JPS61173684A - Controlling method of servo motor for compensating frictional torque - Google Patents
Controlling method of servo motor for compensating frictional torqueInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、摩擦トルクに起因する、モータの動゛ き
始めと回転方向反転時に生ずる応答の遅れを改善した閉
ループ制御方式のサーボモータ制御方法に関するもので
ある。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention provides a servo motor control method using a closed-loop control method that improves response delays caused by friction torque that occur when the motor starts moving and when the direction of rotation is reversed. It is related to.
一般に、位置フィードバックループをもつサーボモータ
制御装置は、例えば第５図に示すように、モータ１０の
回転位置または機械可動部（図示せず）の位置を制御す
るための位置フィードバックループの他に、モータ１０
の回転速度を制御するための速度フィードバックループ
と、モータ１０のモータ電流を制御するための電流フィ
ードバックループとが設けられている。そして、電流フ
ィードバックループでは、抵抗１１で検出したモータ電
流■４と比例積分制御器１２からの電流指令値１．との
偏差ΔＩが零になるように制御され、速度フィードバッ
クループでは、速度発電機などの速度検出器１３で検出
したモータ速度ｖａａＤ／Ａ変換器１４からの速度指令
値Ｖ、との偏差が零になるように制御されて、最終的に
は、レゾルバやリニアスケール等の位置検出器１５で検
出されたモータ位置１４と指令パルス発生回路１６から
与えられる位置指令値１１との差が零になるように位置
フィードバックループによりモータ位置が制御される。Generally, a servo motor control device having a position feedback loop includes, in addition to a position feedback loop for controlling the rotational position of the motor 10 or the position of a mechanical moving part (not shown), as shown in FIG. motor 10
A speed feedback loop for controlling the rotational speed of the motor 10 and a current feedback loop for controlling the motor current of the motor 10 are provided. In the current feedback loop, the motor current 4 detected by the resistor 11 and the current command value 1. In the speed feedback loop, the deviation from the motor speed vaa detected by a speed detector 13 such as a speed generator or the speed command value V from the D/A converter 14 is controlled to be zero. Eventually, the difference between the motor position 14 detected by the position detector 15 such as a resolver or linear scale and the position command value 11 given from the command pulse generation circuit 16 becomes zero. The motor position is controlled by a position feedback loop.
なお、図中、１７は増幅器、１８３〜１８ｃは加算器で
ある。In the figure, 17 is an amplifier, and 183 to 18c are adders.
第６図は第５図の加算器１８ｂ、比例積分制御器１２お
よび加算器１８ｃ部分の、従来における構成を表す電気
回路図であり、演算増幅器Ｑ、と抵抗Ｒ１−Ｒ，および
コンデンサＣ３により加算器１８ｂと比例積分制御器１
２を構成し、演算増幅器Ｑ２と抵抗Ｒ３〜Ｒ８により加
算器１８ｃを構成していた。FIG. 6 is an electric circuit diagram showing the conventional configuration of the adder 18b, proportional-integral controller 12, and adder 18c in FIG. controller 18b and proportional integral controller 1
The operational amplifier Q2 and the resistors R3 to R8 constitute an adder 18c.
ところで、第６図に示したような構成を有する従来のサ
ーボモータ制御装置において、動き始めにおけるモータ
電流Ｉ４とモータ速度指令Ｖ、およびモータ速度Ｖ、と
の関係を、縦軸にモータ電流１ａ、モータ速度指令Ｖ、
およびモータ速度ｖ４をとり、横軸に方向反転指令入力
時を原点として時間ｔをとって図示すると、前回、停止
前が正。By the way, in the conventional servo motor control device having the configuration shown in FIG. 6, the relationship between the motor current I4 at the start of movement, the motor speed command V, and the motor speed V is plotted on the vertical axis as motor current 1a, Motor speed command V,
If we take the motor speed v4 and plot the time t on the horizontal axis with the origin at the time the direction reversal command is input, the previous time before stopping is positive.
負のどちらの回転であったかで、例えば第７図（ａ）。Depending on which direction the rotation was, for example, Fig. 7(a).
（ｂｌのように２通りになる。 （ａｌ）、 （ｂｌ）
、（ａ２） 。(There are two ways like bl. (al), (bl)
, (a2).
（ｂ２）、（ａ３）、 （ｂ３）で示す曲線３０Ｖ＊、
３１Ｖａ。Curves 30V* shown in (b2), (a3), and (b3),
31 Va.
３２、Ｌａは、それぞれモータ速度指令、モータ速度、
モータ電流を表わす。ただし、サーボモータは、電流指
令Ｉｔ通り回転するものとし、１．を省略する。ここで
１つは機械の摩擦トルク、■。32, La are motor speed command, motor speed,
Represents motor current. However, it is assumed that the servo motor rotates according to the current command It, and 1. omitted. Here, one is the friction torque of the machine, ■.
