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JP2007052590A - Numerical controller and numerical control method - Google Patents

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JP2007052590A
JP2007052590A JP2005236614A JP2005236614A JP2007052590A JP 2007052590 A JP2007052590 A JP 2007052590A JP 2005236614 A JP2005236614 A JP 2005236614A JP 2005236614 A JP2005236614 A JP 2005236614A JP 2007052590 A JP2007052590 A JP 2007052590A
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JP
Japan
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speed
command
motor
speed command
current
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Pending
Application number
JP2005236614A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Takahashi
誠 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a numerical controller which can safely stop without applying any large impact to any motor or machine system when a movable body stops by reducing over-travel amounts from the boundary of a movement inhibition region, and to provide a numerical control method. <P>SOLUTION: This numerical controller is provided with a soft limit setting means 57 for setting the movement forbidden position of a movable body 74; a deceleration setting means 58 for setting set deceleration; and a movement forbidden position intrusion disabling means 59 for generating a third speed command by reducing a first speed command so that a set deceleration stop distance when the speed of the first speed command is decelerated by the set deceleration speed to stop the movable body can be made smaller than a movable distance as a difference between the forbidden position of a movable forbidden region and the current position. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、可動体を速度制御する数値制御装置に関する。   The present invention relates to a numerical controller that controls the speed of a movable body.

従来より、工作機械等の駆動を制御する数値制御においては、プログラムミスやオペレータの操作ミス等により制御対象の可動体が他の構成部品に干渉するのを防止するために、移動禁止領域を設定し、可動体がこの移動禁止領域に侵入したことを検出した時、警告を発すると共に可動体を非常停止させるように制御している。この移動禁止領域への侵入の検出方法として、パラメータによって可動上限値及び下限値を設定し、エンコーダ等の位置検出器からの可動体の現在位置信号と可動上限値及び下限値との比較によりソフト的に移動禁止領域への侵入を検出するソフトリミット手段が提案されてきた。 Conventionally, in numerical control that controls the drive of machine tools, etc., a movement prohibition area has been set in order to prevent the movable body to be controlled from interfering with other components due to program errors or operator operation errors. When it is detected that the movable body has entered the movement prohibited area, a warning is issued and the movable body is controlled to be brought to an emergency stop. As a method for detecting the intrusion into the movement prohibited area, a movable upper limit value and a lower limit value are set by parameters, and the current position signal of the movable body from a position detector such as an encoder is compared with the movable upper limit value and the lower limit value. In particular, soft limit means for detecting intrusion into the movement prohibited area has been proposed.

速度制御時のソフトリミット手段においては、位置制御時とは異なり可動体の目標位置の変更や指令位置の管理を行わない為、移動可能領域内に停止させることは困難である。速度制御時のソフトリミット手段の1つとして、特許文献1によれば、図4に示すように速度指令信号Vに従って移動中の可動体が移動可能領域を超えた時に、図4(A)のソフトリミットアラームSAを発生させ、緊急停止の為に即座に速度指令信号Vを遮断する(図4(B))。しかし速度指令信号Vを遮断して速度指令信号Vを0にすると、停止時にモータや機械系に大きな衝撃を与えることになる為、図4(C)、(D)に示すように速度指令信号Vを遮断すると同時にモータへの電流指令信号Iを減少させて減速停止させることによりモータを少ない衝撃で停止させるソフトリミット手段が提案されている。
特開平5−250022号公報(第2、3頁、図4)
Unlike the position control, the soft limit means at the time of speed control does not change the target position of the movable body and does not manage the command position, so it is difficult to stop within the movable region. As one of the soft limit means at the time of speed control, according to Patent Document 1, as shown in FIG. 4, when the moving movable body exceeds the movable region in accordance with the speed command signal V, as shown in FIG. A soft limit alarm SA is generated, and the speed command signal V is immediately cut off for an emergency stop (FIG. 4B). However, if the speed command signal V is cut off and the speed command signal V is set to 0, a large impact is given to the motor or the mechanical system at the time of stoppage. Therefore, as shown in FIGS. 4 (C) and 4 (D), the speed command signal Soft limit means has been proposed in which V is cut off and at the same time the current command signal I to the motor is reduced to decelerate and stop to stop the motor with a small impact.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-250022 (pages 2, 3 and 4)

