JP7311348B2

JP7311348B2 - サーボモータの制御装置

Info

Publication number: JP7311348B2
Application number: JP2019143559A
Authority: JP
Inventors: 大輔田嶋; 有紀森田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2023-07-19
Anticipated expiration: 2039-08-05
Also published as: DE102020004678A1; US11687057B2; US20210041848A1; CN112327762A; JP2021027684A; CN112327762B

Description

本発明は、サーボモータの制御装置に関する。

例えば、工作機械の主軸を駆動するためのサーボモータなど、産業用機械のサーボモータは、回転量、速度、トルク等が駆動制御されている。また、サーボモータの制御装置は、サーボモータの位置、磁極位置（モータ磁石の位相（角度））を検出器で検出し、検出器からの各種のフィードバック値に基づいて電圧指令値を決定し、パルス幅変調（ＰＷＭ；ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式によって変調した電圧を印加することで、サーボモータの駆動制御を行っている。

また、産業用機械を特定の位置で停止する動作、いわゆる、オリエンテーション（定位置停止）動作を制御する手法としては、例えば、オリエンテーション指令を受けるとともに、サーボモータに最大電流を流して最大減速制御動作を実行し、最も大きい減速加速度を検出し、最も早く定位置で停止する状態値を取得する。そして、この状態値に基づいて、ある特定の位置に止まるための指令を作成し、この指令に従ってサーボモータの駆動制御を行う手法が実用化されている。

例えば、特許文献１には、「回転軸の定位置停止制御装置において、上位制御装置により作成された所定の第一の速度を有する第一の速度指令と該第一の速度指令の前記第一の速度よりも小さい所定の第二の速度を有する第二の速度指令とのうちの一方の速度指令に応じて前記回転軸を速度制御する速度ループ制御手段と、制御周期毎に移動指令を作成する移動指令作成手段と、該移動指令作成手段により作成された移動指令に応じて回転軸を制御周期毎に位置制御する位置ループ制御手段と、前記速度ループ制御手段の前記上位制御装置により作成された前記第一の速度指令による前記回転軸の速度制御と、前記速度ループ制御手段の前記第二の速度指令による前記回転軸の速度制御と、前記位置ループ制御手段による前記回転軸の位置制御とを切換える切換手段と、加減速中の前記回転軸の加速度を検出する加速度検出手段と、を具備し、前記回転軸が停止するときには、前記切換手段は、前記速度ループ制御手段の速度制御を前記上位制御装置により作成された前記第一の速度指令による前記回転軸の速度制御から前記第二の速度指令による前記回転軸の速度制御へと切換え、前記回転軸の速度が前記第二の速度に達すると、前記切換手段は、前記速度ループ制御手段の前記第二の速度指令による前記回転軸の速度制御から前記位置ループ制御手段による前記回転軸の位置制御へと切換えるようになっており、前記切換手段によって前記速度ループ制御手段の前記第二の速度指令による前記回転軸の速度制御から前記位置ループ制御手段による前記回転軸の位置制御へと切換えられた後の所定時間において前記移動指令作成手段により作成される前記移動指令は、前記切換手段によって前記速度制御から前記位置制御への切換えられる前の所定時間において前記加速度検出手段により検出された加速度を有することを特徴とする定位置停止制御装置。」が開示されている。

特許第４０９９５０３号公報

ここで、上記のオリエンテーション制御手法は、サーボモータに最大電流を流して最大減速制御動作を実行し、最も大きい減速加速度を検出するため、オリエンテーション指令が出されたときの産業用機械の動作速度が高い場合には、最大減速制御動作の実行、最も大きい減速加速度の検出に要する時間を確保でき、早く効果的に、特定位置に停止させることができる（特定位置に停止させる指令を作成できる）。

これに対し、オリエンテーション指令が出されたときの産業用機械の動作速度がある程度低い場合には、最大減速制御動作の実行、最も大きい減速加速度の検出に要する時間（手間）がかかり、逆に特定位置に停止させるまでの時間が長くなって歩掛りの低下を招くおそれがある。

このため、オリエンテーション指令が出されたときの産業用機械の動作速度がある程度低い場合であっても、早く効果的に、特定位置に停止させることを可能にする手法が強く望まれていた。

