(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数軸の各軸モータを駆動する多軸制御装置であって、現在駆動中の一つの軸（以下、「第一軸」と称する）の位置とその到達目標位置との差があらかじめ設定した値以下となった時第一軸駆動完了信号を発生し、当該完了信号発生後他の一つあるいは複数の軸（以下、「第二軸」と総称する）の指令を発生し、第二軸の駆動を開始する多軸制御装置において、
前記第一軸の指令を発生する手段と、
前記第一軸の未来位置を予測し、当該未来位置予測値と前記到達目標位置との比較により完了予測信号を発生する手段と、
当該完了予測信号により前記第二軸の未来位置指令を出力するタイミングを決定し出力する手段と、
第二軸の動特性モデルを用いて予測した第二軸未来位置と前記第二軸未来位置指令とが一致するように第二軸モータを予測制御する手段と、
を備えたことを特徴とする多軸制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数軸のモータを駆動する多軸制御装置に関するもので、特に、その予測制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術より、複数軸のモータを駆動する多軸制御装置において、現在駆動中の第一軸の駆動を終了した後第二軸の駆動を開始する場合、第一軸の位置とその到達目標位置との差があらかじめ設定した値以下となった時、完了信号を発生し、当該完了信号発生後第二軸の指令を発生し、第二軸の駆動を開始する方式が一般に行われている。この方式で、さらに、第二軸を予測制御で駆動すると、第二軸の指令に対する追従精度をより上げることができる。
【０００３】
第一軸と第二軸の制御を行いかつ第二軸を予測制御する装置としては、先に、特願平８−１２２４１９号において本出願人が提案した同期制御装置がある。
すなわち、その特願平８−１２２４１９号に開示されている同期制御装置は、主軸モータに同期して従属軸モータを駆動するものであり、
主軸位置指令のサンプリング周期間の増分値ΔｒS （ｉ＋Ｍ−１）とＫ（Ｋ≧０）サンプリング前の主軸位置増分値ΔｙS （ｉ−Ｋ）とを入力し、主軸位置指令増分値ΔｒS （ｉ）と数サンプリング先までの複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz （ｉ＋ｍ），ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，・・・，Ｄ＋Ｍとを出力する予測装置と、
前記主軸位置指令増分値のｄ（ｄ≧０）サンプリング遅れた信号ΔｒS （ｉ−ｄ）を入力し、主軸モータを駆動制御し、主軸位置増分値ΔｙS （ｉ）を出力する主軸装置と、
前記複数個の従属軸未来位置指令増分値のＤ（Ｄ≧０）サンプリング遅れた信号Δｒz （ｉ＋ｍ），ｍ＝１，２，・・・，Ｍを入力し、従属軸の動特性モデルを用いて予測した従属軸位置が従属軸未来位置指令と一致するように従属軸モータを駆動制御する従属軸装置とから成り、
前記予測装置において、現在に至までの過去複数点に入力した前記主軸位置指令増分値を記憶する手段と、記憶された値の内でＭ−１サンプリング前に入力した前記主軸位置指令増分値ΔｒS （ｉ）を出力する手段と、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置増分値を記憶する手段と、ｄサンプリングの遅れを含めた主軸装置の動特性モデル、記憶された前記主軸位置指令増分値および前記主軸位置増分値により、数サンプリング先までの複数個の主軸位置増分値の予測値を求める演算器と、得られた複数個の主軸位置増分値の予測値から複数個の従属軸未来位置指令を求める変換器とを備えたことを特徴としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、予測制御では、予測区間Ｍだけ先の時刻までの未来位置指令が必要であるため、前記第一軸の完了信号後に第二軸の未来位置指令を発生すると予測区間分の遅れが生じてしまうという問題があった。