従来の速度制御時のソフトリミット手段は、位置制御時とは異なり可動体の目標位置の変更や指令位置の管理を行わないので移動可能領域内に停止させることが困難であることや、可動体が移動可能領域を超えた時に減速させて停止させるので可動体の減速停止距離の分がオーバートラベル量なる。また、減速停止させる手段として可動体へ出力する電流を制御する処理を必要とするので、制御系が複雑になると共に演算負荷も増大するというような問題があった。   Unlike the position control, the conventional soft limit means during speed control does not change the target position of the movable body and does not manage the command position, so it is difficult to stop within the movable area. When the vehicle exceeds the movable region, it is decelerated and stopped, so the amount of the deceleration stop distance of the movable body is the overtravel amount. Further, since a process for controlling the current output to the movable body is required as means for decelerating and stopping, there is a problem that the control system becomes complicated and the calculation load increases.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、速度制御モードで速度指令値に従って可動体を移動させる場合、移動中の可動体が移動禁止領域に達するか否かを判断し、移動禁止領域に達すると判断した場合には、速度指令値を減速させた速度指令値に変更して可動体を減速させ、移動禁止領域の境界からのオーバートラベル量が少なく、停止時にモータや機械系に大きな衝撃を与えることなく安全に停止できる数値制御装置とその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and when moving the movable body according to the speed command value in the speed control mode, it is determined whether or not the moving movable body reaches the movement prohibition region, If it is determined that the movement prohibited area has been reached, the speed command value is changed to a decelerated speed command value to decelerate the movable body, and the amount of overtravel from the boundary of the movement prohibited area is small. It is an object of the present invention to provide a numerical control device and a control method thereof that can be stopped safely without giving a large impact to the system.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。   In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.

請求項1に記載の発明は、一定の制御時間ごとにアプリケーションプログラムを解析し位置制御モード時は位置指令を、速度制御モード時は第1速度指令を生成するプログラム解析手段と、前記位置指令とモータ位置との差から第2速度指令を生成する位置制御手段と、第1速度指令と第2速度指令の和を速度指令とし、前記速度指令と速度の差からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令から電流指令を生成し、前記電流指令と電流の差から電圧指令を生成してモータを駆動するモータ駆動手段と、前記電流を検出する電流検出手段と、モータに結合した位置検出器の生成するモータ位置をモータ速度に変換する位置速度変換手段と、前記可動体の移動禁止位置を設定するソフトリミット設定手段とを有し、前記モータを駆動して前記可動体を移動させる数値制御装置において、所定の減速度を設定する減速度設定手段と、前記第1速度指令の指令速度を前記所定の減速度で減速停止させたときの減速停止距離が、前記移動禁止位置と現在のモータ位置との差である移動可能距離に等しくなるように前記第1速度指令を変更し、第3速度指令を生成する移動禁止位置不可侵手段と、を備え、前記第2速度指令と前記第3速度指令との和を前記速度指令とすることを特徴とするものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記減速停止距離は、前記モータ速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの距離とすることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記移動禁止位置不可侵手段は、前記減速停止距離が前記移動可能距離よりも大きいときは前記第3速度指令から所定の微小速度を減算し新たな第3速度指令とすることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記モータ位置は、前記速度指令を積分して得ることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記モータ位置は、前記速度検出器の生成するモータ速度を積分して得ることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、一定の制御時間ごとにアプリケーションプログラムを解析し位置制御モード時は位置指令を生成、速度制御モード時は第1速度指令を生成するプログラム解析手段と、前記位置指令とモータ位置との差から第2速度指令を生成する位置制御手段と、第1速度指令と第2速度指令の和を速度指令とし、前記速度指令と速度の差からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令から電流指令を生成し、前記電流指令と電流の差から電圧指令を生成しモータを駆動するモータ駆動手段と、前記電流を検出する電流検出手段と、モータに結合した位置検出器の生成するモータ位置をモータ速度に変換する位置速度変換手段と、前記可動体の移動禁止位置を設定するソフトリミット設定手段とを有し、前記モータを駆動して可動体を移動させる数値制御方法において、運転前に、前記可動体の移動禁止位置をソフトリミットとして設定するステップと、所定の減速度を設定するステップと、運転時に、制御時間ごとに、前記第1速度指令の指令速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの減速停止距離を演算するステップと、前記移動禁止位置と現在のモータ位置との差である移動可能距離を演算するステップと、前記減速停止距離が前記移動可能距離に等しくなるように前記第1速度指令を変更し第3速度指令を生成するステップと、を備え、前記第2速度指令と前記第3速度指令との和を前記速度指令とすることを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、請求項6記載の数値制御方法において、前記減速停止距離は、モータ速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの減速停止距離とすることを特徴とするものである。
請求項8に記載の発明は、請求項6記載の数値制御方法において、前記第3速度指令から所定の微小速度を減算して新たな第3速度指令とすることを特徴とするものである。
請求項9に記載の発明は、請求項6記載の数値制御方法にいて、前記モータ位置は、前記速度指令を積分して得ることを特徴とするものである。
請求項10に記載の発明は、請求項6記載の数値制御方法において、前記モータ位置は、前記速度検出器の生成するモータ速度を積分して得ることを特徴とするものである。
The invention according to claim 1 is a program analysis unit that analyzes an application program at regular control times and generates a position command in the position control mode and a first speed command in the speed control mode; Position control means for generating a second speed command from the difference from the motor position, and speed control means for generating a torque command from the difference between the speed command and the speed using the sum of the first speed command and the second speed command as a speed command A motor drive means for generating a current command from the torque command and generating a voltage command from the difference between the current command and the current to drive the motor; a current detection means for detecting the current; and a position coupled to the motor A position speed converting means for converting a motor position generated by the detector into a motor speed; and a soft limit setting means for setting a movement prohibition position of the movable body, and driving the motor. Then, in the numerical control apparatus for moving the movable body, a deceleration setting means for setting a predetermined deceleration, and a deceleration stop distance when the command speed of the first speed command is decelerated and stopped at the predetermined deceleration A movement prohibition position intrusion unit that changes the first speed command so as to be equal to a movable distance that is a difference between the movement prohibition position and the current motor position, and generates a third speed command. The sum of the second speed command and the third speed command is used as the speed command.
The invention according to claim 2 is the numerical controller according to claim 1, wherein the deceleration stop distance is a distance when the motor speed is decelerated at the predetermined deceleration and stopped. To do.
According to a third aspect of the present invention, in the numerical control apparatus according to the first aspect, the movement prohibition position impenetrable means has a predetermined speed from the third speed command when the deceleration stop distance is larger than the movable distance. The minute speed is subtracted to obtain a new third speed command.
According to a fourth aspect of the present invention, in the numerical control apparatus according to the first aspect, the motor position is obtained by integrating the speed command.
According to a fifth aspect of the present invention, in the numerical control apparatus according to the first aspect, the motor position is obtained by integrating a motor speed generated by the speed detector.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided program analysis means for analyzing an application program at regular control times and generating a position command in the position control mode, and generating a first speed command in the speed control mode, and the position command Control means for generating a second speed command from the difference between the motor speed and the motor position, and a speed control for generating a torque command from the difference between the speed command and the speed, using the sum of the first speed command and the second speed command as a speed command. A motor driving means for generating a current command from the torque command and generating a voltage command from the difference between the current command and the current to drive the motor; a current detecting means for detecting the current; and a position coupled to the motor A position speed conversion means for converting the motor position generated by the detector into a motor speed, and a soft limit setting means for setting a movement prohibition position of the movable body, In the numerical control method of moving and moving the movable body, before operation, the step of setting the movement prohibition position of the movable body as a soft limit, the step of setting a predetermined deceleration, and at the time of operation, every control time A step of calculating a deceleration stop distance when the command speed of the first speed command is decelerated at the predetermined deceleration and stopped, and a movable distance that is a difference between the movement prohibited position and the current motor position And a step of generating a third speed command by changing the first speed command so that the deceleration stop distance becomes equal to the movable distance, and the second speed command and the third speed command. The sum of the speed command and the speed command is used as the speed command.
A seventh aspect of the present invention is the numerical control method according to the sixth aspect, wherein the deceleration stop distance is a deceleration stop distance when the motor speed is decelerated at the predetermined deceleration and stopped. It is what.
The invention according to claim 8 is the numerical control method according to claim 6, wherein a predetermined minute speed is subtracted from the third speed command to obtain a new third speed command.
A ninth aspect of the present invention is the numerical control method according to the sixth aspect, wherein the motor position is obtained by integrating the speed command.
A tenth aspect of the present invention is the numerical control method according to the sixth aspect, wherein the motor position is obtained by integrating the motor speed generated by the speed detector.