本開示のサーボモータの制御装置の一態様は、回転軸を駆動するサーボモータを制御し、定位置停止動作を制御するためのサーボモータの制御装置であって、前記回転軸の速度を検出する速度検出部と、第１の速度及び前記第１の速度より低い第２の速度を設定するとともに記憶する速度設定記憶部と、定位置停止指令時の速度を前記第１の速度と比較する速度比較部と、前記速度比較部による比較結果に基づいて前記定位置停止指令時の動作方法を決定する定位置停止動作決定部と、前記定位置停止動作決定部で決定した動作方法に基づいて前記サーボモータを制御する定位置停止制御部と、を備え、前記定位置停止動作決定部は、前記定位置停止指令時の速度が前記第１の速度より高い前記比較結果の場合に、前記第２の速度まで最大トルクで減速させる速度指令、及び前記速度検出部で検出した速度から求めた減速中の加速度又は予め設定した所定の加速度に基づいて目標位置に停止させる移動指令を作成し、前記定位置停止指令時の速度が前記第１の速度より低い前記比較結果の場合に、所定の減速度で減速させる速度指令、及び該速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる移動指令を作成する、速度指令作成部及び移動指令作成部を備え、前記定位置停止制御部は、前記速度指令作成部及び前記移動指令作成部で作成した前記速度指令及び前記移動指令に基づいて前記サーボモータを制御する構成とした。

本開示のサーボモータの制御装置の一態様によれば、オリエンテーション指令が出されたときの産業用機械などの動作速度がある程度低い場合であっても、早く効果的に、特定位置に停止させることが可能になる。すなわち、オリエンテーション動作の高速化を実現することが可能になる。

一態様の＜実施例１＞のサーボモータの制御装置を示すブロック図である。一態様のサーボモータの制御装置を用いた場合のサーボモータの定位置停止動作制御を示す図である。一態様の＜実施例１＞のサーボモータの制御装置を用いた場合のサーボモータの定位置停止動作制御を示すフロー図である。一態様の＜実施例２＞のサーボモータの制御装置を示すブロック図である。一態様の＜実施例２＞のサーボモータの制御装置を用いた場合のサーボモータの定位置停止動作制御を示すフロー図である。

以下、図１から図５を参照し、一実施形態に係るサーボモータの制御装置について説明する。

本実施形態は、工作機械の主軸を駆動するサーボモータ（産業用機械の回転軸）を制御し、例えば、工具交換時に主軸位置を工具交換可能な特定の位置で停止させるオリエンテーション（定位置停止）動作を好適に制御するためのサーボモータの制御装置に関するものである。
なお、本開示のサーボモータの制御装置は、サーボモータ（回転軸）を備えた産業用機械のオリエンテーション動作を制御することが可能であればよく、工作機械に限らず、ロボット、搬送機、計測器、試験装置、プレス機、圧入器、印刷機、ダイカストマシン、射出成型機、食品機械、包装機、溶接機、洗浄機、塗装機、組立装置、実装機、木工機械、シーリング装置、切断機など、他の産業用機械のサーボモータの駆動制御に適用しても勿論構わない。

はじめに、本実施形態の工作機械の制御システムは、図１に示すように、例えば、指令部のＣＮＣ（コンピュータ数値制御装置：Computerized Numerical Control）の指令に基づいて、工作機械の主軸（回転軸）を駆動するサーボモータ２を制御し、オリエンテーション（定位置停止）動作を制御するためのサーボモータの制御装置１を備えている。

＜実施例１＞
本実施形態の＜実施例１＞におけるサーボモータの制御装置１は、図１、図２に示すように、サーボモータ２で駆動する主軸の速度を検出する速度検出部３と、第１の速度及び第１の速度（パラメータ）Ｖ１より低い第２の速度（目標速度：パラメータ）Ｖ２を設定するとともに記憶する速度設定記憶部４と、オリエンテーション指令時（定位置停止指令時）の速度を第１の速度Ｖ１と比較する速度比較部５と、速度比較部５による比較結果に基づいてオリエンテーション指令時のサーボモータ２の動作方法を決定する定位置停止動作決定部６と、定位置停止動作決定部６で決定した動作方法に基づいてサーボモータ３を制御する定位置停止制御部７と、を備えて構成されている。なお、図１に示すように、本実施形態では、定位置停止動作決定部６が速度比較部５を備えるものとして構成されている。

定位置停止動作決定部６は、図１、図２に示すように、速度検出部３で検出した速度に基づいて加速度を求める、又は予め所定の加速度を設定するとともに記憶する加速度計算／設定部８と、速度指令を作成する速度指令作成部９と、移動指令を作成する移動指令作成部１０と、を備えている。

速度指令作成部９及び移動指令作成部１０は、オリエンテーション停止指令時の速度が第１の速度Ｖ１より高い比較結果が速度比較部５で得られた場合に、第２の速度Ｖ２まで最大トルクで減速させる速度指令、及び加速度計算／設定部８で求めた減速中の加速度、又は予め設定した所定の加速度に基づいて目標位置に停止させる移動指令を作成する。

