JPH04135215A - 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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- JPH04135215A JPH04135215A JP2259229A JP25922990A JPH04135215A JP H04135215 A JPH04135215 A JP H04135215A JP 2259229 A JP2259229 A JP 2259229A JP 25922990 A JP25922990 A JP 25922990A JP H04135215 A JPH04135215 A JP H04135215A
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- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、フィードフォワード機能を有するディジタル
サーボ制御装置に関する。
サーボ制御装置に関する。
従来、サーボ制御装置において、アナログ式のフィード
フォワード機能を有するものが知られている。 このアナログ式のフィードフォワードは、指令パルスの
周波数を電圧に変換して速度フィードバックループに加
算出力するものである。
フォワード機能を有するものが知られている。 このアナログ式のフィードフォワードは、指令パルスの
周波数を電圧に変換して速度フィードバックループに加
算出力するものである。
このアナログ式のフィードフォワード機能を有するもの
においては、フィードフォワード値がそのＦ／Ｖ変換時
にハードウェアのもつ時定数により所定の時間だけ遅れ
が発生する。 上述の時間ズレ（位相ズレ）が存在すると、指令速度が
不必要に変化することとなる。その結果、サーボ系が振
動して、工作物の加工面にビビリが発生し、工作物の仕
上げ形状を変形させる原因となっていた。 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、サーボ系の振動によっ
て生じる工作物の加工面のビビリをなくし、工作物の加
工形状の精度を向上させることである。
においては、フィードフォワード値がそのＦ／Ｖ変換時
にハードウェアのもつ時定数により所定の時間だけ遅れ
が発生する。 上述の時間ズレ（位相ズレ）が存在すると、指令速度が
不必要に変化することとなる。その結果、サーボ系が振
動して、工作物の加工面にビビリが発生し、工作物の仕
上げ形状を変形させる原因となっていた。 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、サーボ系の振動によっ
て生じる工作物の加工面のビビリをなくし、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だめの発明の構成は、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、現在時
刻において指令された目標位置の時間変動から算出され
た指令速度に対応した現在時刻のフィードフォワード値
を算出するフィードフォワード値演算手段と、前記フィ
ードフォワード値演算手段により過去所定時間内に算出
されたフィードフォワード値をスムージングするスムー
ジング手段と、前記スムージング手段によりスムージン
グされた過去所定時間内のフィードフォワード値の中か
ら選択された所定の遅延時刻におけるフィードフォワー
ド値を前記速度フィードバックループに加算出力するフ
ィードフォワード出力手段と、前記所定の遅延時間だけ
前記目標位置の出力を遅延させて前記位置フィードバッ
クループに出力する目標位置遅延手段とを備えたことを
特徴とする。
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、現在時
刻において指令された目標位置の時間変動から算出され
た指令速度に対応した現在時刻のフィードフォワード値
を算出するフィードフォワード値演算手段と、前記フィ
ードフォワード値演算手段により過去所定時間内に算出
されたフィードフォワード値をスムージングするスムー
ジング手段と、前記スムージング手段によりスムージン
グされた過去所定時間内のフィードフォワード値の中か
ら選択された所定の遅延時刻におけるフィードフォワー
ド値を前記速度フィードバックループに加算出力するフ
ィードフォワード出力手段と、前記所定の遅延時間だけ
前記目標位置の出力を遅延させて前記位置フィードバッ
クループに出力する目標位置遅延手段とを備えたことを
特徴とする。
フィードフォワード値演算手段により現在時刻において
指令された目標位置の時間変動から算出された指令速度
に対応した現在時刻のフィードフォワード値が算出され
る。 又、スムージング手段により上記フィードフォワード値
演算手段にて過去所定時間内に算出されたフィードフォ
ワード値がスムージングされる。 即ち、算出されたフィードフォワード値が過去所定時間
内に大きく変動するような場合にも、スムージングして
平均値が求められるので、結果的にフィードフォワード
値の変化率を小さくすることができる。 フィードフォワード出力手段により上記スムージング手
段にてスムージングされた過去所定時間内のフィードフ
ォワード値の中から選択された所定の遅延時刻における
フィードフォワード値が速度フィードバックループに加
算出力される。 目標位置遅延手段により所定の遅延時間だけ目標位置の
出力が遅延されて上記位置フィードバックループに出力
される。 即ち、フィードフォワード制御に際して、そのフィード
フォワード値が安定して与えられると共に同期が図られ
るので、サーボ系の振動が抑えられる。
指令された目標位置の時間変動から算出された指令速度
に対応した現在時刻のフィードフォワード値が算出され
