WO1990006622A1 - Method of controlling the speed of a servomotor - Google Patents

Description

' 明 細 耆

サ ー ボ モ ー タ の速度制御方法

技 術 分 .

本発明は、 サ ー ボモ ー タ の低速回転時の脈動回転を防 止でき る サ― ボモ ー タ の速度制御方法に関する。

背 景 技 術

駆動源にサー ボモー タ を用いた各種機械 （例えば N C 工作機械） において、 サ ー ボモ ー タ の回転速度を制御 し て機械作動部 （例えば工作機械の送り軸に沿っ て移動自 在の工具テー ブル） を所定速度で駆動する こ と は公知で あ る。 一般に、 こ の種の機械は、 サ ー ボモ ー タ が所定角 度回転する度に エ ン コ ー ダか ら供給される フ ィ 一 ドバッ ク パル ス の発生周波数に基づいて実際モ ー タ 回転速度を 検出す る と共に実際速度 と 目標速度と の偏差に応 じて駆 動電流を サ ー ボ モ — 夕 に供給する サ ー ボ系 を備え、 サ ー ボモー 夕 を目標速度で回転させる よ う に し ている。

近年、 速度制御用プ ロ グ ラ ム内蔵のプ ロ セ ッ サを搭載 した ソ フ ト ウ エ アサ ー ボ系が用い られてい る。 典型的に は、 ソ フ ト ゥ ヱ アサ— ボ系は、 速度指令値 V C M D と実 際モ ー タ速度 f b と の偏差の積分値か ら値 f b と比例ゲ ィ ン k 2 と の積を減 じて ト ルク 指令 T q c を得る速度制 御ルー プ部 （第 1 図） を備えてい る。 第 1 図中、 符号 2 0 は伝達関数が k 1 / S ( K 1 は積分ゲイ ン を示す） で 表される積分項を示 し、 符号 2 3 及び 2 4 はサ ー ボ モ ー タ の伝達関数を示 し、 符号 K t 及び J mは ト ル ク定数及 - -

びィ ナ '一 シ ャ を夫々表す。

そ して、 従来の ソ フ ト ウ ェ アサーボ系においては、 ェ ン コ ー ダか ら供給される フ ィ 一 ドバッ ク パ ル スを速度制 御処理周期に等 しい周期で検出 し、 一検出周期中に検出 されたパ ル ス数を当該周期で除すこ と によ り、 実際モ ー タ速度を表す速度パラ メ ー タ （以下、 評価速度と云う ） を算出 している。 しか し ながら、 斯かる検出方法によれ ば、 検出パ ル ス数に基づいて算出 した評価速度によ り実 際モー タ速度が正確に表されない場合があ る。

例えば、 サー ボモータ 1 回転当 り 1 0， 0 0 0 個のノ、。 ル ス を発生する エ ン コ ー ダか らの フ ィ ー ド パ、 ッ ク パ ル ス を速度制御処理周期 T S (例えば 2 m s ec ) に等しい周期 で検出する場合、 サーボモー タ が毎分 2 回転する低速回 転時には、 毎分 2 0， 0 0 0 個すなわち 1 検出周期当 り 3 分の 2 個のパル スが発生する。 換言すれば、 互いに連 続する 3 つの検出周期の う ち 2 つで夫々 1 つのフ ィ 一 ド バ ッ ク パ ル ス が検出され、 両該周期での評価速度の算出 値は 1 Z T S になる。 ま た、 残り の 1 つの周期ではフ ィ 一 ドバ ッ ク パ ル ス は検出 されず当該周期での評価速度の 算出値は 「 0 」 になる （第 2 図） 。 こ の結果、 実際速度 f b を表す評価速度が値 「 0 」 と値 「 1 Z T S 」 と の間 で大き く 変動する。 従っ て、 上記従来の速度制御方法に よれば、 1 フ ィ ー ドバッ ク パ ル ス の検出パ ル ス数への寄 与分が大きい低速回転時において実際速度検出上の誤差 が発生 し易 く、 モー タ回転に脈動を生 じ易い。 結果と し て、 例えば、 サ ― ボモー タ によ り 駆動される工作機械の 送り軸の回転にむ らが生 じ、 振動発生の原因と な る。