本発明によると、ユーザアプリケーションプログラムにより与えられた速度指令値に従って可動体を移動させる数値制御装置において、速度指令値から可動体の位置を推定し、推定した可動体の位置から予め定められた減速度に従って移動禁止領域の境界で停止できるか否かを判断すると共に、停止できないと判断した場合には、速度指令値を減少させて可動体を移動禁止領域の境界近傍に停止させることができるので、移動禁止領域の境界からのオーバートラベル量が少なく、停止時にモータや機械系に大きな衝撃を与えることなく安全に停止できる。   According to the present invention, in the numerical control device that moves the movable body according to the speed command value given by the user application program, the position of the movable body is estimated from the speed command value, and a predetermined reduction is performed from the estimated position of the movable body. It is determined whether or not it can be stopped at the boundary of the movement prohibited area according to the speed, and when it is determined that it cannot be stopped, the movable body can be stopped near the boundary of the movement prohibited area by decreasing the speed command value. Therefore, the amount of overtravel from the boundary of the movement prohibited area is small, and it can be stopped safely without giving a large impact to the motor or the mechanical system when stopping.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のモーションシステムのハードウエア構成図である。図1において、1は接続された制御機器をコントロールするコントローラ、2n(n=1、2、・・・)はコントローラ1から出力される指令に従って、接続されるサーボモータの回転駆動を制御するサーボドライブ、3nはサーボモータ、4はコントローラとサーボドライブ、サーボドライブとサーボモータを接続するモーションネットワーク、5は各種演算結果を出力するCPUと設定された周期で定周期信号を出力する定周期発生回路と定周期信号を入力としてCPUに割り込み信号を出力する割り込み回路を備えたCPUユニット、6はユーザによって記述されたユーザアプリケーションプログラム7とソフトリミット処理が記述されたソフトリミットプログラム8や各種制御パラメータ等を記憶したRAM、9はオペレータ等が各種制御パラメータ等を入力する為の入力装置である。なお、コントローラ1は本来コントローラとして機能するための機能ブロックや通信処理を実行するための機能ブロックを当然備えているものであるが、本発明の説明には直接関係しないため図示していない。また、本実施例では予め入力装置9によってソフトリミット位置PSと減速度DCがオペレータ等によって設定されている。   FIG. 1 is a hardware configuration diagram of a motion system according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a controller for controlling a connected control device, 2n (n = 1, 2,...) Is a servo for controlling the rotational drive of the connected servo motor in accordance with a command output from the controller 1. Drive, 3n is a servo motor, 4 is a controller and servo drive, a motion network connecting the servo drive and the servo motor, 5 is a CPU that outputs various calculation results, and a fixed cycle generation circuit that outputs a fixed cycle signal at a set cycle And a CPU unit having an interrupt circuit for inputting an interrupt signal to the CPU and inputting an interrupt signal to the CPU, 6 is a user application program 7 described by the user, a soft limit program 8 in which soft limit processing is described, various control parameters, etc. RAM, 9 for each operator An input device for inputting the control parameters and the like. The controller 1 naturally includes a functional block for originally functioning as a controller and a functional block for executing communication processing, but is not shown because it is not directly related to the description of the present invention. In this embodiment, the soft limit position PS and the deceleration DC are set in advance by the operator using the input device 9.

