JPH0691482A - 送り制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 サーボモータ１、ボールねじ３、スライダ５
を組合せ、位置、速度、電流の３重のループで構成され
る通常の位置制御系に、スライダ５の加速度を検出する
加速度センサ７を設け、加速度センサ７からの加速度フ
ィードバック信号を電流ループの電流指令から減算する
ようにした。 【効果】 スライダの加減速時にボールねじの振動によ
り発生するスライダの振動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は送り制御装置の制御系に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置は、サーボモータに
電流検出器、速度検出器、位置検出器を取り付け、三重
のフィードバックループを組んでいた。サーボモータに
より送りねじが回転駆動され、送りナットが固定された
砥石台等のスライダが位置決めされるものであった。送
りねじにはボールねじが多く用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置はサーボモータの角加速度が急激に変化する際
に、スライダ（砥石台）に振動が生じることがあるとい
う問題点があった。この振動はスライダが摩擦の小さい
リニアウエイ等の案内で支持されている場合に特に顕著
であった。この原因はサーボモータとスライダ間のボー
ルねじの弾性により、スライダ（砥石台）が振動するこ
とによる。ボールねじ単独の減衰定数は大きくないの
で、この振動（固有振動）はすぐには減衰しなかった。
本発明は上記の問題点を解決するためなされたものであ
り、その目的とするところは、加減速時のスライダの振
動を抑制することができる送り制御装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、サーボモータと、そのサーボモータに
より回転駆動される送りねじと、その送りねじに螺合す
る送りナットと、その送りナットに固定されたスライダ
と、スライダの位置を検出する位置検出手段と、スライ
ダの速度を検出する速度検出手段と、前記サーボモータ
の電流を検出する電流検出手段と、位置フィードバッ
ク、速度フィードバック、電流フィードバックの三重の
フィードバックループを有する送り制御装置において、
前記スライダに取り付けられスライダの加速度を検出す
る加速度センサと、その加速度センサからの信号を前記
電流フィードバックの電流指令から差し引く加速度フィ
ードバックループとを備えることを特徴とする送り制御
装置が提供される。

【０００５】

【作用】サーボモータでは電流とトルク及び角加速度は
比例するので、電流と角加速度は同種の信号と見做せ
る。上記のように構成された送り制御装置ではスライダ
の加速度が電流指令に追従するように働く。そして、送
りねじ（ボールねじ）の弾性によりスライダに振動が発
生すると、スライダの加速度信号中の振動成分は電流指
令に対して誤差となるので、この誤差がなくなるように
サーボモータに電流を流し振動を抑制する。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照し説明す
る。図１は本発明に係る送り制御装置のサーボ構成を示
すブロックダイヤグラムである。サーボモータ１にはイ
ンクリメンタル型のロータリエンコーダ２が直結されて
いる。サーボモータ１の出力軸にはボールねじ３が連結
され、ボールねじ３には砥石台５に固定された送りナッ
ト４が螺合している。砥石台５には砥石車６が回転可能
に搭載されている。また、砥石台５には加速度センサ７
が固定されている。位置指令からは積算カウンタΣの出
力たる位置フィードバック値が減算され、位置ループゲ
インＫp で増幅されて速度指令となる。速度指令からは
ロータリエンコーダ２からの速度フィードバック値が減
算され、速度ループ比例ゲインＫvpで増幅され、速度ル
ープ積分ゲインＫviで積分されて電流指令となる。電流
指令からは加速度フィードバックゲインＫa の出力であ
る加速度フィードバック値が減算され、さらに、電流フ
ィードバック値が減算されて後、電流ループゲインＫi
で増幅されてサーボモータ１が駆動される。加速度セン
サ７からの信号を加速度フィードバックゲインＫa で調
整し電流ループに返すようにした点が本発明の特徴部分
である。