発 明' の 開 示

本発明の目的は、 サ― ボモ ー タ の低速回転時に もモ ー タ 回転に脈動を生 じ る こ と な く モ ー タ を円滑に回転させ る こ と の で き る サ ― ボモ ー タ の速度制御方法を提供する こ と に あ る。

上述の 目的を達成する ため、 本発明の一つの態様によ る サ ー ボモ ー タ の速度制御方法は、 評価速度算出周期を 2 の整数倍で除 した値に等 しい周期でフ ィ 一 ドバ ッ ク パ ル ス を検出する工程 （ a ) と、 各該検出周期において検 出 した フ ィ ー ドバ ッ ク パ ル ス の数を記憶す る工程 （ b ) と、 各々 の評価速度算出周期において検出及び記憶 した フ ィ — ドバッ ク パ ル ス数を表す第 1 の値を算出する工程 ( c ) と、 各該評価速度算出周期の直前の評価速度算出 周期の中間点か ら各前記評価速度算出周期の中間点ま で に検出 したフ ィ ― ドバ ッ ク パル ス の数を表す第 2 の値を 算出す る工程 （ d ) と、 前記第 1 の値と前記第 2 の値と に基づいて実際サ ー ボモ ー タ 回転速度を表す評価速度を 算出す る工程 （ e ) と を備える。

本発明の別の態様によ る速度制御方法は、 評価速度算 出周期を 2 の整数倍で除 した値に等 しい周期でフ ィ ー ド バ ッ ク パ ル ス を検出する工程 （ a ) と、 各該検出周期に おいて検出 した フ ィ 一 ドバ ッ ク パ ル ス の数を記憶するェ 程 （ b ) と、 各々 の評価速度算出周期にお いて検出及び 記億したフ ィ ー ドバ ッ ク パル ス数を表す第 1 の値を算出 する工程 （ c ) と、 各該評価速度算出周期の直前の評価 速度算出周期に含まれる複数の検出周期の夫々 の開始時 点か ら各前記評価速度算出周期に含まれる複数の検出周 期の対応する も のの開始時点までに検出 したフ ィ ー ドバ ッ ク パ ル ス の数を表す複数の値を夫々算出する工程 （ d ) と、 前記第 1 の値および前記複数の値に基づいて実際サ —ポモ ー タ回転速度を表す評価速度を算出する工程 （ _e ) と ¾Τ備 る _α

上述のよ う に、 本発明の速度制御方法に よれば、 評価 速度算出周期を 2 の整数倍で除した値に等 しい周期で検 出， 記憶したフ ィ ー ドバ ッ ク パル ス の数に基づいて、 各 々 の評価速度算出周期におけるパル ス数と、 各該評価速 度算出周期の直前の評価速度算出周期の中間点から各前 記評価速度算出周期の中間点までのパル ス数或は各該評 価速度算出周斯の直前の評価速度算出周期に含まれる検 出周期の夫々 の開始時点か ら各前記評価速度算出周期に 含まれる検出周期の対応する も の の開始時点ま でに検出 した夫々 のパ ル ス数とを算出 し、 これらの算出パル ス数 に基づいて実際サ ー ボモ ータ回転速度を表す評価速度を 算出する よ う に したので、 サー ボモー夕 の低速回転時に も評価速度の変動を低減でき る。 こ の結果、 サー ボモ - 夕 の回転む らを低減でき、 従って、 サー ボモー タ によ り 駆動される各種機械作動部例えば工具テ ー ブルの振動を 防止で き る。 ' 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は ソ フ ト ウ エ アサー ボ系の速度制御ルー プ部を 例示す る ブロ ッ ク 図、 第 2 図は従来のサー ボモー タ速度 制御方法におけ る評価速度の時間経過に伴 う変化を示す 図、 第 3 図は本発明によ る サ ― ボモ ー タ の速度制御方法 の作動原理を示す図、 第 4 図は第 3 図の方法における評 価速度の変化を例示する 図、 第 5 図は本発明の第 1 の実 施例に よ る速度制御方法における フ ィ 一 ド バ ッ ク パ ル ス 検出及び格納処理を示す フ ロ ー チ ャ ー ト、 第 6 図は第 5 図の処理に続いて実行さ れる評価速度算出処理のフ ロ ー チ ャ ー ト、 およ び、 第 7 図は本発明の第 2 の実施例によ る速度制御方法を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 第 3 図を参照 して、 本発明によ る サ ー ボモ ー 夕 の速度制御方法の作動原理を説明する。

