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    公开号:WO1984004981A1
    申请号:PCT/JP1984/000302
    申请日:1984-06-12
    公开日:1984-12-20
    发明作者:Naoto Ota
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 、 位置ル ー プゲイ ン制御方法
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は主軸を定位置に停止させる主軸定位置停止装 置の位置ループゲイ ン が設定値と る る よ う に該位置ル ー プを搆成するディ ジタ ル · アナ ロ グ変換器のゲイ ンを決 定する位置ループゲイ ン制御方法に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 工作機械におい ては主軸を定位置に停止させる能力が 要求される。 た とえば、 A T C ( 自動工具交換機能 ） 付 マ シ ユ ン グ セ ン タ では主軸に装着せ られた工具を交換す るには、 該主軸を定位置に停止させる必要があ ] 、 又タ 一ニ ン ク、 セ ン タ では主軸に装着せられた ワ ーク にネ ヅ穴、 穴、 キー溝 ¾ どの加工を施すには ワ ーク換言すれば主軸 を定位置に停止させる必要がある。
    [0007] こ のため、 種 々 の定位置停止制御装置が提案されて い る。 第 1 図はタ ー - ン グ セ ン タ 制御用の主軸定位置停止 回路のプ ロ ッ ク図、 第 2 図は同動作タ イ ム チ ャ ー ト であ る。 旋削モ ー ド時、 図示 しない N C装置か ら 出力される デ ィ ジタ ル の指令速度 V c は D A変換器 どを内蔵する 速度指令回路 1 0 1 a に入力され、 ア ナ ロ グ の指令速度 C V A に変換され、 切換ス ィ ッ チ 1 0 1 b 、 速度制御回 路 1 0 1 c を介 レて主軸モ ー タ 1 0 2 に印加され、 該主 軸モ ータ を回転させる。 主軸モ ータ 1 0 2 の実際の回転 速度は タ コ メ ー タ 1 0 3 に よ ]5 検出されて速度帰還信号
    [0008] O PI A V A となって速度制御回路 1 0 1 c に入力され、 該速 度制御回路 1 0 1 c は主軸モータ 1 0 2 を指令速度 V c で回転させる。
    [0009] 一方、 旋削加工が終了 して主軸 1 0 5 を定位置に停止 させる段階にな る と図示 し ¾い N C装置か ら主軸定位置 停止指令 ORCM が出力される、 又指令速度 V c はオ リ エ ンテー シ ヨ ン初期速度 （ v0i ) と る。 これに よ ] 主 軸モ ー タ 1 0 2 の回転速度はオ リ エ ン テ ー シ ョ ン初期速 度 V0R i 迄減速する 。 オ リ エ ン テ ー シ ョ ン初期速度に到 達後、 後述する演算回路 A R Mの出力が所定値になる と 切換回路 ί 0 1 d は切換ス ィ ッ チ 1 0 1 b の可動接片を 接点 B 側に切換える。 さ て、 定位置停止制御部 1 0 1 e は主軸定位置と主軸現在位置と の偏差に応じた位置偏差 電圧 R P D ( アナ ロ グ電圧 ） を出力する よ う に搆成され てお 、 切替ス ィ ッ チ 1 0 1 b が接点 B 側に切替われば、 速度制御回路 1 0 1 c は位置偏差電圧 R P D と実速度 A V A と の差電圧を出力 し、 該位置偏差電圧が零と る る よ う にサ ー ポ、の位置制御を行 う 。 そ して、 位置偏差電圧 R P D が零にな る と監視回路 1 0 1 f よ j 主軸定位置停 止完了信号 O RD ENを出力する。 す わち、 速度制御回 路 1 0 1 c 、 主軸モ ー タ 1 0 2 、 ポ ジ シ ョ ン コ ー ダ 104、 定位置停止制御部 1 0 1 e 、 切替ス ィ ッ チ 1 0 1 b に よ 位置制御フ ィ ー ドパ ッ ク系が構成されて、 主軸 1 0 5 は定位置に位置決めされる。 尙、 定位置停止制御部 101 e において、 C N T は ボ ジ シ ヨ ン コ ーダ 1 0 4 か ら 1 回
