JPH05228794A - 主軸位置決め方式 - Google Patents
主軸位置決め方式Info
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- JPH05228794A JPH05228794A JP4059114A JP5911492A JPH05228794A JP H05228794 A JPH05228794 A JP H05228794A JP 4059114 A JP4059114 A JP 4059114A JP 5911492 A JP5911492 A JP 5911492A JP H05228794 A JPH05228794 A JP H05228794A
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- rotation
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- spindle motor
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—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
- 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
- G05B19/21—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 using an incremental digital measuring device
- G05B19/23—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 using an incremental digital measuring device for point-to-point control
- G05B19/231—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 using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
- G05B19/232—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 using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with speed feedback only
-
- 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
- G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
- G05B2219/42104—Loop switch, speed loop then position loop, mode switch
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 主軸モータの減速能力を最大限に生かし、主
軸位置決め作業の高速化を図る。 【構成】 モータ４の回転速度Ｎを基底速度Ｎ１以下に
落とし（Ｓ１〜Ｓ２）、トルク一定領域における減速直
線Ｌでモータ４を減速停止させた場合の移動量Ｐ１（Ｓ
４）と、主軸１回転以内の位置決め停止位置Ｐ２までの
移動量α（Ｓ５〜Ｓ８）を求める。αがＰ１よりも大き
ければオーバシュートがなく主軸を減速停止させること
ができるのでαの値を位置偏差の初期値とし、また、α
がＰ１よりも小さければ主軸１回転分に対応するモータ
４の回転パルス数Ｐrev を必要な回数だけαに加算して
αの値を更新し（Ｓ９，Ｓ１０）、αの値をＰ１よりも
大きくしてオーバーシュートの発生を防止してから位置
偏差の初期値として設定する。該位置偏差の平方根に設
定位置ループゲインを乗じて位置ループ制御を行ない速
度指令を求め（Ｓ１２，Ｓ１３）、該速度指令で主軸モ
ータを制御する。位置決め停止に要する時間を短縮でき
る。
軸位置決め作業の高速化を図る。 【構成】 モータ４の回転速度Ｎを基底速度Ｎ１以下に
落とし（Ｓ１〜Ｓ２）、トルク一定領域における減速直
線Ｌでモータ４を減速停止させた場合の移動量Ｐ１（Ｓ
４）と、主軸１回転以内の位置決め停止位置Ｐ２までの
移動量α（Ｓ５〜Ｓ８）を求める。αがＰ１よりも大き
ければオーバシュートがなく主軸を減速停止させること
ができるのでαの値を位置偏差の初期値とし、また、α
がＰ１よりも小さければ主軸１回転分に対応するモータ
４の回転パルス数Ｐrev を必要な回数だけαに加算して
αの値を更新し（Ｓ９，Ｓ１０）、αの値をＰ１よりも
大きくしてオーバーシュートの発生を防止してから位置
偏差の初期値として設定する。該位置偏差の平方根に設
定位置ループゲインを乗じて位置ループ制御を行ない速
度指令を求め（Ｓ１２，Ｓ１３）、該速度指令で主軸モ
ータを制御する。位置決め停止に要する時間を短縮でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主軸モータの減速能力
を最大限に生かして短時間で所望位置に位置決め停止す
る主軸位置決め方式に関する。
を最大限に生かして短時間で所望位置に位置決め停止す
る主軸位置決め方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転している主軸モータを所望位置に位
置決め停止するための技術としては、速度制御の段階
で、位置決め制御するための基底速度まで減速し、その
後主軸モータを速度制御の状態から位置制御の状態へと
切り替え、指令停止位置と現在位置との差を位置偏差と
して設定し位置ループ制御を行うものが公知である。
置決め停止するための技術としては、速度制御の段階
で、位置決め制御するための基底速度まで減速し、その
後主軸モータを速度制御の状態から位置制御の状態へと
切り替え、指令停止位置と現在位置との差を位置偏差と
して設定し位置ループ制御を行うものが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来方式で位置
