(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
決められた整定時間内に目標位置に到達するように、予め定義された位置パターンを設定した位置指令パターン発生回路が出力する位置指令に従って、位置を制御する第１のサーボモータの位置制御方法において、
第１のサーボモータが駆動する負荷を、第１のサーボモータとは機械的に独立に駆動するサーボモータであって、トルク指令に従って駆動される第２のサーボモータと、
第１、第２それぞれのサーボモータの軸に設けられた第１、第２のパルスゼネレータの他に、前記負荷に取り付けられた第３のパルスゼネレータとを設け、
前記負荷の回転角度θを第３のパルスゼネレータの信号により検出し、トルク指令パターン発生回路により回転角度θの関数として第２のサーボモータの前記トルク指令を発生させ、
加減速中は、第２のサーボモータ系のメカ機構の追加に起因する負荷への影響をなくすように、このメカ機構が前記位置指令パターンに追随動作できるに必要な補償トルク指令を与え、
停止時には、前記負荷が常にギアに接するように第２のサーボモータを制御して、前記位置指令に対する機械減速機の停止時におけるバックラッシュの影響を補償することを特徴とする位置制御のバックラッシュ抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械加工機やその他部品加工機等の位置制御に適用される高精度位置決め応用機械に関し、特に停止時のバックラッシュュによる位置偏差を軽減する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この位置制御は図３に示すようになっている。図３において、１はコントローラ、２はサーボドライバ、３はサーボモータ、４はパルスゼネレータ、５はギア機構、６は負荷、１１は位置指令、１２は前記位置指令を出力する位置指令パターン発生回路、１３は微分回路、１４フィードフォワードゲイン、１５はフィードフォワード速度指令、１６は位置制御ゲイン、１７は位置フィードバック、１８はカウンタ、１９はＤＡ変換器である。
この例では、位置指令発生パターン回路１２が発生する位置指令１１を、位置制御ループによって位置制御を行う。サーボドライバ２の速度制御ゲインや、位置制御ゲイン１６、フィードフォワードゲイン１４をカットアンドトライで調整して、停止精度のみならず時々刻々の位置偏差が最小になるようにして、整定時間を短くしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来技術では、機械の剛性、共振の問題等より速度制御ゲイン、位置制御のフィードゲイン１４、位置制御ゲイン１６を高くすることには限界がある。
仮に前記ゲインを最適に調整できてパルスゼネレータ４と位置指令１１との偏差が目標値範囲にはいって電気的には停止精度仕様を満足しているが、、ギア機構５のバックラッシュュが大きければ機械側が許容範囲精度内にはいらず、停止精度仕様を満足しないという問題があった。
そこで、本発明は、加減速中の追従誤差に影響を与えず、かつ停止時はバックラッシュを補償することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明による位置制御のバックラッシュ抑制制御方法は、決められた整定時間内に目標位置に到達するように、予め定義された位置パターンを設定した位置指令パターン発生回路が出力する位置指令に従って、位置を制御する第１のサーボモータの位置制御方法において、
第１のサーボモータが駆動する負荷を、第１のサーボモータとは機械的に独立に駆動するサーボモータであって、トルク指令に従って駆動される第２のサーボモータと、
第１、第２それぞれのサーボモータの軸に設けられた第１、第２のパルスゼネレータの他に、前記負荷に取り付けられた第３のパルスゼネレータとを設け、
前記負荷の回転角度θを第３のパルスゼネレータの信号により検出し、トルク指令パターン発生回路により回転角度θの関数として第２のサーボモータの前記トルク指令を発生させ、
加減速中は、第２のサーボモータ系のメカ機構の追加に起因する負荷への影響をなくすように、このメカ機構が前記位置指令パターンに追随動作できるに必要な補償トルク指令を与え、
停止時には、前記負荷が常にギアに接するように第２のサーボモータを制御して、前記位置指令に対する機械減速機の停止時におけるバックラッシュュの影響を補償するものである。
【０００５】
【実施例】
すなわち、本発明は前記従来の位置制御系において、負荷軸を駆動する第２のサーボモータと、前記負荷軸の回転角度を時々刻々検出可能な第３のパルスゼネレータとを取り付け、コントローラにより前記負荷軸の回転角度θを算出して、停止時には、第２のサーボモータをトルク制御する指令Ｔｒｅｆ２を前記回転角度θの関数として発生させて、常にギアに負荷が接する様に制御し、かつ加減速中すなわち第１のサーボモータの位置制御系に対しては、新たに追加された第２のサーボモータの機械系は負荷となるため、加減速中に、この影響をなくすように、この機械機構が前記位置パターンに対して動作できる分のトルク指令を追加したモータのトルク指令とする。
したがって、本発明により、追加したサーボモータで駆動する負荷の位置に応じて最適なトルク制御を行うことができるので、ギア機構のバックラッシュュの位置制御結果に与える影響を軽減することができる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例を示す制御ブロック図である。
図３と異なり、図１では、第２のサーボモータが追加されている。すなわち、図３のサーボモータ（以下第１のサーボモータという）が駆動する負荷を、機械的に並列に第２のサーボモータでも駆動するようになっている。