    [0010] OMPI 転信号 R P が発生する と き 、 数値 N をセ ッ 卜 され、 A相 ハ0 ル ス P Aが発生する毎にその内容を減算される 力 ゥ ン タ であ る。 但 し Nは主軸が 1 回転する間に ポ 'ノ ン ヨ ン コ ーダ 1 0 4 か ら発生する A相ハ。ル ス の数であ ]9 、 た と え ば 4096 である。 A R Mは演算回路で カ ウ ン タ C N T の 計数値 N s と 指令された主軸停止位置に応 じた数値 N c と の加算演算を実行する演算回路、 D A C は演算回路か ら出力される数値 N r に応 じた位置偏差電圧 R P D を発 生するディ ジ タ ル · ア ナ ロ グ変換器 （ D A変換器と い う である。 尙、 0 変換器 0 （： は 1^ 1" カ； 2048 のと き 零 ボ ル ト を、 N r カ 0 の と き — Vb ( ポ ル ト ） を、 N r 力 4096 の と き +Vb ( ボ ル ト ） をそれぞれ出力する よ う に ¾つている。 従って、 1 回転信号 Ι ·Ρ の発生位置か ら A 相ハ0 ル ス数に して 2048 の中間位置 （ 180°位置 ） に主 軸を停止させたい場合には Nc = 0 と して、 1 回転信号 発生位置か ら 180° の位置で零 レ ペ ルをク ロ ス する鋸歯 状の位置偏差電圧 R P D (第 2 図の実線参照 ） を定位置 停止制御部 1 0 1 e か ら出力する。 又、 1 回転信号発生 位置か ら 90° 位置に主軸を停止させたい場合には Nc = -1048 と し、 更に 1 回転信号発生位置か ら 270° 位置 に主軸を停止させたい場合には Nc = 1048 と し、 第 2 図点線及び 1 点鎖線に示す位置偏差電圧 R P D を出力す o
    [0011] 今、 1 回転信号発生位置か ら 180° 位置に主軸を停止 させたい も の と し、 主軸 1 0 5 がオ リ エ ン テ ー シ ョ ン初
    [0012] O PI 期速度 VoR i で回転している も の とすれば、 演算回路 A R Mの出力が 4 0 9 6 にな る と、 切換回路 1 0 1 d は これ を検出 して切換ス ィ ッ チ 1 0 1 b の可動接片を接点 B 側 に切換える。 D A変換器 D A C は入力数値が 4 0 9 6 の と 5 き オ リ エ ン テ ー シ ョ ン初期速度 VQR i に相当する電圧
    [0013] V b を出力する力 ら、 ス ィ ッ チ 1 0 4 b の切換時 （ 速度 制御か ら位置制御切換時 ） 、 速度制御回路 1 0 1 c への
    [0014] ： 入力電圧はス ム ー ズ に変化 し、 以後主軸 1 0 5 は位置制
    [0015] 御されて指令された定位置に停止する こ と に ¾ る。
    [0016] 10 と ころで、 主軸定位置停止回路においては、 位置ル ー プゲイ ン が適正な値になっていない と、 位置決め時に才 ー パ シユ ー ト ゃハ ン チ ン グを生じ （ ゲ イ ン が大きすぎる
    [0017] ) 、 又定位置に停止 している際のサ—ー 剛性が弱 く （ ゲ イ ン が小さい ） 容易に外力に よ ！） 動いて しま う とい う問
    [0018] 15 題を生じる。
    [0019] さて、 位置ループグ ィ ンはモータか らみた負荷イ ナ一 シ ャ に依存し、 負荷イ ナ 一 シ ャ は機械毎に、 又同一機械 でも主軸変速段毎に異 る。 このため、 従来の主軸定位 置停止回路にお い ては機械が変る毎に、 且つ主軸変速段
    [0020] 20 が変る毎に手動で位置ル ー フ。内のア ン ° の ケ、、 ィ ン ゃ D A 変換器の特性を制御 して位置ループゲイ ン の調整を行 つていた。
    [0021] しか し、 上記従来の調整方法は機械が変る毎に、 且つ 主軸変速段が変る毎に位置ループゲイ ン調整を手動で行 なわな ぐ てはな らないため調整作業が煩雜であった。
    [0022] O PI 本発明の 目 的は簡単な操作で位置ループゲイ ン が設定 値と ¾ る よ う に調整で き る位置ループゲイ ン制御方法を 提供する こ と である。