本発明によれば、 サー ボモ ー タ の運転中、 評価速度算 出処理が速度制御処理周期に等 し い第 1 の所定周期 （以 下、 算出周期と云 う ） T S で周期的に実行 さ れる と共に、 算出周期 T S を 2 の整数倍で除した値に等 し い第 2 の所 定周期 （以下、 検出周期 と云う ） T S Z 2 k で フ ィ ー ド バ ッ ク パ ル ス検出及び格納処理が周期的に実行される。 そ して、 各該検出周期において、 サ ー ボモ ー タ に装着 し たエ ン コ ー ダか ら供給さ れる フ ィ 一 ドバ ッ ク ノ、⁰ ル ス の数 が検出 さ れ記憶 さ れる。

こ こ で、 時刻 （ m— 1 ) T S に始ま り 時刻 m T S に終 一 _c

6 一 る第 m回目の算出周期に含まれる 2 k個の検出周期の夫 々 にお いて検出される フ ィ ー ド ノ ッ ク ノ、。ル ス数を p 2km 一 2k+l， P 2km-2k+2, ' · · , P 2 kmで表す と、 これらの 検出周期において検出さ れる フ ィ 一 ドバッ ク パル ス の総 数 Amは下記第 （ 1 ) 式で表される。

2 km

A m = ∑ P i - - . ( l ) i=2km-2k+l

同様に、 第 m— 1 回目 の算出周期に含ま れる夫々の検 出周期において検出されるパル ス数を P 2k(m-l)-2k + l, • · ·， P 2k(m-i)で夫々表すと、 第 m— 1 回目の算出 周期内の中間点 （ m - 1 ) T S — T S 2 から第 m回目 の算出周期内の中間点 m T S 一 T S / 2 ま でに検出され る フ ィ ー ドバッ ク パルス の総数 B mは下記第 （ 2 ) 式で 表される。

2km-k

B m = ∑ P i - . ( 2 ) i=2k(m-l)-k+l

次に、 上記第 （ 1 ) 式及び第 （ 2 ) 式に従って夫々算 出 したパ ル ス数 A m及びパル ス数 B mの平均値を算出 し、 さ ら に当該平均値を算出周期 T S で除す こ と によ り実際 モー タ 回転速度 ί b を表す評価速度 f b ， を求める。 す なわち、 評価速度 i b ' は下記第 （ 3 ) 式によ り表され

O o

f b ' = ( Am + B m) / 2 T S - . . ( 3 ) 上述のよ う に して算出 した評価速度 f b ' に基づいて、 対応す る速度制御処理周期におけ るサー ボモ ー タ の速度 制御が好適に行われる。