図2は本発明の数値制御装置の機能構成を1軸に絞って示すブロック図である。図2において、51は周期的にアプリケーションプログラムを解析して位置制御モードのときは位置指令を生成し、速度制御モードのときは第1速度指令を生成する。52は位置制御手段で制御時間ごとに位置指令からモータ位置を減算して位置偏差を生成し、さらに位置偏差をPID制御処理をして第2速度指令を生成する。53は速度制御手段であり、制御時間ごとに速度指令らモータ速度を減算し速度偏差を生成、さらに速度偏差をPID制御処理をしてトルク指令を生成する。54はモータ駆動手段で、制御時間ごとにトルク指令を電流指令に変換し、次に電流指令から電流を減算して電流偏差を生成し、次に電流偏差をPID処理して電圧指令を生成し、次に電圧指令を電力増幅してモータを駆動する。55はモータ電流を検出する電流検出器であり電流信号を生成する。56は位置速度変換手段で、直近の制御時間前後の位置差分を制御時間で除算して速度を生成する。57はソフトリミット設定手段で、移動禁止領域の位置をパラメータで設定する。通常はハードのリミットスイッチの可動範囲内側に設定する。58は減速度設定手段で、モータの最大トルクや可動体などから決る最大減速度よりも小さな値を設定する。59は移動禁止位置不可侵手段で、第1速度指令の速度から設定減速度で減速させて停止させたときの設定減速停止距離が、可動禁止領域の禁止位置と現在の位置との差である移動可能距離よりも小さくなるように第1速度指令を変更し、第3速度指令を生成する。   FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the numerical control apparatus of the present invention with a single axis. In FIG. 2, 51 periodically analyzes the application program and generates a position command in the position control mode, and generates a first speed command in the speed control mode. A position control means 52 subtracts the motor position from the position command for each control time to generate a position deviation, and further performs a PID control process on the position deviation to generate a second speed command. 53 is a speed control means, which subtracts the motor speed from the speed command for each control time to generate a speed deviation, and further performs a PID control process on the speed deviation to generate a torque command. The motor drive means 54 converts the torque command into a current command at each control time, then subtracts the current from the current command to generate a current deviation, and then generates a voltage command by PID processing the current deviation. Then, the voltage command is amplified to drive the motor. Reference numeral 55 denotes a current detector that detects a motor current and generates a current signal. Reference numeral 56 denotes a position / velocity conversion means for generating a speed by dividing the position difference before and after the latest control time by the control time. Reference numeral 57 denotes a soft limit setting means for setting the position of the movement prohibition area with a parameter. Normally, it is set inside the movable range of the hard limit switch. 58 is a deceleration setting means for setting a value smaller than the maximum deceleration determined by the maximum torque of the motor or the movable body. 59 is a movement prohibition position impenetrable means, and the set deceleration stop distance when the vehicle is stopped by decelerating from the speed of the first speed command at the set deceleration is the difference between the prohibition position and the current position of the movable prohibition area. The first speed command is changed so as to be smaller than the movable distance, and a third speed command is generated.