は機械の静止摩擦トルク、Ｉｔは摩擦トルク及び加速ト
ルクをそれぞれモータ電流に換算した値であり、図示例
では正方向へのモータ回転指令出力開始の場合であり、
（ａｌは停止前が負方向回転、−）は正方向回転であっ
た場合である。is the static friction torque of the machine, and It is the value obtained by converting the friction torque and acceleration torque into motor current, respectively. In the illustrated example, it is a case of starting to output a motor rotation command in the positive direction,
(al is the case where the rotation was in the negative direction before stopping, and -) is the case where the rotation was in the positive direction.
次に、加速・減速トルクを無視できる場合のモータ回転
反転時の例は、第８図のようになる。各記号の意味は第
７図と同様であり、速度指令が正方向から負方向に一定
加速度で減速されている場合である。Next, an example of when the motor rotation is reversed when the acceleration/deceleration torque can be ignored is as shown in FIG. The meaning of each symbol is the same as in FIG. 7, and this is a case where the speed command is decelerated from the positive direction to the negative direction at a constant acceleration.
第７図及び第８図から判るように、ｔ−０で速度指令が
入力されると、曲線３２Ｌ４で示すモータ電流Ｉ４は徐
々に増加していき、１０に達するまで曲線３１ｖ４で示
すモータ速度Ｖ、は零であるか、振動的であるが、およ
そ■。に達すると、モータ速度ｖ４は速度指令ｖ１通り
に回転を開始する。即ち、第５図に示すサーボ系全体が
安定であるにもかかわらず、モータ回転開始時に、振動
的になったり、モータが回転を始めるまでに時間遅れが
生じる。As can be seen from FIGS. 7 and 8, when the speed command is input at t-0, the motor current I4 shown by the curve 32L4 gradually increases until it reaches 10, the motor speed V shown by the curve 31v4. , is zero or oscillatory, but approximately ■. When the motor speed v4 reaches the speed command v1, the motor speed v4 starts rotating according to the speed command v1. That is, even though the entire servo system shown in FIG. 5 is stable, it may vibrate when the motor starts rotating, or there may be a time delay before the motor starts rotating.
このような振動、時間遅れは、当然、数値制御加工誤差
となって現れ、具体的には例えば第９図に示すような振
動の部分をなくしてから切削を始めるために、ある一定
時間のドウエルを必要としたり、第１０図に示すように
、真円の指令ノ＜ ルス列の分配が行なわれて同図の曲
線４０に示す真円に沿って切削が行なわれるべきところ
が、回転方向反転時に応答遅れがあるために円弧切削の
象限切換え部分において、実際の切削物の形状は曲線４
１に示すようにふくらみをもつという不具合を生じる。Such vibrations and time delays naturally appear as numerical control machining errors. Specifically, for example, as shown in Figure 9, in order to start cutting after eliminating the vibration part, a dwell time of a certain period is required. As shown in Fig. 10, when the direction of rotation is reversed, when the direction of rotation is reversed, the part where the distribution of the perfect circular command nozzles is performed and the cutting is to be carried out along the perfect circle shown by curve 40 in the same figure. Due to the response delay, the actual shape of the cut object is curve 4 in the quadrant switching part of circular arc cutting.
This results in the problem of bulging as shown in 1.
なお、第９図の直線ｌｓは位置指令、曲線１４は実際の
モータ位置を表わす。Note that the straight line ls in FIG. 9 represents the position command, and the curve 14 represents the actual motor position.
本発明は、このような従来の問題点を解決して、モータ
の回転開始時、および方向反転時に、摩擦トルクによっ
て引き起こされるモータの振動、応答遅れを補償して制
御精度を高めることを目的とするものである。The present invention aims to solve these conventional problems and improve control accuracy by compensating for motor vibration and response delay caused by friction torque when the motor starts rotating and when reversing direction. It is something to do.