以下、図１の構成の詳細を説明する。第１のサーボモータのドライバ、コントローラの内部構成は図３と同一であるので、説明は省略し、第２のサーボモータのドライバ、コントローラの内部構成について述べる。２６は負荷６に連結されたギア機構で（以下第２のギア機構といい、ギア機構５は第１のギア機構という）、２７は第２のサーボモータ駆動用のサーボドライバ、２８は第２のサーボモータ、２９は第２のサーボモータの位置検出用のパルスゼネレータ（以下第２のパルスゼネレータとし、第１のサーボモータの位置検出用のパルスゼネレータは以下第１のパルスゼネレータという）、３０は負荷６の回転角度を検出するためのパルスゼネレータ（以下第３のパルスゼネレータという）である。
また、２４はトルク指令パターン発生回路、３２はトルク指令Ｔｒｅｆ２をサーボドライバ２７に出力するＤＡ変換器、３５は負荷軸に設置した第３のパルスゼネレータの検出パルスを読み取るカウンタ、３３はこのカウンタの信号に基づいて負荷軸回転角を演算する負荷軸回転角算出回路、３４は負荷軸の回転角度θで、前記トルク指令パターン発生回路２４は、この負荷軸の回転角度θの関数として第２のサーボモータに与えるトルク指令Ｔｒｅｆ２５を出力する。
ここで図１の作用を説明する。図１において、上半分の回路すなわち、第１のサーボモータの位置制御関連ループは従来の位置決め制御回路と同じであるので説明は省略し、本発明で追加される回路について説明する。
負荷軸に設置したパルスゼネレータ３０が発生するパルスをカウンタ３５で読み込み、負荷軸回転角算出回路３３により負荷軸の回転角θ３４を算出して、そのθをトルク指令パターン発生回路２４の入力信号とし、負荷軸回転角に応じたトルク指令Ｔｒｅｆ２５をトルク指令パターン発生回路２４によって発生させ、ＤＡ変換器３２にを経由してサーボドライバ２７に出力する。サーボドライバ２７は、与えられたトルク指令Ｔｒｅｆ２に基づいて第２のサーボモータのトルク制御を行う。
このシステムでは、目標位置に負荷軸が到達する直前、つまり実際の位置が目標位置決め範囲に入る前までは、追加した第２のギア機構、第２のサーボモータは、第１のサーボモータによる従来の位置制御系にとっては負荷外乱となる。この外乱は、従来の位置制御系が動作すべき位置指令に追従するように、追加した第２のギア機構、第２のサーボモータによる外乱トルク分を発生させることによって、その外乱分は打ち消すことができる。この補償は、負荷軸から常に回される（回生）状態になるため、そのエネルギは抵抗で消費させるか、電源側に返す電源回生回路を追加することで対処できる。
すなわち、各メカ機構のＧＤ２、モータのＧＤ２、負荷側の位置パターンによって上記到達する直前までのトルク指令パターンは求めることができる。また負荷軸が目標位置近辺に接近してからは、ギアが常に片側のギアに接するようなトルクを発生させれば良いため、負荷軸の回転角毎に必要なトルク指令を発生させるパターンを作成する。このトルク指令も各メカ機構のＧＤ２、モータのＧＤ２、片側ギアに接するために必要な移動距離、時間から容易に算出できる。
この方法で求めたトルク指令パターン発生回路２４により、負荷軸の回転角θとトルク指令Ｔｒｅｆ２５の関数を作成してトルク制御を行うことにより、移動開始から目標位置到達直前までは従来の位置制御ループに対して影響を与えず、かつ停止時はバックラッシュによる影響を軽減するように制御することが可能になる。
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は従来のトルク制御を説明する図であり、図２（Ｃ）は本発明のトルク指令パターン発生回路の原理を示すブロック図である。図２（Ａ）において、横軸は負荷軸の回転角度θ、縦軸は第１のサーボモータの回転速度指令と速度フィードバック信号の変化を表している。速度フィードバック信号の斜線部分が位置を表している。図２（Ｂ）において、横軸は負荷軸の回転角度θ、縦軸は第１のサーボモータのトルク指令で、トルク指令１は第２のサーボモータ系のメカが付加されていない状態における値である。
図２（Ｃ）は図１のトルク指令パターン発生回路の出力信号を負荷軸の回転角度θに応じて変化する様子を示している。トルク指令２、トルク指令３は第１のサーボ系の位置制御系に影響を与えないように、追加した第２のサーボ系のモータ、ギア等のＧＤ２分を第１のサーボ系の位置制御パターンに合わせて加速、減速するために必要な分のトルク値である。また、トルク指令４はバックラッシュを抑制するために負荷をギアに押しつけるために必要なトルクを示している。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、位置制御において、新たにバックラッシュ抑制用のサーボモータを追加して、負荷軸の回転角度によるトルク制御を行うことによって、機械の高精度化をはかっても、さけられなかったバックラッシュによる位置偏差を容易に補正することができる。また追加するモータは、自分自身のＧＤ２  、ギアのＧＤ２  分を位置制御パターンに合わせて駆動するだけのトルク、および負荷をバックラッシュ分（一般的に３分／３６０度程度）だけ移動させるのに必要なトルクを発生できればよいため、小容量のサーボモータを適用できるため、経済的であるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図
【図２】従来制御と本発明の差異を説明するための図
【図３】従来技術の図
【符号の説明】
１  コントローラ
２、２７  サーボドラバ
３、２９  サーボモータ
４、２８、３０  パルスゼネレータ
５  ギア機構▲１▼
６  負荷
１１  位置指令
１２  位置指令パターン発生回路
１３  微分回路
１４  フィードフォワードゲイン
１５  フィードフォワード速度指令
１６  位置制御ゲイン
１７  位置フィードバック
１８、３５  カウンタ
１９、３２  ＤＡ変換器
２０  Ｎｒｅｆ（速度指令）
２４  トルク指令発生パターン回路
２５  Ｔｒｅｆ（トルク指令）
２６  追加ギア機構▲２▼
３１  Ｔｒｅｆ２（トルク指令２）
３３  負荷軸回転角算出回路
３４  θ
３６  位置フィードバック
３７  偏差モニタ▲１▼
３８  偏差モニタ▲２▼
【図１】
0003608096.tif 000002
【図２】
0003608096.tif 000003
【図３】
0003608096.tif 000004