決めに要する時間を短くしようとする場合、ポジション
ゲインの値を大きくすることが考えられるが、主軸モー
タの加減速特性を無視してこのような処理を行うと速度
指令に対する主軸モータの追従が困難となって不用意な
オーバーシュートを生じる場合がある。また、オーバー
シュートの発生を恐れて位置ループのポジションゲイン
の値を小さく設定したりすると位置決めに要する時間も
必然的に増大することになり、オーバーシュートの防止
と高速の位置決めを同時に実現させることは困難であ
る。本発明の目的は、不用意なオーバーシュートを防止
し、かつ、工作機械の主軸を短時間で所望の停止位置に
位置決めすることのできる主軸位置決め方式を提供する
ことにある。
決めに要する時間を短くしようとする場合、ポジション
ゲインの値を大きくすることが考えられるが、主軸モー
タの加減速特性を無視してこのような処理を行うと速度
指令に対する主軸モータの追従が困難となって不用意な
オーバーシュートを生じる場合がある。また、オーバー
シュートの発生を恐れて位置ループのポジションゲイン
の値を小さく設定したりすると位置決めに要する時間も
必然的に増大することになり、オーバーシュートの防止
と高速の位置決めを同時に実現させることは困難であ
る。本発明の目的は、不用意なオーバーシュートを防止
し、かつ、工作機械の主軸を短時間で所望の停止位置に
位置決めすることのできる主軸位置決め方式を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の主軸位置決め方
式は、主軸モータが基底速度以下になると、主軸モータ
の速度及び主軸１回転内における回転位置を検出し、前
記検出速度に基づいて設定されている減速直線に沿って
減速停止させる最小移動量を求めると共に、検出回転位
置から目標の停止位置までの移動量を求め、該移動量が
前記最小移動量より大きくなるまで順次主軸１回転分の
移動量を前記移動量に加算して、該加算して得られた移
動量を位置偏差として設定し、該位置偏差の平方根に設
定位置ループゲインを乗じて位置ループ制御を行ない速
度指令を求め、該速度指令に基づいて主軸モータを駆動
制御することで前記目的を達成した。
式は、主軸モータが基底速度以下になると、主軸モータ
の速度及び主軸１回転内における回転位置を検出し、前
記検出速度に基づいて設定されている減速直線に沿って
減速停止させる最小移動量を求めると共に、検出回転位
置から目標の停止位置までの移動量を求め、該移動量が
前記最小移動量より大きくなるまで順次主軸１回転分の
移動量を前記移動量に加算して、該加算して得られた移
動量を位置偏差として設定し、該位置偏差の平方根に設
定位置ループゲインを乗じて位置ループ制御を行ない速
度指令を求め、該速度指令に基づいて主軸モータを駆動
制御することで前記目的を達成した。
【０００５】
【作用】主軸モータの回転速度が基底速度（トルク一定
領域での最高回転速度）以下に落ちた段階で、トルク一
定領域での設定された減速の減速直線に沿って主軸を停
止させる場合の移動量と、主軸現在位置から主軸１回転
以内の移動距離にある位置決め停止位置までの移動量と
を求める。１回転以内の位置決め停止位置までの移動量
がトルク一定領域での減速特性である減衰直線で主軸を
停止させた場合の移動量よりも大きい場合には１回転以
内の位置決め停止位置までの移動量を位置偏差として設
定し、また、主軸１回転以内の位置決め停止位置までの
移動量が前記減速特性で主軸を停止させた場合の移動量
よりも小さい場合には、位置決め停止位置までの移動量
が前記減速特性で主軸を停止させた場合の移動量よりも
大きくなるまで、順次主軸１回転分の移動量を加算し、
加算された値を位置偏差として設定する。そして、位置
ループゲインを前記減衰特性で決まる予め設定された値
として、前記位置偏差の平方根に乗じて位置ループ制御
を行ない速度指令を求め、該速度指令に基づいて主軸モ
ータを制御し、主軸を目標位置に停止させる。
領域での最高回転速度）以下に落ちた段階で、トルク一
定領域での設定された減速の減速直線に沿って主軸を停
止させる場合の移動量と、主軸現在位置から主軸１回転
以内の移動距離にある位置決め停止位置までの移動量と
を求める。１回転以内の位置決め停止位置までの移動量
がトルク一定領域での減速特性である減衰直線で主軸を
停止させた場合の移動量よりも大きい場合には１回転以
内の位置決め停止位置までの移動量を位置偏差として設
定し、また、主軸１回転以内の位置決め停止位置までの
移動量が前記減速特性で主軸を停止させた場合の移動量
よりも小さい場合には、位置決め停止位置までの移動量
が前記減速特性で主軸を停止させた場合の移動量よりも
大きくなるまで、順次主軸１回転分の移動量を加算し、
加算された値を位置偏差として設定する。そして、位置
ループゲインを前記減衰特性で決まる予め設定された値
として、前記位置偏差の平方根に乗じて位置ループ制御
を行ない速度指令を求め、該速度指令に基づいて主軸モ
ータを制御し、主軸を目標位置に停止させる。
【０００６】
【実施例】図１は一実施例の工作機械における主軸制御
回路の要部を示すブロック図である。ギァやタイミング
ベルト等の動力伝達機構２を介して主軸モータ４で回転
駆動される主軸１には、１回転当りＰrev 個の位置検出
パルスを発生すると共に１回転毎に１回転信号を出力す
る位置検出器３が取り付けられ、また、主軸１を回転駆
動する主軸モータ４には、該モータ４の回転速度を検出
するための速度検出器５が取り付けられている。位置検
出器３および速度検出器５がモータ制御回路７に接続さ
れ、また、主軸モータ４がパワー回路６を介してモータ
制御回路７に接続されると共に、モータ制御回路７自体
は、工作機械の各軸を制御する数値制御装置８に接続さ
れている。モータ制御回路７は主軸モータ４を速度制御
するための速度制御部や位置決め停止動作を制御するた
めの位置制御部、更に、各種演算処理を行うためのプロ
セッサやＲＯＭおよびＲＡＭ等を有し、トランジスタイ
ンバータ等のパワー回路６を介して主軸モータ４を駆動
制御する。実施例における動力伝達機構２の減速比は
１：１である。
回路の要部を示すブロック図である。ギァやタイミング
ベルト等の動力伝達機構２を介して主軸モータ４で回転