【０００７】図２は上記のサーボ構成を実現する送り制
御装置のハード構成を示すブロック図である。ディジタ
ルサーボ制御装置１０は主として、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ
１２、ＲＡＭ１３、ディジタルシグナルプロセッサ１４
（以下ＤＳＰ１４という）、共通ＲＡＭ１７、Ａ／Ｄ変
換器１５ａ、１５ｂ及び現在位値カウンタ１６から構成
されている。ＣＰＵ１１にはインタフェース１９を介し
てキーボード２１及びＣＲＴ表示装置２２が接続されて
いる。ＤＳＰ１４の出力はインバータ２５に入力され、
そのインバータ２５はＤＳＰ１４の出力信号に応じてサ
ーボモータ１を駆動する。サーボモータ１には同期モー
タが用いられ、インバータ２５のＰＷＭ電圧制御により
サーボモータ１の負荷電流が制御され、その結果、出力
トルクが制御される。

【０００８】サーボモータ１のＵ相及びＶ相の負荷電流
は変流器（ＣＴ）３２ａ、３２ｂにより検出され、増幅
器１８ａ、１８ｂにより増幅される。その増幅器１８
ａ、１８ｂの出力は、Ａ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂに入
力され、所定の周期でサンプリングされ、ディジタル値
に変換される。そのサンプリングされた値は、瞬時負荷
電流のフィードバック値として、ＤＳＰ１４に入力す
る。また、サーボモータ１にはロータリエンコーダ２が
接続され、その現在位置が検出される。ロータリエンコ
ーダ２の出力は波形整形・方向判別回路３４を介して現
在値カウンタ１６に接続されている。さらに、砥石台５
に固定された加速度センサ７の出力は、Ａ／Ｄ変換器１
５ｃに入力され、所定の周期でサンプリングされ、ディ
ジタル値に変換される。そのサンプリングされた値は、
加速度のフィードバック値として、ＤＳＰ１４に入力す
る。

【０００９】波形整形・方向判別回路３４を介して現在
位値カウンタ１６に入力されるロータリエンコーダ２の
出力信号は現在位置カウンタ１６の値を加減させる。Ｄ
ＳＰ１４により、現在位置カウンタ１６の値は現在位置
フィードバック値として読み込まれ、ＤＳＰ１４により
ＣＰＵ１１から出力された目標値と比較され位置偏差が
算出される。そして、ＤＳＰ１４により、その位置偏差
に基づいて速度指令値が算出される。また、ＤＳＰ１４
に入力された現在位置フィードバック値は微分され、速
度フィードバック値が算出される。ＤＳＰ１４により、
位置偏差に応じて決定される速度指令値と速度フィード
バック値とが比較され速度偏差が算出され、その速度偏
差に基づいて電流指令値が算出される。

【００１０】一方、加速度センサ７にて検出された砥石
台５の加速度はＡ／Ｄ変換器１５ｃを介してＤＳＰ１４
に入力する。そして、加速度フィードバックゲインＫａ
を乗じた値が加速度フィードバック値として演算され
る。また、変流器（ＣＴ）３２ａ、３２ｂにて検出され
た負荷電流は、増幅器１８ａ、１８ｂ及びＡ／Ｄ変換器
１５ａ、１５ｂを介してＤＳＰ１４に入力する。そし
て、電流サンプリング時刻における検出電流値に基づい
て電流制御時刻における電流値が電流フィードバック値
として演算される。そして、ＤＳＰ１４により、電流指
令値と加速度フィードバック値及び電流フィードバック
値とが比較され、電流偏差が算出される。その電流偏差
に基づいて電圧指令値が演算され、電圧指令値は高周波
の三角波と比較され、インバータ２５の各相のトランジ
スタのオンオフを制御する電圧制御ＰＷＭ信号が生成さ
れる。その電圧制御ＰＷＭ信号は、インバータ２５に出
力され、そのインバータ２５の各相のトランジスタがそ
れぞれ駆動される。このインバータ２５のスイッチング
により、各相の負荷電流が電流目標値に制御されること
になる。

【００１１】尚、サーボモータ１の位置決めは、ＣＰＵ
１１により、現在位値カウンタ１６の出力値が位置の指
令値に等しくなったと判定された時に完了される。ま
た、Ａ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂによってサンプリング
されたＵ相、Ｖ相の負荷電流値は、ＤＳＰ１４によりｄ
ｑ変換される。