また、特願平８−１２２４１９号の同期制御装置は、第一軸と第二軸とを同時に駆動してその同期精度を上げるもので、第一軸駆動終了後に第二軸の駆動を開始する場合には適用できないという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、第一軸の駆動終了後第二軸を予測制御で駆動開始する際に遅れの生じない多軸制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数軸の各軸モータを駆動する多軸制御装置であって、現在駆動中の一つの軸（以下、「第一軸」と称する）の位置とその到達目標位置との差があらかじめ設定した値以下となった時第一軸駆動完了信号を発生し、当該完了信号発生後他の一つあるいは複数の軸（以下、「第二軸」と総称する）の指令を発生し、第二軸の駆動を開始する多軸制御装置において、前記第一軸の指令を発生する手段と、前記第一軸の未来位置を予測し、当該未来位置予測値と前記到達目標位置との比較により完了予測信号を発生する手段と、当該完了予測信号により前記第二軸の未来位置指令を出力するタイミングを決定し出力する手段と、第二軸の動特性モデルを用いて予測した第二軸未来位置と前記第二軸未来位置指令とが一致するように第二軸モータを予測制御する手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に示して説明する。
図中１は、現在駆動中の第一軸の指令発生部であり、現在時刻ｉにおいて、第一軸の位置指令ｒ1 （ｉ）を遅延要素４を介して第一軸制御器７へ出力し、さらに指令ｒ1 （ｉ＋Ｄ＋Ｍ−１）〜ｒ1 （ｉ−Ｋ−Ｎｂ）を完了信号発生部２へ出力する。
【０００８】
完了信号発生部２は、これらの指令ｒ1 （＊）とＫ（Ｋ≧０）サンプリング前の第一軸位置ｙ1 （ｉ−Ｋ）とを入力し、遅延要素４を含めた第一軸の動特性モデルを用いて、第一軸のＤ＋Ｍサンプリング先の未来位置ｙ1 * （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）を予測し、その予測値と到達目標位置ＲＥＦ１との差、すなわち、
｜ＲＥＦ１−ｙ1 * （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）｜が予め設定した値以下となった時、完了予測信号を第二軸指令発生器３へ出力する。ここでＭは第二軸の予測制御における予測区間である。
【０００９】
第二軸指令発生器３は、前記完了予測信号に従って、第二軸の未来位置指令
ｒ2 （ｉ＋Ｄ）〜ｒ2 （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）
を遅延要素６を介して第二軸制御器８へ出力する。
例えば、第二軸は位置ｒ0 に停止しており、
第一軸目標位置到達後の第二軸の指令系列は
｛ｒ0 ，ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ，・・・｝
であるとする。
現在時刻ｉにおいて完了予測信号を受け取った場合、未来時刻ｉ＋Ｄ＋Ｍで第一軸が目標位置に到達すると予測されるため、Ｄサンプリング先からＤ＋Ｍサンプリング先までの第二軸の指令
｛ｒ2 （ｉ＋Ｄ），・・・，ｒ2 （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）｝として
｛ｒ0 ，・・・，ｒ0 ｝を出力し、
１サンプリング後の時刻ｉ＋１には
｛ｒ0 ，・・・，ｒ0 ，ｒ1 ｝を出力し、
時刻ｉ＋２には
｛ｒ0 ，・・・，ｒ0 ，ｒ1 ，ｒ2 ｝と出力していき、
時刻ｉ＋Ｍには
｛ｒ0 ，ｒ1 ，ｒ2 ，・・・，ｒM ｝を出力する。
このように出力すれば、時刻ｉ＋Ｄ＋Ｍに実際に第一軸が目標位置に到達した時点で、第二軸制御器８はＭサンプリング先までの第二軸指令
｛ｒ2 （ｉ），・・・，ｒ2 （ｉ＋Ｍ）｝として
｛ｒ0 ，ｒ1 ，ｒ2 ，・・・，ｒM ｝を受け取ることができる。
【００１０】