駆動される主軸１には、１回転当りＰrev 個の位置検出
パルスを発生すると共に１回転毎に１回転信号を出力す
る位置検出器３が取り付けられ、また、主軸１を回転駆
動する主軸モータ４には、該モータ４の回転速度を検出
するための速度検出器５が取り付けられている。位置検
出器３および速度検出器５がモータ制御回路７に接続さ
れ、また、主軸モータ４がパワー回路６を介してモータ
制御回路７に接続されると共に、モータ制御回路７自体
は、工作機械の各軸を制御する数値制御装置８に接続さ
れている。モータ制御回路７は主軸モータ４を速度制御
するための速度制御部や位置決め停止動作を制御するた
めの位置制御部、更に、各種演算処理を行うためのプロ
セッサやＲＯＭおよびＲＡＭ等を有し、トランジスタイ
ンバータ等のパワー回路６を介して主軸モータ４を駆動
制御する。実施例における動力伝達機構２の減速比は
１：１である。
【０００７】図２は、モータ制御回路７の機能ブロック
図で、ａは位置決め停止動作の時の位置偏差を記憶する
エラーカウンタ、ｂはソフトウェア上の速度指令計算処
理、ｃおよびｄは速度制御ループの比例ゲインおよび積
分ゲインである。ｈおよびｆは主軸モータ４の伝達関数
の項で、Ｋｔはトルク定数，Ｊｍはイナーシャであり、
ｇは速度を積分して位置を求める積分の伝達関数の項で
ある。また、Ｓ１，Ｓ２は便宜的に示したスイッチで、
主軸１の速度制御や位置決め制御の別により切り替えら
れる。モータ制御回路７は、位置検出器３から出力され
る位置フィードバックパルスＰｆをカウントするカウン
タおよび位置検出器３から１回転信号を受信する毎に前
記カウンタの値をラッチするラッチ回路を備える。
図で、ａは位置決め停止動作の時の位置偏差を記憶する
エラーカウンタ、ｂはソフトウェア上の速度指令計算処
理、ｃおよびｄは速度制御ループの比例ゲインおよび積
分ゲインである。ｈおよびｆは主軸モータ４の伝達関数
の項で、Ｋｔはトルク定数，Ｊｍはイナーシャであり、
ｇは速度を積分して位置を求める積分の伝達関数の項で
ある。また、Ｓ１，Ｓ２は便宜的に示したスイッチで、
主軸１の速度制御や位置決め制御の別により切り替えら
れる。モータ制御回路７は、位置検出器３から出力され
る位置フィードバックパルスＰｆをカウントするカウン
タおよび位置検出器３から１回転信号を受信する毎に前
記カウンタの値をラッチするラッチ回路を備える。
【０００８】そこでまず、本実施例の動作の概要を説明
すると、通常はスイッチＳ２をオフとし、スイッチＳ１
をオンとして、従来と同様、数値制御装置８から送られ
る回転速度指令ＶＣＭＤに基く速度制御、即ち、速度検
出器５から出力される速度フィードバック信号Ｖｆを回
転速度指令ＶＣＭＤから減じて速度偏差を求め、この速
度偏差に速度ループ比例ゲインｃを乗じた値と該速度偏
差を積算した値に速度ループ積分ゲインｄを乗じた値を
加算してトルク指令を求め、パワー回路６を介して主軸
モータ４を駆動制御する処理を行う。一方、位置決め停
止指令と停止位置Ｐ２（１回転信号からパルス数Ｐ２の
位置）が数値制御装置８より出力されると、該モータ制
御回路７のプロセッサは、図３に示されるような「定位
置停止処理」（詳細は後述）を開始し、オーバーシュー
トを防止しながら主軸モータ４の減速能力を最大限に生
かした状態でモータ４を駆動制御し、主軸を指令停止位
置Ｐ２に位置決めすることとなる。
すると、通常はスイッチＳ２をオフとし、スイッチＳ１
をオンとして、従来と同様、数値制御装置８から送られ
る回転速度指令ＶＣＭＤに基く速度制御、即ち、速度検
出器５から出力される速度フィードバック信号Ｖｆを回
転速度指令ＶＣＭＤから減じて速度偏差を求め、この速
度偏差に速度ループ比例ゲインｃを乗じた値と該速度偏
差を積算した値に速度ループ積分ゲインｄを乗じた値を
加算してトルク指令を求め、パワー回路６を介して主軸
モータ４を駆動制御する処理を行う。一方、位置決め停
止指令と停止位置Ｐ２（１回転信号からパルス数Ｐ２の
位置）が数値制御装置８より出力されると、該モータ制
御回路７のプロセッサは、図３に示されるような「定位
置停止処理」（詳細は後述）を開始し、オーバーシュー
トを防止しながら主軸モータ４の減速能力を最大限に生
かした状態でモータ４を駆動制御し、主軸を指令停止位
置Ｐ２に位置決めすることとなる。
【０００９】図４はモータの減速能力を最大限に生かし
た状態で定位置停止制御を行う時に必要となるパラメー
タを求める作用原理図である。
た状態で定位置停止制御を行う時に必要となるパラメー
タを求める作用原理図である。
【００１０】まず、主軸モータ４におけるトルク一定領
域での最高回転速度を基底速度Ｎ１(rpm) とすると、ト
ルク一定領域では直線加減速制御が可能であり、直線加
減速制御で減速を行なうと、図４の設定された減速直線
Ｌに沿って減速動作が行われる。基底速度Ｎ１から最大
の減速動作で主軸モータ４を停止させた時に必要となる
停止時間をＴ１とし、基底速度Ｎ１以下の任意の回転速
度Ｎ(rpm) から減速直線Ｌに沿って主軸モータ４を停止
させる時に必要となる時間をＴとすれば、減速直線Ｌの
傾きが一定であるから、数式１が成り立つ。
域での最高回転速度を基底速度Ｎ１(rpm) とすると、ト
ルク一定領域では直線加減速制御が可能であり、直線加
減速制御で減速を行なうと、図４の設定された減速直線
Ｌに沿って減速動作が行われる。基底速度Ｎ１から最大
の減速動作で主軸モータ４を停止させた時に必要となる
停止時間をＴ１とし、基底速度Ｎ１以下の任意の回転速
度Ｎ(rpm) から減速直線Ｌに沿って主軸モータ４を停止
させる時に必要となる時間をＴとすれば、減速直線Ｌの
傾きが一定であるから、数式１が成り立つ。
【００１１】
【数１】 従って、主軸１の１回転で位置検出器３から出力される
位置フィードバックパルスの値をＰrev(個) として、基
底速度Ｎ１以下の任意の回転速度Ｎから減速直線Ｌに沿
って主軸モータ４を停止させる時に主軸モータ４が停止
するまでに回転するために必要なパルス数を算出する
と、移動量のパルス数Ｐ１（個）は、図４における縦の
破線と減速直線Ｌおよび時間軸で区切られる小さな三角
形の面積により、数式２として求められる。
位置フィードバックパルスの値をＰrev(個) として、基
底速度Ｎ１以下の任意の回転速度Ｎから減速直線Ｌに沿