【００１２】本実施例の送り制御装置は、上述したよう
に、位置、速度、電流の３つのフィードバックループに
加えて、加速度のフィードバックループが付加されてい
る。より下位のフィードバックループには、より高い応
答性が要求され、例えば、最下位の電流フィードバック
ループ及び加速度フィードバックループは１００μＳ毎
に、速度フィードバックループはその数倍、位置フィー
ドバックループは更にその数倍の時間間隔で同期を取っ
てデータのサンプリングが実行され、それぞれのフィー
ドバックループの処理が実行される。

【００１３】上記の構成に基づき作動について説明す
る。図３は、ＤＳＰ１４によって、所定の最小周期毎に
繰り返し実行される処理を示すフローチャートである。
まず処理が開始されると、ステップ１００で、現実行サ
イクルが位置偏差演算タイミングか否かが判定され、位
置偏差演算タイミングであれば、ステップ１０２に進
み、現在位値カウンタ１６に保持された位置の現在位値
が読み込まれ、目標値に対する位置偏差が演算される。
次に、ステップ１０４では、位置偏差に応じた速度指令
値が演算される。

【００１４】次に、ステップ１０６では、現実行サイク
ルが速度偏差演算タイミングか否かが判定される。現実
行サイクルが第ｐ速度制御周期における速度偏差演算タ
イミングであれば、次のステップ１０８で、現在位値カ
ウンタ１６に保持された位置の現在値（電気角）θ
（ｐ）が読み込まれる。次に、ステップ１１０におい
て、前回第ｐ−１速度制御周期における速度偏差演算タ
イミング時に読み込まれた位置の現在値（電気角）θ
（ｐ−１）と、速度制御周期Ｄとから、現速度制御期間
における電気角速度の現在値ω（ｐ）が次式によって演
算される。

【数１】 ω（ｐ）＝〔θ（ｐ）−θ（ｐ−１）〕／Ｄ …（１） そして、ステップ１０４で演算された速度指令値からの
偏差、即ち、速度偏差が演算される。

【００１５】次のステップ１１２では、その速度偏差に
応じて、ｄ軸成分とｑ軸成分の電流目標値Ｉdc(p),Ｉqc
(p) が演算される。次にステップ１１４において、前回
の速度制御周期において検出された角速度ω（ｐ−１）
と、今回の速度制御周期において検出された角速度ω
（ｐ）とを用いて、今回の電気角加速度Ａ（ｐ）が次式
により演算される。

【数２】 Ａ（ｐ）＝〔ω（ｐ）−ω（ｐ−１）〕／Ｄ …（２）

【００１６】次に、ステップ１１６に移行して、現実行
サイクルが第ｎ電流制御周期における電流偏差演算タイ
ミングであるか否かが判定される。尚、ｎは１つの速度
制御周期において、１、２、…と変化する値であり、電
流検出及び電流制御の時刻に関連している。電流偏差演
算タイミングであれば、ステップ１１８へ移行する。ス
テップ１１８以下では電流及び加速度フィードバック制
御が実行される。

【００１７】ステップ１１８では、第ｐ速度制御周期に
おける第ｎ電流制御周期の電流検出時の電気角θ（ｎ）
が次式により演算される。

【数３】 θ（ｎ）＝θ（ｐ）＋ω（ｐ）ｎＴ …（３） 但し、Ｔは電流制御周期である。また、電流検出時刻に
おける電気角速度ω（ｎ）が次式により補完演算され
る。

【数４】 ω（ｎ）＝ω（ｐ）＋Ａ（ｐ）ｎＴ …（４）

【００１８】次にステップ１２０では、ｕ相、ｖ相の瞬
時負荷電流の現在値Ｉu(n)，Ｉv(n)がＡ／Ｄ変換器１５
ａ、１５ｂから読み込まれる。なお、ｗ相の瞬時負荷電
流の現在値Ｉw(n)は、Ｉw(n)＝−〔Ｉu(n)＋Ｉv(n)〕に
より演算される。ステップ１２２においては、砥石台５
の加速度Ａｓｐ（ｎ）がＡ／Ｄ変換器１５ｃから読み込
まれる。