以下、 好適な速度制御を行える理由を説明す る。 こ こ で、 第 1 図及び第 2 図を参照 して説明 した上記従来例と 同様、 サ ー ボモ ー タが 1 回転する 間に 1 0 , 0 0 0 パ ル スを発生する ェ ン コ ー ダを用いる と共に 2 m s e cの周期 T S で評価速度算出処理 （速度制御処理） を実行する一方 で、 従来例と異な り、 算出周期 T S よ り も短い 5 0 0 s e cの周期で S / 4 でパ ル ス検出及び格納を行 う と仮定 する。 こ の場合、 毎分 2 回転の低速度でサ ー ボモ ー タ が 回転す る と き、 1 算出周期 T S 当 り 3 分の 2 個のフ ィ ー ドバ ッ ク パル ス が、 従っ て、 1 検出周期当 り 6 分の 1 個 の フ ィ ー ドバッ ク パ ル ス が検出さ れる。 換言すれば、 第 4 図に示すよ う に、 6 検出周期に一回の割合でフ ィ ー ド ノ、、 ッ ク パルスが検出される。 そ して、 上記値 A mおよび B πιに夫々対応す る夫々 の算出周期でのパ ル ス総数 Α及 びこ れに関連す る パル ス総数 B は、 時間経過につれて第 4 図に示すよ う に変化 し て値 「 1 」 ま たは値 「 0 」 を と る。 こ の結果、 評価速度 i b ， は、 互いに連続する 3 つ の算出周期の 1 つ において値 「 1 ノ T S 」 を、 残 り の 2 つ にお いて値 「 1 Z 2 T S 」 を と る。 すなわち、 評価速 度が値 「 1 ノ T S 」 と値 「 0 」 間で変動す る従来法 （第 2 図） に比べて、 評価速度 f b ， の変動が抑制され、 結 果と し てサー ポモ ー タ 回転速度の変動が低減さ れる。 一 — 以下、 本発明の第 1 の実施例によるサー ボモータ の速 度制御方法を、 駆動源にサー ポモー タ を用いた N C工作 機械に搭載される従来公知のソ フ ト ウ エアサー ボ系に適 用 した場合を例に と って説明する。

図示を省略する が、 こ の ソ フ ト ウ ェ アサ ー ポ系は、 制 御プロ グ ラ ムを內蔵したプロ セ ッ サ と、 各種レ ジ ス タ を 有しかつプロセ ッ サに接続された R A Mと を備え、 所定 周期で速度制御処理およ び評価速度算出処理を夫々実行 する と共に当該所定周期よ り も短い周期で電流制御ルー プ処理を実行 し、 さ ら に、 サー ポモー タ に装着 したェ ン コ ー ダか ら供給される フ ィ 一 ドバ ッ ク パル スを、 電流制 御ル - プ処理周期と等しい周期で検出する よ う にな っ て いる。 電流制御ルー プ処理周期すなわち検出周斯は、 評 価速度算出周期 （速度制御処理周期） を 2 の整数倍で除 した値に さ れて い る。

以下、 第 5 図及び第 6 図を参照 して、 上記ソ フ ト ゥ ェ アサ— ボ系の作動を説明する。

プロ セ ッ サは、 第 6 図の評価速度算出処理を第 1 の所 定周期 （以下、 算出周期 と云う） T S で周期的に実行す る と共に、 第 5 図のフ ィ ー ドバッ ク パル ス検出及び格納 処理を第 2 の所定周期 （以下、 検出周期と云う ） T S Z 2 k例えば T S Z 4 で周期的に実行する。、

検出及び格納処理にお いて、 先ず、 プ ロ セ ッ サは、 今 回の検出周期中 に発生 したフ ィ ー ドバッ ク パ ル ス の数を 検出す る （ ステ ッ プ S l ) 。 次に、 R A M に夫々 内蔵し た レ ジ ス タ R 1〜 R 3 k (例えば 6 つ の レ ジ ス タ R 1〜 R 6) の記憶内容を更新する （ ス テ ッ プ 3 2 〜 3 3 1^ + 1 ) 。 すなわ ち、 レ ジ ス タ R 3kに レ ジ ス タ R 3k - 1の記憶値を格 納 し （ ス テ ッ プ S 2 ) 、 次に、 レ ジ ス 夕 R 3k-l〜 R 2の 夫々 に レ ジ ス タ R 3k-2〜 R 1の夫々 の記憶値を格納する ( ス テ ッ プ S 3 〜 ス テ ッ プ S 3 k ) 。 更に、 今回検出周 期中に検出 したパ ル ス数 P を レ ジ ス タ R 1に格納 し （ ス テ ツ プ S 3 k + 1 ) 、 今回周期での検出及び格納処理を 終える。