って主軸モータ４を停止させる時に主軸モータ４が停止
するまでに回転するために必要なパルス数を算出する
と、移動量のパルス数Ｐ１（個）は、図４における縦の
破線と減速直線Ｌおよび時間軸で区切られる小さな三角
形の面積により、数式２として求められる。
【００１２】
【数２】 そこで、数式１を数式２に代入した数式３を、回転速度
Ｎについて解くと、数式４が得られる。
Ｎについて解くと、数式４が得られる。
【００１３】
【数３】
【００１４】
【数４】 ここで、トルク一定領域でのモータの出力トルクをＴ
ｍ、モータイナーシャをＪｍ、負荷イナーシャをＪＬと
するとトルクと加速度の一般式より数式５が成り立つの
で、数式５を変形して数式６が得られる。
ｍ、モータイナーシャをＪｍ、負荷イナーシャをＪＬと
するとトルクと加速度の一般式より数式５が成り立つの
で、数式５を変形して数式６が得られる。
【００１５】
【数５】
【００１６】
【数６】 更に、数式６を数式４に代入すると、数式７が導かれ
る。
る。
【００１７】
【数７】 モータの出力トルクＴｍ、モータイナーシャＪｍ、負荷
イナーシャＪＬ、主軸１の１回転パルス数Ｐrev は既知
であるから、数式７の一部をモータの特性に応じて数式
８のようにパラメータ化すれば、数式９を得ることがで
きる。なお、数式８のパラメータＰＲＭの値はモータ制
御回路７のＲＯＭに予め書き込んでおく。
イナーシャＪＬ、主軸１の１回転パルス数Ｐrev は既知
であるから、数式７の一部をモータの特性に応じて数式
８のようにパラメータ化すれば、数式９を得ることがで
きる。なお、数式８のパラメータＰＲＭの値はモータ制
御回路７のＲＯＭに予め書き込んでおく。
【００１８】
【数８】
【００１９】
【数９】 この数式９が意味する内容は、現在速度Ｎのとき、パル
ス数Ｐ１の位置指令を位置偏差の初期値として与え、以
後この位置偏差から位置フィードバックパルスを減じて
順次位置偏差を求め、その位置偏差の平方根にパラメー
タＰＲＭの平方根を位置ループゲインとして乗じて位置
ループ制御を行なえば、最も効率の良い減速動作、即
ち、減速直線Ｌに沿って主軸モータ４を停止させること
ができることを意味する。
ス数Ｐ１の位置指令を位置偏差の初期値として与え、以
後この位置偏差から位置フィードバックパルスを減じて
順次位置偏差を求め、その位置偏差の平方根にパラメー
タＰＲＭの平方根を位置ループゲインとして乗じて位置
ループ制御を行なえば、最も効率の良い減速動作、即
ち、減速直線Ｌに沿って主軸モータ４を停止させること
ができることを意味する。
【００２０】また、数式９を停止までの移動距離のパル
ス数Ｐ１について解くと、数式１０が得られる。この数
式１０が意味する内容は、主軸モータ４の回転速度がＮ
である時に、パルス数Ｐ１を位置偏差の初期値とするこ
とを意味する。
ス数Ｐ１について解くと、数式１０が得られる。この数
式１０が意味する内容は、主軸モータ４の回転速度がＮ
である時に、パルス数Ｐ１を位置偏差の初期値とするこ
とを意味する。
【００２１】
【数１０】 従って、主軸モータ４の減速能力を最大限に生かした状
態で短時間で主軸１を停止するためには、主軸モータ４
の回転速度を基底速度Ｎ１以下の回転速度にまで減速さ
せ、主軸モータ４の回転速度Ｎが図４に示されるような
トルク一定領域での最高回転速度Ｎ１以下となった時点
において数式１０で求められるパルス数Ｐ１を位置偏差
の初期値として設定し、上述のように位置ループ制御を
行なえば、その時点よりパルス数Ｐ１の位置に最短時間
で位置決めすることができる。しかし、位置決め停止指
令によって主軸モータ４を停止する場合には、主軸１の
１回転内の所定位置が目標位置として指令される。即
ち、１回転信号からの回転位置（パルス数）Ｐ２の値が
予め目標位置として指令される。
態で短時間で主軸１を停止するためには、主軸モータ４
の回転速度を基底速度Ｎ１以下の回転速度にまで減速さ
せ、主軸モータ４の回転速度Ｎが図４に示されるような
トルク一定領域での最高回転速度Ｎ１以下となった時点
において数式１０で求められるパルス数Ｐ１を位置偏差
の初期値として設定し、上述のように位置ループ制御を
行なえば、その時点よりパルス数Ｐ１の位置に最短時間
で位置決めすることができる。しかし、位置決め停止指
令によって主軸モータ４を停止する場合には、主軸１の
１回転内の所定位置が目標位置として指令される。即
ち、１回転信号からの回転位置（パルス数）Ｐ２の値が
予め目標位置として指令される。
【００２２】そこで、主軸１を停止させる位置を１回転
信号からのパルス数Ｐ２の位置で停止させようとすると
き、ある時点で主軸モータ４の回転数が基底回転数Ｎ１
より小さいＮの値であり、かつその時の１回転信号から
のパルス数がＰ０であるとすると、該時点において、Ｐ
２−Ｐ０＝αのパルス量だけ主軸モータを回転させれ
ば、目標とする停止位置である１回転信号からのパルス
数Ｐ２の位置に停止させることができる。一方、上記回
転数Ｎに基づいて数式１０の演算を行ないパルス数Ｐ１
を求め、該パルス数Ｐ１より上記移動量（パルス数）α
が大きいときには、パルス数αの移動量を最短時間で停
止させる速度より当該時点の速度Ｎが小さいことを意味
し、位置偏差として上記パルス量αを設定し、かつ位置
ループゲインをパラメータＰＲＭの平方根の値にして位
置ループ制御（図２でスイッチＳ１をオフ，スイッチＳ
２をオン）を行なえば、一旦その時点より速度が上昇
し、その後、減速直線Ｌに沿って最短時間で位置決めで
きることになる。
信号からのパルス数Ｐ２の位置で停止させようとすると
き、ある時点で主軸モータ４の回転数が基底回転数Ｎ１
より小さいＮの値であり、かつその時の１回転信号から
のパルス数がＰ０であるとすると、該時点において、Ｐ
２−Ｐ０＝αのパルス量だけ主軸モータを回転させれ
ば、目標とする停止位置である１回転信号からのパルス
数Ｐ２の位置に停止させることができる。一方、上記回
転数Ｎに基づいて数式１０の演算を行ないパルス数Ｐ１
を求め、該パルス数Ｐ１より上記移動量（パルス数）α
が大きいときには、パルス数αの移動量を最短時間で停
止させる速度より当該時点の速度Ｎが小さいことを意味
し、位置偏差として上記パルス量αを設定し、かつ位置
ループゲインをパラメータＰＲＭの平方根の値にして位