る。 又、スムージング手段により上記フィードフォワード値
演算手段にて過去所定時間内に算出されたフィードフォ
ワード値がスムージングされる。 即ち、算出されたフィードフォワード値が過去所定時間
内に大きく変動するような場合にも、スムージングして
平均値が求められるので、結果的にフィードフォワード
値の変化率を小さくすることができる。 フィードフォワード出力手段により上記スムージング手
段にてスムージングされた過去所定時間内のフィードフ
ォワード値の中から選択された所定の遅延時刻における
フィードフォワード値が速度フィードバックループに加
算出力される。 目標位置遅延手段により所定の遅延時間だけ目標位置の
出力が遅延されて上記位置フィードバックループに出力
される。 即ち、フィードフォワード制御に際して、そのフィード
フォワード値が安定して与えられると共に同期が図られ
るので、サーボ系の振動が抑えられる。
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、ＣＰｕ１ｌ
、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ディジタルシグナルプロセ
ッサ（以下ｒＤｓＰＪ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。 ＣＰＵＩＩ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ＣＴ３２
ａ、３２ｂ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１８ａ１８ｂ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３
３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１
６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、ＣＰＵＩＩ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、速度フィードパ・ツク値が算出される。Ｄ
ＳＰ１４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ＣＴ３
２ａ、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
、現在値カンウタ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、■相の負荷電流値は、ＤＳＰ１４によりｄ
ｑ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
流フィートノ＜・ノクルブは１００μｓ、速度フィード
バックループはその数倍、位置ツーイードバラクループ
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。 第２図は、上述された本実施例装置の位置、速度及び電
流の３つのフィードバックループに対するフィードフォ
ワード制御の概念を示したブロックダイヤグラムである
。 現在時刻（ｉ ＋ ｔ ／ ２ ）において、指令され
た目標位置（ｆ ｒ＋ｔｙｚ）は、フィードフォワード
ループで微分器Ｓにより微分され、フィードフォワード
ゲインＫにより現在時刻における速度目標値のフィード
フォワード値（Ｋ−ｆ １．Ｌ／２・Ｓ）が演算される
。そして、それらの値は過去一定時間を内のデータのみ
保存される。 次に、過去の所定時間内、即ち、（ｉ−ｔ／２）時刻か
ら（ｉ＋ｔ／２）時刻までの時間ｔにおいて記憶された
フィードフォワード値（Ｋ ｆ −Ｓ）は、スムージン
グ処理されて、フィードフォワード値（Ｋ’ｆ−５）と
なる。 そして、所定の遅延時刻（］−△ｔ）におけるスムージ
ング処理されたフィードフォワード値（Ｋ’ｆ、−Δ、
・Ｓ）が速度フィードバックループの指令値に加算され
る。尚、△ｔは位置フィードバックループにおける帰還
データの遅延時間である一方、現在時刻（ｉ ＋ ｔ
／ ２ ）における指令された目標位置（ｆｔ。ｔ７２
）は、時間遅れ補償により（（−ｔ／２）−△ｔ）時間
だけ前の目標位置（ｆ＋−Δ、）が位置フィードバック
ループの指令値としてａカされる。 尚、Ｋｐは位置フィードバックループゲインである。 このようにして、速度フィードバックループにおけるフ
ィードフォワード値と速度指令値とにおける位相ズレが
なくなる。 次に、本実施例装置の作動について説明する。 第３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ＣＰＵ
Ｉ １により指令された目標位置Ｐａが入力され記憶さ
れる。又、過去一定時間を内の目標位置は共通ＲＡＭ１
７に記憶されている次に、フィードフォワード値演算手
段を達成するステップ１０４に移行し、ステップ１０２
で記憶された目標位置Ｐｏを微分演算し、フィードフォ
ワード値を演算する。過去一定時間を内のこれらの値は
共通ＲＡＭ１７に保存され、新しいフィードフォワード
値が生成される毎に最も古いフィードフォワード値は捨
てられる。 次に、スムージング手段を達成するステップ１゜６に移
行し、スムージング処理としてステップ１゜４で算出さ
れたフィードフォワード値の所定の時間ｔにおける平均
値ｄＰ が算出される。そのｄＰが時刻ｉ （時間ｔの
中央時刻）におけるスムージングされたフィードフォワ
ード値とされる。一定時間を内のこれらの値はＲＡＭ１
７に保存される次にステップ１０８に移行して、現在値
カウンタ１６に保持された位置の現在値Ｐａが読み込ま
れる。 次に、ステップ１１０において、現在時刻（ｉ＋ｔ／２
）から（（ｔ／２）−△ｔ）遅延された（ｊ−△ｔ）時
刻の目標位置Ｐ（ｉ−Δｔ）と現在位置Ｐａ、Ｌの位置
偏差△Ｐ（ｉ−Δｔ）が演算される。この値は、共通Ｒ