    [0023] 本発明の別の 目 的はゲイ ン調整要求釦を押圧するだけ で自 動的に位置ループゲ イ ンを設定値に調整する こ と が でき る位置ループゲイ ン制御方法を提供する こ と である c
    [0024] 発 明 の 開 示
    [0025] 本発明は主軸を定位置に停止させる主軸定位置停止装 置の位置ル ー ： °ゲイ ン が設定値 K P と ¾ る よ う に該位置
    [0026] ループを構成する ディ 'ノタ ノレ · アナ ロ グ変換器のゲイ ン
    [0027] を決定する位置ループゲ イ ン制御方法であ る。 この位置
    [0028] ル ー 7°ゲイ ン制御方法に よれば、 基底速度 N b でモ ー タ を回転させ、 ついで該速度 N b か ら速度零迄減速させた と き の減速時間 Τ ί を測定 し、 前記設定値 Κ ρ と、 基底 速度 N b と、 減速時間 T f と、 主軸定位置停止時におい て速度制御か ら位置制御に移行する切換位置か ら定位置 迄の距離 D と を用いて前記ディ ジタ ルアナ ロ グ変換器の グ ィ ン KDA を決定する。
    [0029] 図面の簡単る説明
    [0030] 第 1 図は従来の定位置停止回路のブ ロ ッ ク図、 第 2 図 は第 1 図の各部波形図、 第 3 図は本発明の主軸定位置停 止装置のブ π ッ ク図、 第 4 図は本発明の位置ル ー ： °ゲイ ン調整の処理 フ ロ ー図、 第 5 図は本発明を説明するため の減速特性図である。
    [0031] 発明を実施するための最良の形態
    [0032] OMPI WIPO 、 第 3 図は本発明の主軸定位置停止装置のプ α ッ ク図で あ 、 定位置停止制御系を詳細に示 している。 尙、 第 1 図 と 同一部分には同一符号を付 している。 第 3 図におい て第 1 図 と異 る点は、
    [0033] (1) —定位置停止制御部 1 0 1 e はマ イ ク ロ コ ン ビ ユ ー タ 3 0 0 を有 している こ と、
    [0034] (2) マ イ ク ロ コ ン ヒ。 ユ ー タ 3 0 0 の R O M 3 0 0 a は 位置ル ·_プゲイ ン 制御用のプ ロ グ ラ ムを記憶 している こ と、
    [0035] (3) 操作盤 2 0 1 を設け、 位置ループゲ イ ン調整要求 信号を該操作盤 2 0 1 よ ] 定位置停止制御部 1 0 1 e に 入力する構成に している点等である。
    [0036] 次に、 第 4 図に示す位置ル ー ： ° グ ン調整の処理フ ロ 一を参照 しなが ら第 3 図の動作を説明する。
    [0037] (a) 主軸モ ータ 1 0 2 が停止 している状態において、 操作盤 2 0 1 上のゲ イ ン調整要求釦 G A B を押圧する。 ゲ イ ン調整釦の押圧は直ちに定位置停止制御部 1 0 1 e の マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ 3 0 0 に認識される 。
    [0038] (b) この結果、 プ ロ セ ッ サ 3 0 0 b は制御プ ロ グ ラ ム の制御下にお い て速度指令回路 1 0 1 a に指令ー :„U て基底速度 N b ( 1500 rpm ) を入力する。 こ の基底速 度 N b は切換ス ィ ッ チ 1 0 1 b 、 速度制御回路 1 0 1 c を介 して主軸モータ 1 0 2 に入力され、 該主軸モー タ は 該基底速度で回転する。
    [0039] ( 主軸モータ 1 0 2 の回転速度が基底速度に到達す れば、 速度検出器 4 0 1 よ ]) 速度到達信号 V R S が発生 し、 プ ロ セ ッ サ 3 0 0 b に よ ]) 読み取 られる。 これに よ 、 プ ロ セ ッ サ 3 0 0 b は零の指令速度を速度指令回路 1 0 1 a に入力する。 (d) こ の結果、 主軸モ ー タ 1 0 2 の回転速度は基底速 度 N b か ら零に向かって第 5 図に示すよ う に減速を開始 する。 尙、 プ ロ セ ッ サ 3 0 0 b は零の指令速度発生後の -経過時間を内蔵の ソ フ 卜 タ イ マ に よ ] 計時する。 主軸モ ータ 1 0 2 の回転速度が零になれば、 この回転速度零は 速度検出器 4 0 1 に よ ]) 検出されてプ ロ セ ッ サ 3 0 0 b に通知され、 プ ロ セ ッ サは経過時間の計時を停止 し、 そ の時の経過時間を減速時間 T f と して R A M 3 0 0 c に 記憶、する o '