置ループ制御（図２でスイッチＳ１をオフ，スイッチＳ
２をオン）を行なえば、一旦その時点より速度が上昇
し、その後、減速直線Ｌに沿って最短時間で位置決めで
きることになる。
【００２３】しかし、パルス数Ｐ１の値が上記移動量の
パルス数αより大きいときには、パルス数αを位置偏差
として設定し位置ループ処理を行なうと、当該時点の速
度Ｎがパルス数αだけ移動されるための速度より大きい
ことから、オーバシュートを起こすことになる。このよ
うなときには、上記パルス数αの値に主軸１回転分のパ
ルス数Ｐrev を加算し、この加算した値とパルス数Ｐ１
を比較し、パルス数Ｐ１の方がまだ大きければ、さらに
主軸１回転分のパルス数Ｐrev を加算する。すなわち、
パルス数Ｐ１の値より大きくなるまで、上記パルス数α
の値に主軸１回転分のパルス数Ｐrev を加算し、大きく
なるとその値を位置偏差とする。この点を数式で示すと
次の数式１１となる。
パルス数αより大きいときには、パルス数αを位置偏差
として設定し位置ループ処理を行なうと、当該時点の速
度Ｎがパルス数αだけ移動されるための速度より大きい
ことから、オーバシュートを起こすことになる。このよ
うなときには、上記パルス数αの値に主軸１回転分のパ
ルス数Ｐrev を加算し、この加算した値とパルス数Ｐ１
を比較し、パルス数Ｐ１の方がまだ大きければ、さらに
主軸１回転分のパルス数Ｐrev を加算する。すなわち、
パルス数Ｐ１の値より大きくなるまで、上記パルス数α
の値に主軸１回転分のパルス数Ｐrev を加算し、大きく
なるとその値を位置偏差とする。この点を数式で示すと
次の数式１１となる。
【００２４】 Ｐ１≦α＋ｎ・Ｐrev …（１１） （なお、ｎ＝０，１，２，３…） 数式１１が成立するまでｎを増加していき、上記数式１
１が成立したときの値（α＋ｎ・Ｐrev ）を位置偏差の
初期値として設定し、順次位置偏差を求め、該位置偏差
の平方根に、位置ループゲインしてパラメータＰＲＭの
平方根を乗じて位置ループ制御を行なえば、最短時間で
目標位置に位置決めすることができる。
１が成立したときの値（α＋ｎ・Ｐrev ）を位置偏差の
初期値として設定し、順次位置偏差を求め、該位置偏差
の平方根に、位置ループゲインしてパラメータＰＲＭの
平方根を乗じて位置ループ制御を行なえば、最短時間で
目標位置に位置決めすることができる。
【００２５】図３は前述の制御方式を実現するために本
実施例が採用した「定位置停止処理」の概略を示すフロ
ーチャートであり、以下、フローチャートを参照して実
施例の主軸位置決め方式を説明する。
実施例が採用した「定位置停止処理」の概略を示すフロ
ーチャートであり、以下、フローチャートを参照して実
施例の主軸位置決め方式を説明する。
【００２６】数値制御装置８からの位置決め停止指令と
共に、停止位置としての１回転信号位置からのパルス数
Ｐ２の停止位置を受信したモータ制御回路７のプロセッ
サは、図３に示すフローチャートの処理を所定周期毎実
施し、まず、主軸モータ４の現在の回転速度Ｎが基底速
度Ｎ１以下の回転速度領域に達しているか否かを判別す
るが（ステップＳ１）、主軸モータ４の回転速度Ｎが基
底速度Ｎ１以下となっていなければ、以下、回転速度Ｎ
が基底速度Ｎ１以下となるまで所定周期毎に基底速度Ｎ
１を回転速度指令ＶＣＭＤとして出力し（ステップＳ
２）、主軸モータ４の回転速度Ｎを基底速度Ｎ１以下に
減速する。即ち、図２におけるスイッチＳ２をオフと
し、スイッチＳ１をオンとしたままの状態で、基底速度
Ｎ１を回転速度指令ＶＣＭＤとして出力し続ける。
共に、停止位置としての１回転信号位置からのパルス数
Ｐ２の停止位置を受信したモータ制御回路７のプロセッ
サは、図３に示すフローチャートの処理を所定周期毎実
施し、まず、主軸モータ４の現在の回転速度Ｎが基底速
度Ｎ１以下の回転速度領域に達しているか否かを判別す
るが（ステップＳ１）、主軸モータ４の回転速度Ｎが基
底速度Ｎ１以下となっていなければ、以下、回転速度Ｎ
が基底速度Ｎ１以下となるまで所定周期毎に基底速度Ｎ
１を回転速度指令ＶＣＭＤとして出力し（ステップＳ
２）、主軸モータ４の回転速度Ｎを基底速度Ｎ１以下に
減速する。即ち、図２におけるスイッチＳ２をオフと
し、スイッチＳ１をオンとしたままの状態で、基底速度
Ｎ１を回転速度指令ＶＣＭＤとして出力し続ける。
【００２７】そして、現在の回転速度Ｎが基底速度Ｎ１
以下となったことがステップＳ１の判別処理で検出され
るとモータ制御回路７のプロセッサは移動量設定完了フ
ラグＦがセットされているか否かを判別するが（ステッ
プＳ３）、この段階では移動量設定完了フラグＦがリセ
ットされているので（なお、該フラグは初期設定でリセ
ットされている）、更に、現在の回転速度Ｎから数式１
０の演算を行なって減速曲線Ｌに沿って主軸モータ４の
停止操作を行った時に主軸モータ４が停止するまでに回
転する移動量のパルス数Ｐ１を求め、レジスタに記憶す
る（ステップＳ４）。
以下となったことがステップＳ１の判別処理で検出され
るとモータ制御回路７のプロセッサは移動量設定完了フ
ラグＦがセットされているか否かを判別するが（ステッ
プＳ３）、この段階では移動量設定完了フラグＦがリセ
ットされているので（なお、該フラグは初期設定でリセ
ットされている）、更に、現在の回転速度Ｎから数式１
０の演算を行なって減速曲線Ｌに沿って主軸モータ４の
停止操作を行った時に主軸モータ４が停止するまでに回
転する移動量のパルス数Ｐ１を求め、レジスタに記憶す
る（ステップＳ４）。
【００２８】次いで、モータ制御回路７のプロセッサ
は、位置フィードバックパルスを計数するカウンタの値
から、ラッチ回路にラッチされている１回転信号検出時
の前記カウンタの値を減じて該時点の１回転信号位置か
らの主軸回転位置Ｐ０を求め、主軸１回転以内の位置決
め停止位置Ｐ２から現在位置Ｐ０を減じて現時点から停
止位置までの移動パルス量α（＝Ｐ２−Ｐ０）を求め
（ステップＳ５）、この値αが０若しくは正であれば位
置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初期値として記憶し、負
であれば、この値αに主軸１回転分のパルス数Ｐrev を
加算して位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初期値として