ＡＭ１７のＰ（ｉ）、Ｐ（ｉ−１）の値をΔｔで補間し
て求められる。 次に、ステップ】１２において、速度目標値が位置偏差
△Ｐ（ｉ−Δｔ）に比例した値、即ち、次式により演算
される。 Ｖ＝ｋ・ΔＰ（ｉ−Δｔ） 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１１４において、現実行ゲインＪしが速
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（電
気角）θ（ｎ）が読み込まれる。 次にステップ１１８に移行して、時刻（ｉ−△ｔ）にお
けるスムージングされたフィードフォワード値が共通Ｒ
ＡＭ１７から読み出されて、フィードフォワード制御に
よる速度目標値が次式により演算され更新される。 Ｖ＝Ｖ＋ｄＰ（ｉ −Ａ ｔ） 次に、ステップ１２０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、速度制御周期りとから現速度制御期間にお
ける速度の現在値ν（ｎ）が次式によって演算される。 ｖ（ｎ）＝（θ（ｎ）−〇（ｎ−１））／ Ｄ
−（１）又、ステップ１１２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。 そして、次のステップ１２２において、その速度偏差に
応じて、ｄ軸成分とｑ＊ｌｌｌ戊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１
２４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１２６に移
行する。 ステップ１２６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１２６では、電流制御期間の先頭から測定した
次のステップ１２８での電流検出時刻Δｔ、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Δｔ、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と制動時電気角θ。 が補間演算される。 θ、＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・△ｔ１
（２）θ２＝θ （ｎ）十ΔＶ （ｎ）・ Δｔ２
−（３）この時刻Δｔ、△ｔ
２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１２８に移行して、Ｕ相、Ｖ相の瞬時負荷
電流の現在値１ｕ、 ＩｖがＡ／Ｄ変換器１５ａ１５ｂ
から読み込まれる。 次に、ステップ１３０において、その電流の現在値！ｕ
、Ｉｖはｄｑ変換されて、ｄ軸）成分１ｄとＱ＊［ｌ］
戊分Ｉｑとが次式によって演算される。 １ｄ＝ｖ’Ｔ （Ｉｕ−ｓｉｎ（θ＋”２π／３）−１
ｖ−ｓｉｎθ＋） −＜４）Ｉｑ＝σ（Ｉｕ−ｃｏｓ
（θ１＋２π／３）−１ｖ−ｃｏｓθ、） −（５）
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１３２において、ステップ１２２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１ｄ’、 Ｉｑ”が演算される。 次に、ステップ１３４において、次式により、電流指令
値１ｄ”、 Ｉｑ”を逆ｄｑ変換して、各相電流指令値
１ｕ”、 Ｉｖ”、 Ｉｗ”が演算される。 １ｑＩ−ｓｉｎ（θｚ＋２ ｙｒ ／３） ）
（７）尚、１１は、Ｉｗ”＝−（Ｉｕ”＋Ｉｖ”）
によって演算される。 次に、ステップ１３６．１３８において、各相電流指令
値１ｕ”、 Ｉｖ”、 Ｉｗ”と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Ｖ。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：、、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ν。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１３６では、制動時電気角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１３８では、各電圧ベクトルの継続時間ｔｌ、
ｔ２．ｔｆｆ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、ν、＝（１，１，Ｏ）、 Ｖ、＝（１，Ｏ，Ｏ
）、 Ｖ６＝（０゜０．０）となったとして、各電圧ベ
クトルの継続時間ｔ＋、 ｔ２． ｔ＊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１ｕ”、 ｌｖ”、 １ｗ”のう
ち、絶対値の大きい２つを大きい順にＩ ｌ”＋ １２
゜とするとき、継続時間１．、１２．１．は次式で求め
られる。 ｔ＋＝ ２１２”＋Ｉ＋” −Ｔ／Ｖｄｃ
−（８）ｔ２＝ ＩＩ”−１２” −Ｔ／Ｖｄ
ｃ −（９）ｔｓ＝Ｔ （ｔ＋”ｔ２）
α０但し、Ｔは周期、Ｖ
ｄｃは印加直流電圧である。 次に、ステップ１４０において、１組の電圧ベクトルに
よるＰＷＭ慣号が、継続時間ＬＩ＋ ｊ２＋ ｔ、だけ
出力される。例えば、第８図に示したように、ｖ６−（
１，１，０）、 Ｖ、＝＜１．０． Ｏ）、 Ｖ、＝（
０，０，０）の順に、継続時間ｊ＋＋ ’Ｉ４＋ ｔ、
だけ出力される。又、換言すれば、Ｕ相は１．＋１．だ
け電圧が印加され、Ｖ相は１＋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ｎ、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１００．１１４．１２４で
判定の基準となる回数が設定されている。但し、ｎ＋＜