また、速度指令作成部９及び移動指令作成部１０は、オリエンテーション停止指令時の速度が第１の速度Ｖ１より低い比較結果が速度比較部５で得られた場合に、所定の減速度で減速させる速度指令、及びこの速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる移動指令を作成する。

本実施形態のサーボモータの制御装置１においては、定位置停止制御部７が、速度指令作成部９及び移動指令作成部１０で作成した速度指令及び移動指令に基づいてサーボモータ２を制御する。

より具体的に、本実施形態の＜実施例１＞のサーボモータの制御装置１によってオリエンテーション動作を制御する際には、図３（図１、図２）に示すように、ＣＮＣからオリエンテーション指令（定位置停止指令）が出されると、速度比較部５によって、オリエンテーション指令時の主軸の速度検出部３で検出される回転速度が速度設定記憶部４に設定、記憶された第１の速度Ｖ１以上であるか否かが確認される（ＳＴＥＰ１）。

速度比較部５による比較結果が第１の速度Ｖ１未満の場合には、移動指令作成部１０で作成された移動指令が出され、定位置停止制御部７が加速度計算／設定部８に予め設定、記憶された所定の加速度Ａに基づいてサーボモータ２の動作を制御し、すなわち、主軸の回転速度を減速制御し、定位置に停止させる（ＳＴＥＰ２）。

一方、速度比較部５による比較結果が第１の速度Ｖ１以上の場合には、速度設定記憶部４に設定、記憶された第２の速度（目標速度）Ｖ２を目標とする速度指令が速度指令作成部９で作成され、且つ加速度計算／設定部８で求めた減速中の加速度、又は予め設定した所定の加速度に基づいて目標位置に停止させる移動指令が移動指令作成部１０で作成される。

このとき、速度指令は、オリエンテーション指令が出されてから短時間で第２の速度Ｖ２まで減速するため、サーボモータ２の固有の最大トルクで第２の速度Ｖ２まで減速するように作成される。

なお、サーボモータ２の固有の最大トルクは、イナーシャの違いなどによって変化する。このため、オリエンテーション指令時の状態に応じ、適切な最大トルクで第２の速度Ｖ２まで減速するように速度指令が作成される。

このように作成した移動指令（速度指令に基づく移動指令）が定位置停止制御部７に出され、サーボモータ２の駆動が制御される（ＳＴＥＰ３）。また、この移動指令に基づく減速中の加速度が加速度計算／設定部８で求められるとともに（ＳＴＥＰ４）、速度検出部３で検出される速度が第２の速度Ｖ２に到達したか否かが確認される（ＳＴＥＰ５）。

速度検出部３で検出される速度が第２の速度Ｖ２に到達していない場合には、引き続き移動指令に基づくサーボモータ２の減速駆動制御が継続され、減速中の加速度の算出、第２の速度Ｖ２への到達の確認が行われる（ＳＴＥＰ３、ＳＴＥＰ４、ＳＴＥＰ５）。

速度検出部３で検出される速度が第２の速度Ｖ２に到達した場合には、移動指令に基づく減速制御が解除されるとともに、この時に検出された加速度Ａｄに基づいて定位置に停止する移動指令が作成され、この移動指令に基づいてサーボモータ２の駆動を制御し、定位置に停止させる（ＳＴＥＰ６）。

＜実施例２＞
ここで、サーボモータ２が誘導機である場合、図４に示すように、本実施形態の＜実施例２＞のサーボモータの制御装置１は、速度検出部３と、速度設定記憶部４と、速度比較部５（定位置停止動作決定部６）と、定位置停止制御部７と、加速度計算／設定部８（定位置停止動作決定部６）と、速度指令作成部９（定位置停止動作決定部６）と、移動指令作成部１０（定位置停止動作決定部６）と、に加え、サーボモータ２の電流値を検出する電流検出部１１と、電流検出部１１で検出した電流値から磁束量を求める磁束量計算部１２と、を備えて構成される。

また、この場合の速度指令作成部９、移動指令作成部１０は、オリエンテーション指令時の速度が第１の速度Ｖ１より低く、所定の減速度で減速させる場合に、予め設定した減速度を減速開始時の磁束量に基づいて補正した所定の減速度で減速させる速度指令、及びこの速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる移動指令を作成する。

そして、本実施形態の＜実施例２＞のサーボモータの制御装置１によってオリエンテーション動作を制御する際には、図５（図２、図４）に示すように、まず、＜実施例１＞場合と同様、ＣＮＣからオリエンテーション指令（定位置停止指令）が出されると、速度比較部５によって、オリエンテーション指令時の主軸の速度検出部３で検出される回転速度が速度設定記憶部４に設定、記憶された第１の速度Ｖ１以上であるか否かが確認される（ＳＴＥＰ１）。