記憶する（ステップＳ６〜ステップＳ８）。なお、ステ
ップＳ５の処理で得られるパルス数α＝Ｐ２−Ｐ０の値
が正のときは主軸１の１回転内の現在位置Ｐ０が１回転
信号を基準として位置決め停止位置Ｐ２に達していない
図５（ａ）のような状態を示すものであり、主軸モータ
４の現在位置Ｐ０が位置決め停止位置Ｐ２を通り越して
いる図５（ｂ）のような状態、即ち、Ｐ０＞Ｐ２でα２
＜０の状態では（ステップＳ６）、更に主軸１の１回転
に対応する主軸１の１回転パルス数Ｐrev を加算して
〔Ｐ２−Ｐ０＋Ｐrev ＝α＋Ｐrev 〕を位置偏差の初期
値として、この値を位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初
期値として記憶するものである。
は、位置フィードバックパルスを計数するカウンタの値
から、ラッチ回路にラッチされている１回転信号検出時
の前記カウンタの値を減じて該時点の１回転信号位置か
らの主軸回転位置Ｐ０を求め、主軸１回転以内の位置決
め停止位置Ｐ２から現在位置Ｐ０を減じて現時点から停
止位置までの移動パルス量α（＝Ｐ２−Ｐ０）を求め
（ステップＳ５）、この値αが０若しくは正であれば位
置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初期値として記憶し、負
であれば、この値αに主軸１回転分のパルス数Ｐrev を
加算して位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初期値として
記憶する（ステップＳ６〜ステップＳ８）。なお、ステ
ップＳ５の処理で得られるパルス数α＝Ｐ２−Ｐ０の値
が正のときは主軸１の１回転内の現在位置Ｐ０が１回転
信号を基準として位置決め停止位置Ｐ２に達していない
図５（ａ）のような状態を示すものであり、主軸モータ
４の現在位置Ｐ０が位置決め停止位置Ｐ２を通り越して
いる図５（ｂ）のような状態、即ち、Ｐ０＞Ｐ２でα２
＜０の状態では（ステップＳ６）、更に主軸１の１回転
に対応する主軸１の１回転パルス数Ｐrev を加算して
〔Ｐ２−Ｐ０＋Ｐrev ＝α＋Ｐrev 〕を位置偏差の初期
値として、この値を位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に初
期値として記憶するものである。
【００２９】次いで、プロセッサはステップＳ４で求め
たパルス数Ｐ１と、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記
憶する値αすなわち位置決め停止位置Ｐ２までのパルス
数αとの大小関係を比較し、数式１１が成立するまで、
主軸１回転分のパルス量Ｐrev を順次加算しその加算し
た値を位置偏差の初期値として位置偏差記憶レジスタＲ
（ｅ）に記憶する（ステップＳ９，Ｓ１０）。そして、
数式１１が成立するとフラグＦをセットし（ステップＳ
１１）、位置ループ制御を開始する（図２におけるスイ
ッチＳ１をオフとし、スイッチＳ２をオンした状態）。
すなわち、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記憶する位
置偏差ｅから当該周期の位置フィードバック量Ｐｆを減
じて新しい位置偏差ｅとしてレジスタＲ（ｅ）に記憶し
（ステップＳ１２）、該レジスタＲ（ｅ）に記憶する位
置偏差ｅの平方根の値とパラメータＰＲＭの平方根を乗
じて速度指令ＶＣＭＤを求め（ステップＳ１３）、速度
ループ処理に引き渡し当該周期の処理を終了する。次の
周期からは、移動量設定完了フラグＦがセットされてい
るから、ステップＳ１およびステップＳ３の判別処理と
ステップＳ１２およびステップＳ１３の処理を繰り返し
実行し、位置ループ処理を実行することになる。そし
て、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記憶する値が
「０」となれば、すなわち、位置偏差が「０」となれ
ば、速度指令は「０」となり主軸１を停止することにな
る。
たパルス数Ｐ１と、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記
憶する値αすなわち位置決め停止位置Ｐ２までのパルス
数αとの大小関係を比較し、数式１１が成立するまで、
主軸１回転分のパルス量Ｐrev を順次加算しその加算し
た値を位置偏差の初期値として位置偏差記憶レジスタＲ
（ｅ）に記憶する（ステップＳ９，Ｓ１０）。そして、
数式１１が成立するとフラグＦをセットし（ステップＳ
１１）、位置ループ制御を開始する（図２におけるスイ
ッチＳ１をオフとし、スイッチＳ２をオンした状態）。
すなわち、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記憶する位
置偏差ｅから当該周期の位置フィードバック量Ｐｆを減
じて新しい位置偏差ｅとしてレジスタＲ（ｅ）に記憶し
（ステップＳ１２）、該レジスタＲ（ｅ）に記憶する位
置偏差ｅの平方根の値とパラメータＰＲＭの平方根を乗
じて速度指令ＶＣＭＤを求め（ステップＳ１３）、速度
ループ処理に引き渡し当該周期の処理を終了する。次の
周期からは、移動量設定完了フラグＦがセットされてい
るから、ステップＳ１およびステップＳ３の判別処理と
ステップＳ１２およびステップＳ１３の処理を繰り返し
実行し、位置ループ処理を実行することになる。そし
て、位置偏差記憶レジスタＲ（ｅ）に記憶する値が
「０」となれば、すなわち、位置偏差が「０」となれ
ば、速度指令は「０」となり主軸１を停止することにな
る。
【００３０】以上、一実施例として動力伝達機構２の減
速比が１：１である場合（主軸１と主軸モータ４とが直
結されている場合も同様である）について説明したが、
これ以外の減速比を有する構成であっても、前述の各数
式を補正して用いることにより、実施例の主軸位置決め
方式を同様にして適用することができる。
速比が１：１である場合（主軸１と主軸モータ４とが直
結されている場合も同様である）について説明したが、
これ以外の減速比を有する構成であっても、前述の各数
式を補正して用いることにより、実施例の主軸位置決め