評価速度算出処理において、 プ ロ セ ッ サ は、 レ ジ ス タ

R l〜 R 2kた と え ば R 1〜 R 4の夫々 の記憶値を加算 して (第 （ 1 ) 式） 、 今回の算出周期中に発生 したフ ィ ー ド バ ッ ク パ ル ス の総数 Aを求める （ ス テ ッ プ S 1 0 0 ) 。 次いで、 レ ジ ス タ R 2k-l〜 R 3k例えば R 3〜 R 6の夫々 の 記憶値を加算 して （第 （ 2 ) 式） 、 前回の算出周期の中 間点か ら今回の算出周期の中間点までに発生 したパル ス の総数 B を求め る （ ス テ ッ プ S 1 0 1 ) 。 さ ら に、 これ ら 2 つ の算出値 A， B に基づいて第 （ 3 ) 式に示す演算 を行っ て実際モ ー タ速度 f b を表す評価速度 i b ' を算 出 し （ ス テ ッ プ S 1 0 2 ) 、 今回周期での評価速度算出 処理を終了する。

そ して、 次の評価速度算出処理 と好ま し く は同時に開 始される処理周期での速度制御処理 （図示略） を上述の よ う に し て算出 した評価速度 f b ， に応 じ て実行する。 こ の結果、 サー ポモー タ は、 低速回転時に も脈動回転を - -

来すこ 'とな く 円滑に回転 し、 サー ボモー タ によ り駆動さ れる工作機械の作動部例えば工具テ ー ブル の振動が抑制 れる。

以下、 第 7 図を参照して、 本発明の第 2 の実施例によ る サ — ボモータ の速度制御方法を説明する。

こ の実施例の方法は、 各々 の評価速度算出周期の直前 の算出周期の中間点から各算出周期の中間点までのパル ス総数を用いて評価速度を算出す る第 1 の実施例の方法 と比べ、 従来公知のソ フ ト ウ ェ アサー ボ系に適用 して好 適なサー ボモー タ速度制御を実行でき る点が共通する。 そ の一方で、 各々 の算出周期の直前の算出周期に含まれ る検出周期の夫々 の開始時点から各該算出周期に含まれ る検出周期の対応する も の の開始時点までに検出した夫 々のパ ル ス総数を用いる点が異な る。 こ のため、 第 2 の 実施例の方法が適用される ソ フ ト ウ ェアサ― ボ系のプロ セ ッ サは、 1 評価速度算出周期に含まれる パル ス検出及 ぴ格納周期の数 「 2 k」 と値 「 2 」 と の積から値 「 1 」 を減じた値 「 4 k - 1 J に等しい数例えば 7 つ の レ ジ ス 夕 を備えている。

本実施例において、 プ ロ セ ッ サは、 第 1 の実施例の場 合と略同様のフ ィ 一 ドバ ッ ク パ ル ス検出及び格納処理を 実行する。 但し、 3 k個 （例えば 6 つ） の レ ジ ス タ につ いてで は な く、 4 k 一 1 個 （例えば 7 つ ） の レ ジ ス タ に いて第 5 図に対応する記億内容更新処理を行う。