速度比較部５による比較結果が第１の速度Ｖ１以上の場合には、第２の速度（目標速度）Ｖ２を目標とする速度指令が速度指令作成部９で作成され、且つ減速中の加速度、又は予め設定した所定の加速度に基づいて目標位置に停止させる移動指令が移動指令作成部１０で作成される。

作成した移動指令（速度指令に基づく移動指令）が定位置停止制御部７に出され、サーボモータ２の駆動が制御される（ＳＴＥＰ３）。この移動指令に基づく減速中の加速度が求められるとともに（ＳＴＥＰ４）、速度検出部３で検出される速度が第２の速度Ｖ２に到達したか否かが確認される（ＳＴＥＰ５）。

速度検出部３で検出される速度が第２の速度Ｖ２に到達した場合には、この時に検出された加速度Ａｄに基づいて定位置に停止する移動指令が作成され、この移動指令に基づいてサーボモータ２の駆動を制御し、定位置に停止させる（ＳＴＥＰ６）。

一方、速度比較部５による比較結果が第１の速度Ｖ１未満の場合には、サーボモータ２が誘導モータであるか否かが確認され（ＳＴＥＰ７）、誘導モータでない場合には、移動指令作成部１０で作成された移動指令が出され、定位置停止制御部７が加速度計算／設定部８に予め設定、記憶された所定の加速度Ａに基づいてサーボモータ２の動作を制御し、すなわち、主軸の回転速度を減速制御し、定位置に停止させる（ＳＴＥＰ２）。

誘導モータである場合には、速度指令作成部９、移動指令作成部１０が、オリエンテーション指令時の速度が第１の速度Ｖ１より低く、所定の減速度で減速させる場合に、予め設定、記憶した減速度（所定の加速度）を減速開始時の磁束量に基づいて補正した所定の減速度（所定の加速度Ａ’で求めた減速度）で減速させる速度指令、及びこの速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる移動指令を作成する。

そして、この移動指令に基づいてサーボモータ２の駆動を制御し、定位置に停止させる（ＳＴＥＰ８）。

したがって、本実施形態のサーボモータの制御装置１においては、オリエンテーション指令が出されたときの産業用機械などの動作速度がある程度低い場合であっても、早く効果的に、特定位置に停止させることが可能になる。すなわち、オリエンテーション動作の高速化を実現することが可能になる。

以上、サーボモータの制御装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１サーボモータの制御装置
２サーボモータ
３速度検出部
４速度設定記憶部
５速度比較部
６定位置停止動作決定部
７定位置停止制御部
８加速度計算／設定部
９速度指令作成部
１０移動指令作成部
１１電流検出部
１２磁束量計算部

Claims

回転軸を駆動するサーボモータを制御し、定位置停止動作を制御するためのサーボモータの制御装置であって、
前記回転軸の速度を検出する速度検出部と、
第１の速度及び前記第１の速度より低い第２の速度を設定するとともに記憶する速度設定記憶部と、
定位置停止指令時の速度を前記第１の速度と比較する速度比較部と、
前記速度比較部による比較結果に基づいて前記定位置停止指令時の動作方法を決定する定位置停止動作決定部と、
前記定位置停止動作決定部で決定した動作方法に基づいて前記サーボモータを制御する定位置停止制御部と、を備え、
前記定位置停止動作決定部は、
前記定位置停止指令時の速度が前記第１の速度より高い前記比較結果の場合に、前記第２の速度まで最大トルクで減速させる第１の速度指令、及び前記速度検出部で検出した速度から求めた減速中の加速度又は予め設定した所定の加速度に基づいて目標位置に停止させる第１の移動指令を作成し、
前記定位置停止指令時の速度が前記第１の速度より低い前記比較結果の場合に、所定の減速度で減速させる第２の速度指令、及び前記第２の速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる第２の移動指令を作成する、速度指令作成部及び移動指令作成部を備え、
前記定位置停止制御部は、
前記速度指令作成部及び前記移動指令作成部で作成した前記第１の速度指令及び前記第１の移動指令または前記第２の速度指令及び前記第２の移動指令に基づいて前記サーボモータを制御する、
サーボモータの制御装置。
前記サーボモータが誘導モータとされ、
前記定位置停止動作決定部は、
前記誘導モータの電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した電流値から磁束量を求める磁束量計算部と、を備え、
前記速度指令作成部及び前記移動指令作成部は、
前記定位置停止指令時の速度が前記第１の速度より低く、前記所定の減速度で減速させる場合に、予め設定した前記減速度を減速開始時の磁束量に基づいて補正した前記所定の減速度で減速させる前記第２の速度指令、及び前記第２の速度指令に基づいて目標停止位置に停止させる前記第２の移動指令を作成する、
請求項１に記載のサーボモータの制御装置。