１２≦ｎ、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ＣＰＵＩＩ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、フィードフォワード値は予め所定時間にて
平均化されて安定した値となる。又、時間遅れ補償が行
われることにより、指令された目標位置と位置フィード
バックループの帰還値とフィードフォワード値とを同期
させることができる
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、ＣＰｕ１ｌ
、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、ディジタルシグナルプロセ
ッサ（以下ｒＤｓＰＪ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。 ＣＰＵＩＩ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ＣＴ３２
ａ、３２ｂ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１８ａ１８ｂ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３
３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１
６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、ＣＰＵＩＩ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、速度フィードパ・ツク値が算出される。Ｄ
ＳＰ１４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ＣＴ３
２ａ、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
、現在値カンウタ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、■相の負荷電流値は、ＤＳＰ１４によりｄ
ｑ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
流フィートノ＜・ノクルブは１００μｓ、速度フィード
バックループはその数倍、位置ツーイードバラクループ
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。 第２図は、上述された本実施例装置の位置、速度及び電
流の３つのフィードバックループに対するフィードフォ
ワード制御の概念を示したブロックダイヤグラムである
。 現在時刻（ｉ ＋ ｔ ／ ２ ）において、指令され
た目標位置（ｆ ｒ＋ｔｙｚ）は、フィードフォワード
ループで微分器Ｓにより微分され、フィードフォワード
ゲインＫにより現在時刻における速度目標値のフィード
フォワード値（Ｋ−ｆ １．Ｌ／２・Ｓ）が演算される
。そして、それらの値は過去一定時間を内のデータのみ
保存される。 次に、過去の所定時間内、即ち、（ｉ−ｔ／２）時刻か
ら（ｉ＋ｔ／２）時刻までの時間ｔにおいて記憶された
フィードフォワード値（Ｋ ｆ −Ｓ）は、スムージン
グ処理されて、フィードフォワード値（Ｋ’ｆ−５）と
なる。 そして、所定の遅延時刻（］−△ｔ）におけるスムージ
ング処理されたフィードフォワード値（Ｋ’ｆ、−Δ、
・Ｓ）が速度フィードバックループの指令値に加算され
る。尚、△ｔは位置フィードバックループにおける帰還
データの遅延時間である一方、現在時刻（ｉ ＋ ｔ
／ ２ ）における指令された目標位置（ｆｔ。ｔ７２
）は、時間遅れ補償により（（−ｔ／２）−△ｔ）時間
だけ前の目標位置（ｆ＋−Δ、）が位置フィードバック
ループの指令値としてａカされる。 尚、Ｋｐは位置フィードバックループゲインである。 このようにして、速度フィードバックループにおけるフ
ィードフォワード値と速度指令値とにおける位相ズレが
なくなる。 次に、本実施例装置の作動について説明する。 第３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ＣＰＵ
Ｉ １により指令された目標位置Ｐａが入力され記憶さ
れる。又、過去一定時間を内の目標位置は共通ＲＡＭ１
７に記憶されている次に、フィードフォワード値演算手
段を達成するステップ１０４に移行し、ステップ１０２
で記憶された目標位置Ｐｏを微分演算し、フィードフォ
ワード値を演算する。過去一定時間を内のこれらの値は
共通ＲＡＭ１７に保存され、新しいフィードフォワード
値が生成される毎に最も古いフィードフォワード値は捨
てられる。 次に、スムージング手段を達成するステップ１゜６に移
行し、スムージング処理としてステップ１゜４で算出さ
れたフィードフォワード値の所定の時間ｔにおける平均
値ｄＰ が算出される。そのｄＰが時刻ｉ （時間ｔの
中央時刻）におけるスムージングされたフィードフォワ
ード値とされる。一定時間を内のこれらの値はＲＡＭ１
７に保存される次にステップ１０８に移行して、現在値
カウンタ１６に保持された位置の現在値Ｐａが読み込ま
れる。 次に、ステップ１１０において、現在時刻（ｉ＋ｔ／２
）から（（ｔ／２）−△ｔ）遅延された（ｊ−△ｔ）時
刻の目標位置Ｐ（ｉ−Δｔ）と現在位置Ｐａ、Ｌの位置
偏差△Ｐ（ｉ−Δｔ）が演算される。この値は、共通Ｒ
ＡＭ１７のＰ（ｉ）、Ｐ（ｉ−１）の値をΔｔで補間し
て求められる。 次に、ステップ】１２において、速度目標値が位置偏差
△Ｐ（ｉ−Δｔ）に比例した値、即ち、次式により演算
される。 Ｖ＝ｋ・ΔＰ（ｉ−Δｔ） 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１１４において、現実行ゲインＪしが速