方式を同様にして適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明の主軸位置決め方式は、主軸を所
定位置に停止させる場合、基底速度以下まで主軸モータ
を減速する。また、基底速度ではトルク一定となり、直
線加減速制御となるから、基底速度以下に主軸モータの
速度がなったとき減速を行なうと、所定の減速直線に沿
って主軸モータは減速され停止することを利用して、こ
の減速直線に沿うように、主軸モータを制御することに
よって主軸モータの減速能力を最大限に生かし、かつ、
オーバシュートを生じることなく位置決め時間を短くし
て主軸を所望の位置に位置決めすることができる。
定位置に停止させる場合、基底速度以下まで主軸モータ
を減速する。また、基底速度ではトルク一定となり、直
線加減速制御となるから、基底速度以下に主軸モータの
速度がなったとき減速を行なうと、所定の減速直線に沿
って主軸モータは減速され停止することを利用して、こ
の減速直線に沿うように、主軸モータを制御することに
よって主軸モータの減速能力を最大限に生かし、かつ、
オーバシュートを生じることなく位置決め時間を短くし
て主軸を所望の位置に位置決めすることができる。
【図１】本発明の方式を適用した一実施例の工作機械に
おける主軸制御回路の要部を示すブロック図である。
おける主軸制御回路の要部を示すブロック図である。
【図２】同実施例におけるモータ制御回路の詳細を示す
機能ブロック図である。
機能ブロック図である。
【図３】同実施例のモータ制御回路による定位置停止処
理の概略を示すフローチャートである。
理の概略を示すフローチャートである。
【図４】定位置停止処理で用いるパラメータの算出方法
を示す作用原理図である。
を示す作用原理図である。
【図５】主軸モータの現在位置と主軸の指令停止位置と
の関係を示す概念図である。
の関係を示す概念図である。
１ 主軸 ２ 動力伝達機構 ３ 位置検出器 ４ 主軸モータ ５ 速度検出器 ６ パワー回路 ７ モータ制御回路
Claims (2)
- 【請求項１】 主軸を所望回転位置に位置決めする主軸
位置決め方式において、主軸モータが基底速度以下にな
ると、主軸モータの速度及び主軸１回転内における回転
位置を検出し、前記検出速度に基づいて設定されている
減速直線に沿って減速停止させる最小移動量を求めると
共に、検出回転位置から目標の停止位置までの移動量を
求め、該移動量が前記最小移動量より大きくなるまで順
次主軸１回転分の移動量を前記移動量に加算して、該加
算して得られた移動量を位置偏差として設定し、該位置
偏差の平方根に設定位置ループゲインを乗じて位置ルー
プ制御を行ない速度指令を求め、該速度指令に基づいて
主軸モータを駆動制御するようにしたことを特徴とする
主軸位置決め方式。 - 【請求項２】 前記最小移動量は検出速度の２乗を上記
減速直線によって決まる予め設定されたパラメータ値で
除して求め、前記位置ループゲインは上記パラメータの
平方根の値であることを特徴とする請求項１記載の主軸
位置決め方式。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4059114A JPH05228794A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 主軸位置決め方式 |
| EP93902532A EP0580866B1 (en) | 1992-02-14 | 1993-01-26 | Spindle positioning method |
| US08/133,127 US5519297A (en) | 1992-02-14 | 1993-01-26 | Spindle positioning method |
| DE69309803T DE69309803T2 (de) | 1992-02-14 | 1993-01-26 | Verfahren zur regelung der lage einer spindel |
| PCT/JP1993/000092 WO1993015876A1 (en) | 1992-02-14 | 1993-01-26 | Spindle positioning method |
| KR1019930703129A KR960012701B1 (ko) | 1992-02-14 | 1993-01-26 | 주축 위치 결정 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4059114A JPH05228794A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 主軸位置決め方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05228794A true JPH05228794A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=13103967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4059114A Pending JPH05228794A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 主軸位置決め方式 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5519297A (ja) |
| EP (1) | EP0580866B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05228794A (ja) |
| KR (1) | KR960012701B1 (ja) |
| DE (1) | DE69309803T2 (ja) |
| WO (1) | WO1993015876A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2362536A2 (en) | 2010-02-23 | 2011-08-31 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Motor control method and motor control system |