図3は本発明の数値制御装置の数値制御方法を示すフローチャートである。ステップST1で可動体の移動禁止領域をソフトリミットパラメータで設定し、ステップST2でモータ最大トルクや可動体などから決る最大減速度よりも小さい減速度である設定減速度を設定する。これらはいずれも初期設定か、その都度、プログラミングパネルからオペレータによって設定される。次に制御時間ごとの定時割込みによるフローチャートで、ステップST3で、第速度指令の速度から設定減速度で減速したときの設定減速停止距離を演算、ステップST4でソフトリミット位置から現在位置を減算して停止可能距離を演算する。次にステップST5で設定減速停止距離と停止可能距離を比較し、設定減速停止距離が大きければステップST5に移動し、小さければ終了して次の制御時間を待つ。ステップST5では第1速度指令を第3速度指令に変更して次の制御時間を待つ。   FIG. 3 is a flowchart showing the numerical control method of the numerical control apparatus of the present invention. In step ST1, the movement prohibition area of the movable body is set with a soft limit parameter, and in step ST2, a set deceleration that is smaller than the maximum deceleration determined from the motor maximum torque, the movable body, or the like is set. These are all initial settings or are set by the operator from the programming panel each time. Next, in the flowchart with scheduled interruption for each control time, in step ST3, the set deceleration stop distance when decelerating from the speed of the first speed command with the set deceleration is calculated, and in step ST4, the current position is subtracted from the soft limit position. Calculate the stoppable distance. Next, in step ST5, the set deceleration stop distance is compared with the stoppable distance. If the set deceleration stop distance is large, the process moves to step ST5, and if it is small, the process ends and waits for the next control time. In step ST5, the first speed command is changed to the third speed command and the next control time is awaited.

図4は速度指令を積分することによってモータ位置を推定しソフトリミット処理をする場合である。図4において、dtの指令周期毎に発生するソフトウェア割り込みによって起動されるソフトリミットプログラム8において、サーボモータ3nの移動可能距離と減速停止距離を求めると共に距離の比較を行い、ソフトリミット位置に達すると判断した場合には予め定められた減速度で停止するまでの処理手順を示すフローチャートである。また、図5はユーザアプリケーションプログラム6でプログラムされている速度指令値に従って移動中のサーボモータ3nがソフトリミット位置に達すると判断され、減速停止するまでのタイミングチャートを示している。はじめにソフトウェア割り込みによってソフトリミットプログラム8が起動し、図4のS1001でソフトリミットアラームフラグがON状態であるか否かをチェックし、ON状態でなければ、S1002でユーザアプリケーションプログラム6で指令される速度指令値Vと予め定められた減速度DCから、サーボモータ3nが減速停止するまでに要する減速停止距離DLを次式のように求める。 FIG. 4 shows a case where the motor position is estimated by integrating the speed command and the soft limit process is performed. In FIG. 4, in the software limit program 8 activated by a software interrupt that occurs every dt command cycle, the movable distance of the servo motor 3n and the deceleration stop distance are obtained, the distances are compared, and the software limit position is reached. It is a flowchart which shows the process sequence until it stops at a predetermined deceleration when it judges. FIG. 5 shows a timing chart until it is determined that the moving servo motor 3n reaches the soft limit position in accordance with the speed command value programmed by the user application program 6 and the vehicle is decelerated and stopped. First, the software limit program 8 is activated by a software interrupt, and it is checked in S1001 in FIG. 4 whether or not the soft limit alarm flag is ON. If not, the speed commanded by the user application program 6 in S1002 From the command value V and a predetermined deceleration DC, a deceleration stop distance DL required until the servo motor 3n decelerates to a stop is obtained as follows.

DL=V2/(2・DC) (1)
次にS1003において、図5(A)に示すように今回指令周期の時刻をT(iは任意)とすると、速度指令Vに従って移動するサーボモータ3nの次回指令周期での位置PN(つまり次回指令周期の時刻Ti+1での位置)を推定する。ここで推定現在位置をPCとすると、推定次回位置PNは次式のよう速度指令を積分して推定する。
DL = V2 / (2 · DC) (1)
Next, in S1003, when the time of the current command cycle is T i (i is arbitrary) as shown in FIG. 5A, the position PN (that is, the next time) of the servo motor 3n moving according to the speed command V The position of the command cycle at time T i + 1 ) is estimated. Here, assuming that the estimated current position is PC, the estimated next position PN is estimated by integrating the speed command as in the following equation.

PN=PC+V・dt (2)
なお、推定次回位置PNは時刻Ti+1でのS1003で推定現在位置PCとして使用する為、推定現在値PCを推定次回位置PNで更新する。
PN = PC + V · dt (2)
Since the estimated next position PN is used as the estimated current position PC in S1003 at time T i + 1 , the estimated current value PC is updated with the estimated next position PN.

S1004は、時刻Ti+1におけるサーボモータ3nがソフトリミット位置PSまで移動することができる移動可能距離ALを求める。移動可能距離ALは、予め定められたソフトリミット位置PSとS1002で求めた推定次回位置PNの差分値である。 In step S1004, a movable distance AL at which the servo motor 3n at time T i + 1 can move to the soft limit position PS is obtained. The movable distance AL is a difference value between a predetermined soft limit position PS and the estimated next position PN obtained in S1002.

AL=PS−PN (3)
次にS1005でS1002、S1004で求めた減速停止距離DLと移動可能距離ALとを比較し、減速停止距離DLが移動可能距離ALより大きい場合は、減速度DCで減速停止させるとソフトリミット位置を超えて停止することになるので、今回指令周期の速度指令値Vでサーボモータ3nを移動させるとソフトリミット位置PSに達すると判断される。ソフトリミット位置PSに達すると判断された場合は、S1006で図5(C)に示すように減速度DC分だけ速度指令値Vを減速させて、次式のように速度指令値Vを更新する。
AL = PS-PN (3)
Next, in S1005, the deceleration stop distance DL obtained in S1002 and S1004 is compared with the movable distance AL. If the deceleration stop distance DL is larger than the movable distance AL, the soft limit position is set by decelerating and stopping at the deceleration DC. Therefore, when the servo motor 3n is moved at the speed command value V in the current command cycle, it is determined that the soft limit position PS is reached. If it is determined that the soft limit position PS is reached, the speed command value V is decelerated by the deceleration DC as shown in FIG. 5C in S1006, and the speed command value V is updated as in the following equation. .