本発明によれば、この解決手段は、モータの回転開始時
および方向反転信号入力時における電流指令値を決定し
ている電圧が摩擦トルク及び加速トルクの和に比例ない
し相当した電圧であること、および、このとき速度指令
および速度がほとんど零であるので、電流指令値を決定
している電圧が積分コンデンサの両端の電位であること
を利用し、モータ回転開始時および方向反転信号入力直
後、積分コンデンサに、摩擦トルク及び加速トルクの和
に相当した電荷をモータ回転方向の向きに瞬時的にチャ
ージすることにより達成される。According to the present invention, the solution is that the voltage determining the current command value at the time of starting rotation of the motor and at the time of inputting the direction reversal signal is a voltage proportional to or equivalent to the sum of friction torque and acceleration torque; Since the speed command and speed are almost zero at this time, the voltage that determines the current command value is the potential across the integral capacitor, and when the motor starts rotating and immediately after the direction reversal signal is input, the integral This is achieved by instantaneously charging the capacitor with an electric charge equivalent to the sum of the friction torque and the acceleration torque in the direction of motor rotation.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically explained based on Examples.
第１図は本発明実施例装置の構成を表わす回路図であり
、第６図と同一符号は同一部分を示している。第１図中
、Ｑｃは速度に対応した電荷を供給するためのＤ／Ａ変
換器７！へ指令を供給するｔ、−メの端子、１ｔＪ＋
はモータ回転開始時および方向反転時に信号パルスが加
えられる入力端子、ＲＥｔ 、ＲＥ、は端子ＩＮ、から
の信号パルスにより接点のトランスファーを行なうリレ
ーである。FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 6 indicate the same parts. In FIG. 1, Qc is a D/A converter 7! for supplying charges corresponding to the speed. t, - terminal for supplying commands to, 1tJ+
is an input terminal to which a signal pulse is applied when the motor starts rotating and when the direction is reversed, and REt and RE are relays that perform contact transfer by signal pulses from the terminal IN.
本実施例装置が第６図に示した従来装置と異なるのは、
積分コンデンサチャージ回路１００を設けたことである
。積分コンデンサチャージ回路１００は、数値制御装置
における指令関数発生器からモータの回転開始信号およ
び回転方向反転信号が出力されたとき、瞬時的に積分コ
ンデンサに電荷をチ＋−ジするものである。The difference between this embodiment device and the conventional device shown in FIG. 6 is that
This is because an integral capacitor charge circuit 100 is provided. The integral capacitor charging circuit 100 instantaneously charges an integral capacitor when a motor rotation start signal and a rotation direction reversal signal are output from a command function generator in a numerical control device.
第２図は第１図で示した回路を動作させた場合における
各部の信号波形を表わす図であり、以下同図を参照して
第１図で示した回路の動作を詳述する。FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms at various parts when the circuit shown in FIG. 1 is operated, and the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be described in detail below with reference to the same figure.
指令関数発生器から、第２図（ａｌに示すようなモータ
回転開始信号パルスあるいは回転方向反転信号パルスと
、第２図（ｂｌに示すような積分コンデンサＣ９にチャ
ージしようとする１ｍ分の電圧が発生されると、（ａ）
のパルスの立ち上がり時にリレーＲＥＩ 、ＲＥｔは０
側にオンとなり、積分コンデンサＣ１はチャージされ、
（オ）の立ち下がり時にリレーＲＥ＋、ＲＥ４は■側に
オンとなり、比例積分制御の形に戻る。モータの回転開
始時、方向反転時には、速度指令Ｖ、および検出速度ｖ
４は共に零であるから、第２図（ｄ＋に示すように瞬時
的に電流指令りをコントロールできることになる。From the command function generator, a motor rotation start signal pulse or a rotation direction reversal signal pulse as shown in Fig. 2 (al) and a voltage for 1 m to be charged to the integrating capacitor C9 as shown in Fig. 2 (bl) are generated. When generated, (a)
At the rising edge of the pulse, relay REI and REt are 0.
side, the integrating capacitor C1 is charged,
When (E) falls, relays RE+ and RE4 turn on to the ■ side, returning to proportional-integral control. When the motor starts rotating and when the direction is reversed, the speed command V and the detected speed V
4 are both zero, so the current command can be instantaneously controlled as shown in FIG. 2 (d+).
１０１、 ＋ａ＋は、それぞれ速度指令値およびモータ
速度である。101 and +a+ are the speed command value and motor speed, respectively.
以上の説明かられかるように、本発明は指令関数発生器
からモータの回転開始時、方向反転時のパルスが入力さ
れた瞬間に、そのときの電流指令値を決定している指令
電圧を任意に設定できるから、摩擦トルクや加速トルク
によるサーボ系の遅れを大幅に改善することができる。As can be seen from the above description, the present invention enables the command voltage that determines the current command value to be arbitrarily set at the moment when a pulse is input from the command function generator at the time when the motor starts rotating or when the direction is reversed. , it is possible to significantly improve servo system delays caused by friction torque and acceleration torque.