【００１９】次に、ステップ１２４において、電流の現
在値Ｉu(n)，Ｉv(n)，Ｉw(n)はｄｑ変換されて、電流検
出時刻におけるｄ軸成分Ｉd(n)とｑ軸成分Ｉq(n)とが次
式により演算される。

【数５】

【００２０】なお、ｄｑ座標系は、ベクトル制御で良く
知られているように、ｄ軸は励磁磁場と同相にとられ、
ｑ軸は励磁磁場と電気角で９０°の位相差にとられた座
標系である。ｄ軸成分は無効成分を、ｑ軸成分は有効成
分を表す。

【００２１】次に、ステップ１２６において、電流指令
値Ｉdc(p),Ｉqc(p) 電流値Ｉd(n),Ｉq(n)、砥石加速度
Ａsp(n) 加速度フィードバックゲインＫａ、電流ループ
ゲインＫｉから電圧指令値Ｖd(n), Ｖq(n)を次式により
算出する。

【数６】 Ｖd(n)＝Ｋｉ〔Ｉdc(p) −Ｉd(n)〕 …（６）

【数７】 Ｖq(n)＝Ｋｉ〔Ｉqc(p) −Ｉq(n)−ＫａＡsp(n) 〕…（７）

【００２２】次に、ステップ１２８において、次式によ
り電圧指令Ｖd(n)、Ｖq(n)を逆ｄｑ変換して、電圧制御
時刻（ｎ）における各相電圧指令値Ｖu(n)、Ｖv(n)、Ｖ
w(n)が演算される。

【数８】

【００２３】次に、ステップ１３０では、各相電圧指令
値Ｖu(n)、Ｖv(n)、Ｖw(n)と高周波数の三角波とのレベ
ル関係を利用して、即ち、平均電圧法を用いて、各相の
ＰＷＭ信号のオン時間が演算される。そして、ステップ
１３２において、ＤＳＰ１４に内在された各タイマにそ
のオン時間を設定することで、その設定された時間だけ
高レベルとなる各相のＰＷＭ信号がインバータ２５に出
力される。なお、明示していないが、各相のＰＷＭ信号
を生成する時、同相の２つのトランジスタが同時にオン
しないようにデッドタイム処理が施されている。

【００２４】このようにして、１つの実行サイクルの処
理が完了する。この実行サイクルは最小の制御周期で実
行されており、その整数倍で電流フィードバックループ
及び加速度フィードバックループが制御され、更にその
整数倍で速度フィードバックループが制御され、更にそ
の整数倍で位置フィードバックループが制御されるよう
に、ステップ１００、１０６、１１６で判定の基準とな
る回数が設定されている。上記のサイクルが繰り返し実
行されることで、位置、速度、電流及び加速度のフィー
ドバック制御が行われる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、上記の構成を有し加速度セン
サによりスライダの加速度を検出し電流にフィードバッ
クするものであるから、送りねじ（ボールねじ）の弾性
によりスライダに振動が発生すると、スライダの加速度
信号中の振動成分は電流指令に対して誤差となるので、
この誤差がなくなるようにサーボモータに電流を流し送
りねじの振動を抑制するという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のサーボ構成を示すブロックダイヤグ
ラム

【図２】 実施例のハード構成を示すブロック図

【図３】 処理手順を示すフローチャート

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ ロータリエンコーダ ３ 送りねじ（ボールねじ） ４ 送りナット ５ 砥石台（スライダ） ７ 加速度センサ １０ ディジタルサーボ制御装置 １１ ＣＰＵ １４ ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータと、そのサーボモータによ
   り回転駆動される送りねじと、その送りねじに螺合する
   送りナットと、その送りナットに固定されたスライダ
   と、スライダの位置を検出する位置検出手段と、スライ
   ダの速度を検出する速度検出手段と、前記サーボモータ
   の電流を検出する電流検出手段と、位置フィードバッ
   ク、速度フィードバック、電流フィードバックの三重の
   フィードバックループを有する送り制御装置において、 前記スライダに取り付けられスライダの加速度を検出す
   る加速度センサと、その加速度センサからの信号を前記
   電流フィードバックの電流指令から差し引く加速度フィ
   ードバックループとを備えることを特徴とする送り制御
   装置。