V=V−DC・dt (4)
本発明が特許文献1と異なる部分は、可動体がソフトリミット位置を超えた時に停止させるのではなく、次回指令周期における可動体の推定位置とソフトリミット位置までの移動可能距離を監視して、今回指令周期の速度指令値Vで可動体を移動させると予め指定された減速度でソフトリミット位置に停止することができないと判断した場合に、速度指令値Vを指定された減速度で減少させた速度指令値によって更新することにより、ソフトリミット位置に停止させる手段としている部分である。
V = V−DC · dt (4)
The part where the present invention is different from Patent Document 1 is not to stop when the movable body exceeds the soft limit position, but to monitor the estimated position of the movable body in the next command cycle and the movable distance to the soft limit position, If it is determined that if the movable body is moved with the speed command value V of the command cycle this time, it is impossible to stop at the soft limit position with the specified deceleration, the speed command value V is decreased with the specified deceleration. It is a part that is used as means for stopping at the soft limit position by updating with the speed command value.

次にS1007において、今回指令周期の速度指令値Vで減速停止が完了するか否かを判断し、減速停止が完了する場合には、ソフトリミットアラームフラグをOFFにし、減速停止が完了しない場合には、図5(B)のようにソフトリミットアラームフラグをONにしてソフトリミットプログラム8を終了する。
なお、ソフトリミットアラームフラグがON状態であれば、次回指令周期のS1001において減速停止が完了していないと判断され、S1006で再び速度指令値Vが更新される。
Next, in S1007, it is determined whether the deceleration stop is completed with the speed command value V of the current command cycle. If the deceleration stop is completed, the soft limit alarm flag is turned OFF, and the deceleration stop is not completed. As shown in FIG. 5B, the software limit alarm flag is turned ON and the software limit program 8 is terminated.
If the soft limit alarm flag is ON, it is determined that deceleration stop has not been completed in the next command cycle S1001, and the speed command value V is updated again in S1006.

ソフトリミットプログラム8終了後に、速度指令値Vは、下位サーボドライブ2mに送信される。これらの一連の処理フローをdtの指令周期毎に行う。   After the end of the soft limit program 8, the speed command value V is transmitted to the lower servo drive 2m. A series of these processing flows is performed every dt command cycle.

現在位置であるモータ位置を得るのに、速度検出器をモータに結合し、速度検出器の生成するモータ速度を時間積分することもできる。   To obtain the current motor position, a speed detector can be coupled to the motor and the motor speed generated by the speed detector can be integrated over time.

図7は従来技術を、図8は本発明の動作をシミュレーションしたものである。条件は、可動子換算全質量M=10kg、モータ最大推力Fmax=500N、設定減速度DCC=30m/s、モータ誘起電圧定数Ke=13.3Vs/m、速度制御比例ゲインKv=10000Ns/m、速度制御積分時定数Tvi=20ms、推力フィルタTf=0.2ms、一定速度指令V=0.5m/s、ソフトリミット設定Xlim=0.085m、加速時間Tac=50msである。図7では、モータ位置がソフトリミット位置まで達するまで、一定速度指令V=0.5m/sで走行し、ソフトリミット位置に達したら速度指令V=0m/sとし、最大減速度で減速する。電流が最大電流に達するため、速度制御ループは完全に飽和し、ソフトリミットを超えて行過ぎた分の速度偏差は速度制御積分に蓄積され、その後、放出されるために再びソフトリミット位置までもどってくる。図8では、モータ速度がソフトリミット位置に近づくと速度指令をソフトリミット位置で減速停止できる値に減少させるのでソフトリミット位置を行き過ぎることはない。(図7、図8の丸印部分) FIG. 7 shows a conventional technique, and FIG. 8 shows a simulation of the operation of the present invention. The conditions are as follows: Movable conversion total mass M = 10 kg, motor maximum thrust Fmax = 500 N, set deceleration DCC = 30 m / s 2 , motor induced voltage constant Ke = 13.3 Vs / m, speed control proportional gain Kv = 10000 Ns / m , Speed control integration time constant Tvi = 20 ms, thrust filter Tf = 0.2 ms, constant speed command V = 0.5 m / s, soft limit setting Xlim = 0.085 m, acceleration time Tac = 50 ms. In FIG. 7, the vehicle travels at a constant speed command V = 0.5 m / s until the motor position reaches the soft limit position. When the motor limit position is reached, the speed command V = 0 m / s, and the vehicle decelerates at the maximum deceleration. As the current reaches the maximum current, the speed control loop is fully saturated and the speed deviation over the soft limit is accumulated in the speed control integral and then back to the soft limit position for release. Come. In FIG. 8, when the motor speed approaches the soft limit position, the speed command is reduced to a value that can be decelerated and stopped at the soft limit position, so that the soft limit position is not excessively exceeded. (Circled part in FIGS. 7 and 8)