| CN103312264A (zh) * | 2012-03-06 | 2013-09-18 | 大隈株式会社 | 轴定位设备 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3219228B2 (ja) * | 1994-07-25 | 2001-10-15 | 船井電機株式会社 | モータのサーボ制御装置 |
| DE19708894C2 (de) * | 1997-03-05 | 2003-04-30 | Pfauter Hermann Gmbh Co | Verfahren zur Lage- und/oder Geschwindigkeitsregelung von Achsen an einer Werkzeugmaschine sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens |
| US6069464A (en) * | 1998-10-01 | 2000-05-30 | Umax Data Systems Inc. | Driving apparatus for an image processing system |
| JP3628199B2 (ja) * | 1999-01-22 | 2005-03-09 | ファナック株式会社 | サーボモータの制御装置 |
| US6510019B1 (en) | 1999-11-12 | 2003-01-21 | Maxtor Corporation | Acceleration tracking position controller |
| DE10305396A1 (de) | 2003-02-11 | 2004-08-19 | Dr. Johannes Heidenhain Gmbh | Verfahren zur Spindelorientierung |
| JP4099503B2 (ja) * | 2005-12-19 | 2008-06-11 | ファナック株式会社 | 回転軸の定位置停止制御装置 |
| JP4382123B2 (ja) * | 2007-12-13 | 2009-12-09 | ファナック株式会社 | 制御モード切り換え機能を有する数値制御装置 |
| CN103394718A (zh) * | 2013-08-21 | 2013-11-20 | 苏州罗兰机电设备有限公司 | 一种可随时调节主轴转速的普通车床 |
| CN110543138B (zh) * | 2019-09-11 | 2022-07-15 | 上海金自天正信息技术有限公司 | 一种主轴定位方法 |
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| JPS6042513B2 (ja) * | 1979-05-18 | 1985-09-24 | 松下電器産業株式会社 | デ−タ収集装置 |
| JPS59231615A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-26 | Fanuc Ltd | 位置ル−プゲイン制御方法 |
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| JP2613937B2 (ja) * | 1989-01-30 | 1997-05-28 | 富士通株式会社 | サーボ回路 |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP4059114A patent/JPH05228794A/ja active Pending
-
1993
- 1993-01-26 WO PCT/JP1993/000092 patent/WO1993015876A1/ja active IP Right Grant
- 1993-01-26 DE DE69309803T patent/DE69309803T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-01-26 KR KR1019930703129A patent/KR960012701B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1993-01-26 US US08/133,127 patent/US5519297A/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-01-26 EP EP93902532A patent/EP0580866B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55154611A (en) * | 1979-05-23 | 1980-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Control unit for positioning stop |
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| US9190946B2 (en) | 2012-03-06 | 2015-11-17 | Okuma Corporation | Spindle positioning device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0580866A4 (en) | 1994-07-27 |
| EP0580866A1 (en) | 1994-02-02 |
| DE69309803D1 (de) | 1997-05-22 |
| WO1993015876A1 (en) | 1993-08-19 |
| DE69309803T2 (de) | 1997-07-24 |
| EP0580866B1 (en) | 1997-04-16 |
| KR960012701B1 (ko) | 1996-09-24 |
| US5519297A (en) | 1996-05-21 |
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