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（電
気角）θ（ｎ）が読み込まれる。 次にステップ１１８に移行して、時刻（ｉ−△ｔ）にお
けるスムージングされたフィードフォワード値が共通Ｒ
ＡＭ１７から読み出されて、フィードフォワード制御に
よる速度目標値が次式により演算され更新される。 Ｖ＝Ｖ＋ｄＰ（ｉ −Ａ ｔ） 次に、ステップ１２０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、速度制御周期りとから現速度制御期間にお
ける速度の現在値ν（ｎ）が次式によって演算される。 ｖ（ｎ）＝（θ（ｎ）−〇（ｎ−１））／ Ｄ
−（１）又、ステップ１１２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。 そして、次のステップ１２２において、その速度偏差に
応じて、ｄ軸成分とｑ＊ｌｌｌ戊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１
２４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１２６に移
行する。 ステップ１２６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１２６では、電流制御期間の先頭から測定した
次のステップ１２８での電流検出時刻Δｔ、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Δｔ、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と制動時電気角θ。 が補間演算される。 θ、＝θ（ｎ）＋ΔＶ（ｎ）・△ｔ１
（２）θ２＝θ （ｎ）十ΔＶ （ｎ）・ Δｔ２
−（３）この時刻Δｔ、△ｔ
２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１２８に移行して、Ｕ相、Ｖ相の瞬時負荷
電流の現在値１ｕ、 ＩｖがＡ／Ｄ変換器１５ａ１５ｂ
から読み込まれる。 次に、ステップ１３０において、その電流の現在値！ｕ
、Ｉｖはｄｑ変換されて、ｄ軸）成分１ｄとＱ＊［ｌ］
戊分Ｉｑとが次式によって演算される。 １ｄ＝ｖ’Ｔ （Ｉｕ−ｓｉｎ（θ＋”２π／３）−１
ｖ−ｓｉｎθ＋） −＜４）Ｉｑ＝σ（Ｉｕ−ｃｏｓ
（θ１＋２π／３）−１ｖ−ｃｏｓθ、） −（５）
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１３２において、ステップ１２２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１ｄ’、 Ｉｑ”が演算される。 次に、ステップ１３４において、次式により、電流指令
値１ｄ”、 Ｉｑ”を逆ｄｑ変換して、各相電流指令値
１ｕ”、 Ｉｖ”、 Ｉｗ”が演算される。 １ｑＩ−ｓｉｎ（θｚ＋２ ｙｒ ／３） ）
（７）尚、１１は、Ｉｗ”＝−（Ｉｕ”＋Ｉｖ”）
によって演算される。 次に、ステップ１３６．１３８において、各相電流指令
値１ｕ”、 Ｉｖ”、 Ｉｗ”と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Ｖ。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：、、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ν。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１３６では、制動時電気角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１３８では、各電圧ベクトルの継続時間ｔｌ、
ｔ２．ｔｆｆ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、ν、＝（１，１，Ｏ）、 Ｖ、＝（１，Ｏ，Ｏ
）、 Ｖ６＝（０゜０．０）となったとして、各電圧ベ
クトルの継続時間ｔ＋、 ｔ２． ｔ＊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１ｕ”、 ｌｖ”、 １ｗ”のう
ち、絶対値の大きい２つを大きい順にＩ ｌ”＋ １２
゜とするとき、継続時間１．、１２．１．は次式で求め
られる。 ｔ＋＝ ２１２”＋Ｉ＋” −Ｔ／Ｖｄｃ
−（８）ｔ２＝ ＩＩ”−１２” −Ｔ／Ｖｄ
ｃ −（９）ｔｓ＝Ｔ （ｔ＋”ｔ２）
α０但し、Ｔは周期、Ｖ
ｄｃは印加直流電圧である。 次に、ステップ１４０において、１組の電圧ベクトルに
よるＰＷＭ慣号が、継続時間ＬＩ＋ ｊ２＋ ｔ、だけ
出力される。例えば、第８図に示したように、ｖ６−（
１，１，０）、 Ｖ、＝＜１．０． Ｏ）、 Ｖ、＝（
０，０，０）の順に、継続時間ｊ＋＋ ’Ｉ４＋ ｔ、
だけ出力される。又、換言すれば、Ｕ相は１．＋１．だ
け電圧が印加され、Ｖ相は１＋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ｎ、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１００．１１４．１２４で
判定の基準となる回数が設定されている。但し、ｎ＋＜
１２≦ｎ、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ＣＰＵＩＩ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、フィードフォワード値は予め所定時間にて
平均化されて安定した値となる。又、時間遅れ補償が行
われることにより、指令された目標位置と位置フィード
バックループの帰還値とフィードフォワード値とを同期
させることができる