このように、指令周期毎に速度指令値と減速度からソフトリミット位置までの移動可能距離と減速距離を求めると共に比較を行い、予め定められた減速度でソフトリミット位置に停止できないと判断した場合には、減速度に従って指令速度を減少させてソフトリミット位置の境界近傍に停止させることができるので、ソフトリミット位置からのオーバートラベル量も少なく、また停止時にモータや機械系に大きな衝撃を与えることなく安全に停止させることができる。
さらに、減速停止させる為に電流制御等の複雑な制御系を必要とせず、簡単な演算のみで減速停止させることができるので、電流制御回路等のハードウェアの付加や演算負荷の増大がなく停止させることができる。
In this way, when it is determined that it is not possible to stop at the soft limit position with a predetermined deceleration after obtaining and comparing the speed command value and the movable distance and deceleration distance from the deceleration to the soft limit position for each command cycle Because the command speed can be reduced according to the deceleration and stopped near the boundary of the soft limit position, the amount of overtravel from the soft limit position is small, and a large impact is given to the motor and mechanical system when stopping. And can be safely stopped.
In addition, a complicated control system such as current control is not required to decelerate and stop, and it can be decelerated and stopped only by simple calculations, so it can be stopped without the addition of hardware such as a current control circuit or an increase in calculation load. Can be made.

速度指令によってモータを制御するモーションコントローラの用途などに適用できる。   It can be applied to applications such as motion controllers that control motors by speed commands.

本発明の実施例を示すモーションシステム構成図Motion system configuration diagram showing an embodiment of the present invention 本発明の機能構成を示すブロック図The block diagram which shows the function structure of this invention 本発明の制御方法を示すフローチャートThe flowchart which shows the control method of this invention ソフトリミット処理フローチャートSoft limit processing flowchart 本発明のソフトリミット処理タイミングチャートSoft limit processing timing chart of the present invention 従来技術のソフトリミット処理タイミングチャートConventional software limit processing timing chart 従来技術のシミュレーションConventional simulation 本発明のシミュレーションSimulation of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 コントローラ
2n(n=1、2、・・・) サーボドライブ
3n(n=1、2、・・・) サーボモータ
4 モーションネットワーク
5 CPUユニット
6 RAM
7 ユーザアプリケーションプログラム
8 ソフトリミットプログラム
9 入力装置
51 プログラム解析手段
52 位置制御手段
53 速度制御手段
54 モータ駆動手段
55 電流検出手段
56 位置速度変換手段
57 ソフトリミット設定手段
58 減速度設定手段
59 移動禁止位置不可侵手段
73 位置検出器
74 可動体
1 Controller 2n (n = 1, 2,...) Servo drive 3n (n = 1, 2,...) Servo motor 4 Motion network 5 CPU unit 6 RAM
7 User application program 8 Soft limit program 9 Input device 51 Program analysis means 52 Position control means 53 Speed control means 54 Motor drive means 55 Current detection means 56 Position speed conversion means 57 Soft limit setting means 58 Deceleration setting means 59 Movement prohibited position Non-invasive means 73 Position detector 74 Movable body

Claims (10)