第 4 図に対応する第 7 図に示す評価速度算出処理の各 々 の実 周期にお いて、 プ ロ セ ッ サ は、 レ ジ ス タ R 1〜 R 4の記憶値を加算 して今回算出周期中に検出 したパ ル ス総数 A を求め る。 ま た、 レ ジス タ R 2〜 R 5の記憶値を 加算 し て前回算出周期に含ま れる第 4 番目 の検出周期開 始時点か ら今回算出周期に含ま れる第 4 番目の検出周期 開始時点までに検出 したパル ス総数 A 1 を求める。 さ ら に、 レ ジ ス タ R 3〜 R 6の記憶値を加算 して前回算出周期 の第 3 番目の検出周期開始時点か ら今回算出周期の第 3 番目の検出周期開始時点までに検出 したパ ル ス総数 A 2 を求め、 レ ジ ス タ R 4〜 R 7の記憶値を加算 して前回算出 周期の第 2 番目 の検出周期開始時点から今回算出周期の 第 2 番目の検出周期開始時点ま でに検出 し たパ ル ス総数 A 3 を求める。 次いで、 プロ セ ッ サは、 こ れらパル ス総 数 A〜 A 3 の平均値を算出周期 T S で割っ て今回周期で の評価速度 f b ' を求め る。

第 7 図か ら明 らかなよ う に、 評価速度 f b ' は時間経 過につれて第 4 図に示す第 1 の実施例の場合と同様に変 化する。 但 し、 一般には、 第 1 の実施例 と第 2 の実施例 とで評価速度変化は相異な る。

Claims

' 請 求 の 範 囲

評価速度算出周期を 2 の整数倍で除し た値に等しい 周期でフ ィ ー ドバ ッ ク パル スを検出する工程 （ _a ) と、 各該検出周期において検出 したフ ィ 一 ド バ ッ ク パルス の数を記憶す る工程 （ b ) と、 各々 の評価速度算出周 期において検出及び記億したフ ィ 一 ドバ ッ ク パルス数 を表す第 1 の値を算出する工程 （ c ) と、 各該評価速 度算出周期の直前の評価速度算出周期の中間点か ら各 前記評価速度算出周期の中間点までに検出 したフ ィ 一 ドバ ッ ク パル ス の数を表す第 2 の値を算出する工程

( d ) と、 前記第 1 の値と前記第 2 の値 と に基づいて 実際サ ー ボモ ー タ回転速度を表す評価速度を算出する 工程 （ e ) と を備える サー ポモ― タ の速度制御方法。

. 前記工程 （ e ) に お いて前記第 1 の値 と前記第 2 の 値の平均値を前記評価速度算出周期で割っ て前記評価 速度を算出する請求の範囲第 1 項記載のサー ポ モ — 夕 の速度制御方法。

. 評価速度算出周期を 2 の整数倍で除し た値に等 しい 周期でフ ィ ー ドバ ッ ク パル スを検出する工程 （ a ) と、 各該検出周期において検出 した フ ィ ー ドバッ ク パル ス の数を記憶する工程 （ b ) と、 各々 の評価速度算出周 期において検出及び記億したフ ィ ― ドバ ッ ク パル ス数 を表す第 1 の値を算出する工程 （ c ) と、 各該評価速 度算出周期の直前の評価速度算出周期に含まれる複数 の検出周期の夫々 の開始時点か ら各前記評価速度算出 周期'に含ま れる複数の検出周期の対応す る も のの開始 時点ま でに検出 したフ ィ ー ドバ ッ ク パル ス の数を表す 複数の値を夫々算出する工程 （ d ) と、 前記第 1 の値 およ び前記複数の値に基づいて実際サ ー ボモー タ 回転 速度を表す評価速度を算出する工程 （ e ) と を備える サ ー ボモ ー タ の速度制御方法。

4 . 前記工程 （ e ) にお いて前記第 1 の値と前記複数の 値の平均値を前記評価速度算出周期で割 っ て前記評価 速度を算出す る請求の範囲第 3 項記載のサー ボモー タ の速度制御方法。