本発明は、スムージングされたフィードフォワード値が
目標位置と位置フィードバックループからの帰還値との
出力値と同期するように目標位置又はフィードフォワー
ド値に対して時間遅れ補償して更新するようにしたもの
である。 つまり、フィードフォワード値はスムージングされ、且
つ、目標位置と位置フィードバックループからの帰還値
とフィードフォワード値との時間ズレがなくなってモー
タに対する指令速度が不必要に変化することがない。 従って、本発明に係るフィードフォワード制御において
は、サーボ系の振動が抑えられ工作物の仕上げ形状が良
くなる。
目標位置と位置フィードバックループからの帰還値との
出力値と同期するように目標位置又はフィードフォワー
ド値に対して時間遅れ補償して更新するようにしたもの
である。 つまり、フィードフォワード値はスムージングされ、且
つ、目標位置と位置フィードバックループからの帰還値
とフィードフォワード値との時間ズレがなくなってモー
タに対する指令速度が不必要に変化することがない。 従って、本発明に係るフィードフォワード制御において
は、サーボ系の振動が抑えら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？Ｂ装置の構成を示したブロックダイヤグラム。 第２図は同実施例装置の位置、速度及び電流の３つのフ
ィードバックループに対するフィードフォワード制御の
概念を示したブロックダイヤグラム。第３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４図は同じ＜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Ｌ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。 現在値カウンタ インバータ ３】 サーボモータ ａ、３２ ｂ カレントトランスフォーマ（ＣＴ）
パルスエンコーダ
ーボ制？Ｂ装置の構成を示したブロックダイヤグラム。 第２図は同実施例装置の位置、速度及び電流の３つのフ
ィードバックループに対するフィードフォワード制御の
概念を示したブロックダイヤグラム。第３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４図は同じ＜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Ｌ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。 現在値カウンタ インバータ ３】 サーボモータ ａ、３２ ｂ カレントトランスフォーマ（ＣＴ）
パルスエンコーダ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 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、 現在時刻において指令された目標位置の時間変動から算
出された指令速度に対応した現在時刻のフィードフォワ
ード値を算出するフィードフォワード値演算手段と、 前記フィードフォワード値演算手段により過去所定時間
内に算出されたフィードフォワード値をスムージングす
るスムージング手段と、 前記スムージング手段によりスムージングされた過去所
定時間内のフィードフォワード値の中から選択された所
定の遅延時刻におけるフィードフォワード値を前記速度
フィードバックループに加算出力するフィードフォワー
ド出力手段と、前記所定の遅延時間だけ前記目標位置の
出力を遅延させて前記位置フィードバックループに出力
する目標位置遅延手段と 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 (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25922990A JP3164580B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | ディジタルサーボ制御装置 |
| US07/764,825 US5313147A (en) | 1990-09-27 | 1991-09-24 | Digital servo-control apparatus |
| EP91116448A EP0479136A1 (en) | 1990-09-27 | 1991-09-26 | Digital servo-control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25922990A JP3164580B2 (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 |
|---|---|
| JPH04135215A true JPH04135215A (ja) | 1992-05-08 |
| JP3164580B2 JP3164580B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=17331203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25922990A Expired - Fee Related JP3164580B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | ディジタルサーボ制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5313147A (ja) |
| EP (1) | EP0479136A1 (ja) |
| JP (1) | JP3164580B2 (ja) |
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