一定の制御時間ごとにアプリケーションプログラムを解析し位置制御モード時は位置指令を、速度制御モード時は第1速度指令を生成するプログラム解析手段と、前記位置指令とモータ位置との差から第2速度指令を生成する位置制御手段と、第1速度指令と第2速度指令の和を速度指令とし、前記速度指令と速度の差からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令から電流指令を生成し、前記電流指令と電流の差から電圧指令を生成してモータを駆動するモータ駆動手段と、前記電流を検出する電流検出手段と、モータに結合した位置検出器の生成するモータ位置をモータ速度に変換する位置速度変換手段と、前記可動体の移動禁止位置を設定するソフトリミット設定手段とを有し、前記モータを駆動して前記可動体を移動させる数値制御装置において、
所定の減速度を設定する減速度設定手段と、
前記第1速度指令の指令速度を前記所定の減速度で減速停止させたときの減速停止距離が、前記移動禁止位置と現在のモータ位置との差である移動可能距離に等しくなるように前記第1速度指令を変更し、第3速度指令を生成する移動禁止位置不可侵手段と、
を備え、
前記第2速度指令と前記第3速度指令との和を前記速度指令とすることを特徴とする数値制御装置。
Analyzing the application program at regular control times and generating a position command in the position control mode and a first speed command in the speed control mode, and a second speed based on the difference between the position command and the motor position. A position control means for generating a command, a speed control means for generating a torque command from the difference between the speed command and the speed, and a current command from the torque command. A motor driving means for generating a voltage command from the current command and a difference between the current and driving the motor; a current detecting means for detecting the current; and a motor position generated by a position detector coupled to the motor. A position speed converting means for converting to a speed and a soft limit setting means for setting a movement prohibition position of the movable body, and the motor is driven to move the movable body. In that numerical control device,
Deceleration setting means for setting a predetermined deceleration;
The decelerating stop distance when the command speed of the first speed command is decelerated and stopped at the predetermined deceleration is equal to the movable distance that is the difference between the movement prohibited position and the current motor position. A movement prohibition position impenetrable means for changing one speed command and generating a third speed command;
With
A numerical control apparatus characterized in that a sum of the second speed command and the third speed command is used as the speed command.
前記減速停止距離は、前記モータ速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの距離とすることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。   The numerical control apparatus according to claim 1, wherein the deceleration stop distance is a distance when the motor speed is decelerated at the predetermined deceleration and stopped. 前記移動禁止位置不可侵手段は、前記減速停止距離が前記移動可能距離よりも大きいときは前記第3速度指令から所定の微小速度を減算し新たな第3速度指令とすることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。   The movement prohibition position impenetrable means subtracts a predetermined minute speed from the third speed command when the deceleration stop distance is greater than the movable distance, thereby obtaining a new third speed command. Item 2. The numerical control device according to Item 1. 前記モータ位置は、前記速度指令を積分して得ることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。   The numerical controller according to claim 1, wherein the motor position is obtained by integrating the speed command. 前記モータ位置は、前記速度検出器の生成するモータ速度を積分して得ることを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。   The numerical controller according to claim 1, wherein the motor position is obtained by integrating a motor speed generated by the speed detector. 一定の制御時間ごとにアプリケーションプログラムを解析し位置制御モード時は位置指令を生成、速度制御モード時は第1速度指令を生成するプログラム解析手段と、前記位置指令とモータ位置との差から第2速度指令を生成する位置制御手段と、第1速度指令と第2速度指令の和を速度指令とし、前記速度指令と速度の差からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令から電流指令を生成し、前記電流指令と電流の差から電圧指令を生成しモータを駆動するモータ駆動手段と、前記電流を検出する電流検出手段と、モータに結合した位置検出器の生成するモータ位置をモータ速度に変換する位置速度変換手段と、前記可動体の移動禁止位置を設定するソフトリミット設定手段とを有し、前記モータを駆動して可動体を移動させる数値制御方法において、
運転前に、前記可動体の移動禁止位置をソフトリミットとして設定するステップと、
所定の減速度を設定するステップと、
運転時に、制御時間ごとに、前記第1速度指令の指令速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの減速停止距離を演算するステップと、
前記移動禁止位置と現在のモータ位置との差である移動可能距離を演算するステップと、
前記減速停止距離が前記移動可能距離に等しくなるように前記第1速度指令を変更し第3速度指令を生成するステップと、
を備え、
前記第2速度指令と前記第3速度指令との和を前記速度指令とすることを特徴とする数値制御方法。
Analyzing the application program every fixed control time and generating a position command in the position control mode, generating a first speed command in the speed control mode, and a second from the difference between the position command and the motor position. Position control means for generating a speed command, speed control means for generating a torque command from the difference between the speed command and the speed, using the sum of the first speed command and the second speed command as a speed command, and a current command from the torque command The motor position is generated by a motor drive means for generating a voltage command from the current command and the difference between the current and driving the motor, a current detection means for detecting the current, and a position detector coupled to the motor. A position speed conversion means for converting to a speed, and a soft limit setting means for setting a movement prohibition position of the movable body, and the movable body is moved by driving the motor. In the numerical control method,
Before operation, setting the movement prohibition position of the movable body as a soft limit;
Setting a predetermined deceleration;
Calculating a deceleration stop distance when the command speed of the first speed command is decelerated at the predetermined deceleration and stopped for each control time during operation;
Calculating a movable distance that is a difference between the movement prohibited position and the current motor position;
Generating a third speed command by changing the first speed command so that the deceleration stop distance becomes equal to the movable distance;
With
A numerical control method characterized in that a sum of the second speed command and the third speed command is used as the speed command.
前記減速停止距離は、モータ速度を前記所定の減速度で減速させて停止させたときの減速停止距離とすることを特徴とする請求項6記載の数値制御方法。   7. The numerical control method according to claim 6, wherein the deceleration stop distance is a deceleration stop distance when the motor speed is decelerated at the predetermined deceleration and stopped. 前記第3速度指令から所定の微小速度を減算して新たな第3速度指令とすることを特徴とする請求項6記載の数値制御方法。   The numerical control method according to claim 6, wherein a predetermined minute speed is subtracted from the third speed command to obtain a new third speed command. 前記モータ位置は、前記速度指令を積分して得ることを特徴とする請求項6記載の数値制御方法。   The numerical control method according to claim 6, wherein the motor position is obtained by integrating the speed command. 前記モータ位置は、前記速度検出器の生成するモータ速度を積分して得ることを特徴とする請求項6記載の数値制御方法。   The numerical control method according to claim 6, wherein the motor position is obtained by integrating a motor speed generated by the speed detector.
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