なお、４、５、および、６は、位置指令と第一軸位置とを伝達する際に、伝送、演算、検出等の処理のために生じる各遅延要素である。
前記第一軸位置指令ｒ1 （ｉ）は、遅延要素４によりｄ（ｄ≧０）サンプリング遅れ、ｒ1 （ｉ−ｄ）が第一軸制御器７に入力される。
７は、入力した前記第一軸位置指令ｒ1 に従って第一軸モータ９の位置
ｙ1 （ｉ）を制御する第一軸制御器である。
【００１１】
１１は、第一軸位置ｙ1 （ｉ）を検出する位置検出器である。
第一軸位置ｙ1 （ｉ）は、遅延要素５によりＫ（Ｋ≧０）サンプリング遅れ、ｙ1 （ｉ−Ｋ）となり、前記完了信号発生部２に入力される。
前記第二軸未来位置指令は、遅延要素６によりＤ（Ｄ≧０）サンプリング遅れ、ｒ2 （ｉ＋ｍ），ｍ＝０，１，・・・，Ｍが第二軸制御器８に入力される。
【００１２】
８は、第二軸の動特性モデルを用いて予測した数サンプリング先までの第二軸未来位置が、入力した第二軸未来位置指令ｒ2 （ｉ＋ｍ），ｍ＝１，２，・・・，Ｍと一致するように第二軸モータを予測制御する第二軸制御器であり、
１２は、第二軸位置ｙ2 （ｉ）を検出する位置検出器である。
ここで第二軸制御器８は、予測制御により速度指令ｖ（ｉ）を決定する手段と、決定した速度指令に従って第二軸モータ１０の速度を制御する手段とを備えている。
【００１３】
予測制御として例えば特開平７−２８５０８号公報（特願平５−１９７９５６号）で本出願人が提案したものを用いた場合、速度指令ｖ（ｉ）は次式で決定される。
【００１４】
【数１】
0003864291.tif 000002
ここではＭは予測区間、
ｅ（ｉ）は位置偏差、すなわち、ｅ（ｉ）＝ｒ2 （ｉ）−ｙ2 （ｉ），
Ｎa 2 ，Ｎb 2 は第二軸の前記動特性モデルの次数、
ｖm ，ｐn ，Ｅ，ｇn は予測制御用定数であり、
Δはサンプリング周期間の増分値を表す。
【００１５】
以下、前記未来位置ｙ1 * （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）の予測手段について説明する。
完了信号発生部２において、第一軸のＤ＋Ｍサンプリング先の未来位置ｙ1 * （ｉ＋Ｄ＋Ｍ）は、特願平８−１２２４１９の場合と同様にして求めると、次式
【００１６】
【数２】
0003864291.tif 000003
あるいは、
【００１７】
【数３】
0003864291.tif 000004
で得られる。
Ｎa ，Ｎb は、遅延要素４を含めた第一軸の動特性モデルの次数であり、
（２）式の係数Ａmn、Ｂmnは（４）、（５）式で与えられ、
【００１８】
【数４】
0003864291.tif 000005
【００１９】
【数５】
0003864291.tif 000006
（３）式の係数Ａmn、Ｂmnは（６）式で与えられる。
【００２０】
【数６】
0003864291.tif 000007
また、図中の第二軸に関する２、３、６、８、１０、１２をそれぞれ複数軸分備えることによって、複数軸を駆動することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、第一軸の未来位置を予測する手段と、当該未来位置予測値と前記到達目標位置との比較により完了予測信号を発生する手段と、当該完了予測信号により前記第二軸の未来位置指令を出力するタイミングを決定し出力する手段と、第二軸の動特性モデルを用いて予測した第二軸未来位置が、出力された前記第二軸未来位置指令と一致するように第二軸モータを予測制御する手段と、を備えたことにより、第一軸の駆動終了後第二軸を予測制御で駆動開始する際に遅れがなく、かつ、予測制御によって第二軸の指令に対する追従精度が向上した多軸制御装置が実現されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的実施例を示す図。
【符号の説明】
１  第一軸指令発生部
２  完了信号発生部
３  第二軸指令発生部
４、５、６  遅延要素
７  第一軸制御器
８  第二軸制御器
９  第一軸モータ
１０  第二軸モータ
１１、１２  位置検出器
【図１】
0003864291.tif 000008