳密に設定しなくても、象限突起及び
切り込みすぎを減少させることができ、バックラッシュ
加速の負担を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるサーボ系のブロック
線図、第２図は同実施例を実施するＣＮＣ工作機械のブ
ロック図、第３図は同実施例におけるデジタルサーボ回
路のプロセッサが行う速度ループ処理のフローチャート
である。ＫＰ・・・ポジションゲイン、α・・・パラメータ、Ｂ
Ａ・・・バックラッシュ加速量、ｋｌ・・・積分ゲイン
、ｋ２・・・比例ゲイン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）工作機械の送り軸を駆動するサーボモータのバッ
クラッシュ補正制御方式において、バックラッシュ加速
量を速度指令に加算する期間速度ループゲインを設定所
定量だけ上昇させて速度制御を行うことを特徴とするサ
ーボモータのバックラッシュ補正制御方式。（２）工作
機械の送り軸を駆動するサーボモータのバックラッシュ
補正制御方式において、バックラッシュ加速量を加算す
る期間中、速度指令からサーボモータの実速度を減じた
速度偏差に設定所定値を乗じて得られた値にバックラッ
シュ加速量を加算し、この加算した値を積分し、この積
分値に積分ゲインを乗じた値を速度ループの積分器の出
力としたことを特徴とするサーボモータのバックラッシ
ュ補正制御方式。