従って、本発明を数値制御装置のサーボモータ制御装置
に適用すれば、第９図に示すようなモータ回転開始時の
振動、第６図に示すような加工誤差がなくなり、加工精
度の向上、モータのすばやい応答が７き、非常に有効で
ある。Therefore, if the present invention is applied to a servo motor control device of a numerical control device, vibrations at the start of motor rotation as shown in FIG. 9 and machining errors as shown in FIG. 6 will be eliminated, improving machining accuracy and It has a quick response and is very effective.
以下、いくつかの応用変形例について述べる。Some applied variations will be described below.
第１図の積分コンデンサＣ８を電荷チャージ中、端子■
、■間がオープン状態になり、演算増幅器ＱＩの高ゲイ
ンの開放利得により瞬時的に以上電圧を発生するおそれ
がある。これを防ぐために第３図に示すように、積分コ
ンデンサＣ５に並列にｌａ＋のコンデンサＣ２あるいは
伽）の抵抗Ｒ５を挿入することが考えられる。While charging the integrating capacitor C8 in Figure 1, the terminal ■
. In order to prevent this, it is conceivable to insert a resistor R5 of an la+ capacitor C2 or a resistor R5 in parallel with the integrating capacitor C5, as shown in FIG.
次に、電流指令値を決定している指令電圧を一定にする
場合の積分コンデンサチャージ回路１００を第４図に示
す、同図において、４１．４２゜４３はリレーで、その
動作は第１図の場合と同様 、である、４４はＯＲ回路
、４５．４６は演算増幅器である。いま、信号パルスが
端子ＩＮ、から入力された場合を考える。信号パルス立
ち上がり時にリレー４１．４３は■側にオン、リレー４
２は■側にオンとなり、コンデンサＣ１は演算増幅器４
５の出力電圧により （Ｒ＋／Ｒ＋＋Ｒｔ）Ｖｃ （Ｖ
）分だけの電荷がチャージされ、同様に端子ＩＮ。Next, FIG. 4 shows an integral capacitor charging circuit 100 for keeping the command voltage that determines the current command value constant. As in the case of , 44 is an OR circuit, and 45 and 46 are operational amplifiers. Now, consider the case where a signal pulse is input from the terminal IN. When the signal pulse rises, relays 41 and 43 turn on to the ■ side, relay 4
2 is turned on to the ■ side, and the capacitor C1 is connected to the operational amplifier 4.
(R+/R++Rt)Vc (V
) is charged to the terminal IN.
から入力された場合は信号パルス立ち上がり時に（Ｒｌ
／ Ｒ＋ ＋ Ｒ＊） Ｖ ｅ （Ｖ ）分だけの電荷
がチャージされる。信号パルス立ち下がり時にはリレー
４１．４２．４３はすべて■側にオンとなり、比例積分
制御の形に戻る。If input from Rl
/R+ + R*) Ve (V) is charged. When the signal pulse falls, all relays 41, 42, and 43 are turned on to the ■ side, returning to proportional-integral control.
また、リレーによるスイッチの代わりに、各種のアナロ
グスイッチなどの電子スイッチを用いることもできる。Moreover, instead of a switch using a relay, electronic switches such as various analog switches can also be used.
なお、指令発生器からモータの回転開始信号、回転方向
反転信号が得られない場合は、速度指令信号パルスと速
度指令方向′より、例えば第１１図に示す回路により、
速度指令Ｖ、が零から非零へ変化する瞬間、あるいは極
性反転の瞬間をとらえ、等測的に、モータの回転開始と
方向反転時の信号とパルスとずればよいｓ１３＋ は反
転回路、Ｂｔ。If the motor rotation start signal and rotation direction reversal signal cannot be obtained from the command generator, the circuit shown in FIG.
The moment when the speed command V changes from zero to non-zero, or the moment when the polarity is reversed, can be captured and isometrically shifted from the signal and pulse when the motor rotation starts and when the direction is reversed. s13+ is an inverting circuit, Bt.
Ｂツ、Ｂｈ 、ＢｔはＡＮＤ回路、Ｂｎ、Ｂａは再トリ
ガ可能な単安定マルチ、Ｂｔ、Ｂｑは単安定マルチであ
る。またＰＵＬＳＥは速度指令信号パルス、５ＩＧＮμ
速度指令方向の入力端子、ＩＮ、。Btsu, Bh, and Bt are AND circuits, Bn and Ba are retriggerable monostable multis, and Bt and Bq are monostable multis. PULSE is a speed command signal pulse, 5IGNμ
Input terminal for speed command direction, IN.
ＩＮ、はそれぞれ正、負方向のモータ回転開始と方向反
転時の信号パルスの出力端子である。IN is an output terminal for signal pulses at the start of motor rotation in the positive and negative directions and at the time of direction reversal, respectively.
上述したように、本発明によれば、モータの回転開始時
および方向反転時に、摩擦トルク及び加速トルクによっ
て引き起こされるモータの振動、応答遅れを補償して制
御精度を高めることができるという効果を奏するもので
ある。As described above, according to the present invention, control accuracy can be improved by compensating for motor vibration and response delay caused by friction torque and acceleration torque when the motor starts rotating and when the direction is reversed. It is something.
第１図は本発明を実施するための構成を示す回路図、第
２図は第１図における動作波形を示す波形図、第３図は
演算増幅器のオープン状態を補償するための方法の例を
示す回路図、第４図は本発明の他の構成例を示す回路図
、第５図は一般的な位置フィードバックループをもつサ
ーボモータ制御装置のブロック図、第６図は第５図の比
例積分器まわりの部分の従来構成を示す電気回路図、第
７図は従来における制御動作を示す波形図、第８図〜第
１０図は応答遅れによる追従状態を示す説明図、第１１
図は指令発生器からモータの回転開始信号、回転方向反
転信号が得られない場合にこれらの信号を得るための回
路図である。
図中１００は本発明による積分コンデンサチャージ回路
である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration for implementing the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram showing operating waveforms in FIG. 1, and FIG. 3 is an example of a method for compensating for an open state of an operational amplifier. 4 is a circuit diagram showing another configuration example of the present invention, FIG. 5 is a block diagram of a servo motor control device with a general position feedback loop, and FIG. 6 is a proportional integral diagram of FIG. 5. An electric circuit diagram showing the conventional configuration of the parts around the device, Fig. 7 is a waveform diagram showing the conventional control operation, Figs. 8 to 10 are explanatory diagrams showing the follow-up state due to response delay, Fig. 11
The figure is a circuit diagram for obtaining a motor rotation start signal and a rotation direction reversal signal when these signals cannot be obtained from the command generator. In the figure, 100 is an integral capacitor charge circuit according to the present invention.
Claims (1)
のアナログ素子により構成される比例積分制御器あるい
は積分一比例制御器または積分−比例−微分制御器を有
するサーボモータ制御装置において、前記サーボモータ
制御装置の指令関数発生器から動作始めの指令あるいは
方向反転の指令が出力された瞬間に、前記積分用コンデ
ンサを切り離すと共に、前記指令に対応した極性と大き
さを持つ電荷量を前記積分コンデンサにチャージし、再
び元の回路に接続することを特徴とするサーボモータの
制御方法。1. In a servo motor control device in which the speed loop has a proportional-integral controller, an integral-proportional controller, or an integral-proportional-derivative controller configured with analog elements such as an operational amplifier, a resistor, and an integrating capacitor, the servo motor control device At the moment when a command to start operation or a command to reverse the direction is output from the command function generator of the device, the integrating capacitor is disconnected, and the integrating capacitor is charged with a charge having a polarity and magnitude corresponding to the command. A servo motor control method characterized by connecting the servo motor to the original circuit.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1212585A JPS61173684A (en) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | Controlling method of servo motor for compensating frictional torque |
| DE19853590662 DE3590662T1 (en) | 1984-12-22 | 1985-12-21 | |
| US06/898,562 US4743822A (en) | 1984-12-22 | 1985-12-21 | Servo motor control method and apparatus |
| EP19860900261 EP0207166A4 (en) | 1984-12-22 | 1985-12-21 | Method and apparatus for controlling servo motor. |
| PCT/JP1985/000701 WO1986003904A1 (en) | 1984-12-22 | 1985-12-21 | Method and apparatus for controlling servo motor |
| GB8622676A GB2180079B (en) | 1984-12-22 | 1985-12-21 | Servo motor control method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1212585A JPS61173684A (en) | 1985-01-24 | 1985-01-24 | Controlling method of servo motor for compensating frictional torque |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61173684A true JPS61173684A (en) | 1986-08-05 |
Family
ID=11796815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1212585A Pending JPS61173684A (en) | 1984-12-22 | 1985-01-24 | Controlling method of servo motor for compensating frictional torque |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61173684A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63194583A (en) * | 1987-02-06 | 1988-08-11 | Sanyo Denki Co Ltd | Control of servomotor |
-
1985
- 1985-01-24 JP JP1212585A patent/JPS61173684A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63194583A (en) * | 1987-02-06 | 1988-08-11 | Sanyo Denki Co Ltd | Control of servomotor |
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