    [0040] (e) しかる後、 プ ロ セ ッ サ 3 0 0 b は次式
    [0041] 1 Nb 1
    [0042] A = K—— · 一 · 一 (1)
    [0043] Kp Tf D に よ ] ゲ イ ン 可変の D A コ ン パ ー タ 3 0 1 の ゲ、 イ ン KDA を演算 し、 演算結杲を該 D A コ ン バ ー タ 3 0 1 に入力す る。 そ して、 D A コ ン パー タ 3 0 1 力；ケ、、イ ン KDA に基い てゲ イ ン調整をすれば位置ループグ イ ン の自 動調整処理 が終了する。 尙、 D A コ ン バ ー タ 3 0 1 はパ ー ブ ラ ウ ン 製 DAC80 と イ ン タ ー シ ル製 AD7523 JN と で構成され る。 又、 （1)式に いて、
    [0044] KDA … D A変換器 3 0 1 の ゲ イ ン
    [0045] OMPI p …所望の位置ループゲ イ ン N …基底速度、 Tf …減速時間、
    [0046] D …主軸定位置停止制御時に速度制御か ら位置制御に切 換る イ ン 卜 か ら定位置迄の距離であ ]) 、 たとえば 該ボイ ン 卜 か ら定位置迄主軸が回転 した と き ポ ジ シ ヨ ン コ ーダ 1 ひ 4 力 ^ ら発生するハ0 ル ス数で表現され る、
    [0047] K … （ モータ定格回転指令電圧 ） / ( モータ定格回転数: である。
    [0048] 次に、 D A変換器 3 0 1 のゲ イ ン が（1)式よ ] 求ま る理 由を説明する。
    [0049] 第 5 図か ら明 らかな よ う に現在の負荷イ ナ ー シ ャ時に おいて主軸モータ 1 0 2 に よって制御 し う る最大の傾斜 は NbZT である。 従って、 主軸定位置停止制御時におい てこの傾斜と な る よ う に D A変換器のグイ ンを決定すれ ばよい。
    [0050] さて、 主軸定位置停止制御時に いて速度制御か ら位 置制御へ移行する際の初期ォ リ ェ ン テ ー シ ョ ン速度は V, OB である力ゝ ら、 位置ループゲ イ ン の所定値を K p と すれば
    [0051] Nb
    [0052] Kp， V OE (2)
    [0053] Tf が成立 し、 Tp = lZKp とすれば V ORi Nb
    [0054] p Tf 力 成立する。
    [0055] 一方主軸定位置.停止制御時において速度制御か ら位置 制御へ移行する際に、 D A変換器 3 0 1 か ら 出力される 電圧値は初期ォ リ ェ ン テ ー シ ョ ン速度 V0R i に比例する 値になっているか ら、 D A変換器 3 0 1 のゲ イ ンを KDA、 前記移行時の主軸定位置と主軸現在位置間の差分 （ 距離） を D とすれば、
    [0056] DA D oc V, ORi (3) と な る。 （2)， （3)式か ら V0R i を消去 ·すれば
    [0057] Nb
    [0058] K DA = K
    [0059] Kp Tf D とな る。 但 し、 k は上記定義 した値である。
    [0060] 以上に よ 、 D A変換器 3 0 1 のゲ イ ン調整が終了す れば、 以後最適 状態で主軸定位置停止制御を行 ¾ う こ と ができ る。 するわち、 操作盤 2 0 1 あるいは図示 し ¾ い N C装置 よ D 主軸定位置停止指令 OR CM が指令され、 且つ指令停止位置 N c が指令される と プ ロ セ ッ サ 300b は第 1 図の従来例 と全 く 同一の主軸定位置停止制御を行 な う 。 尙、 第 3 図における位置偏差レ ジ ス タ 3 0 2 は第 1 図のカ ウ ン タ C N T に対応 し、 マ イ ク ロ コ ン ヒ。 ユ ー タ
    [0061] OMFI 3 0 0 は演算回路 A R Mに対応 し、 D A コ ン バータ 30 1 は D A変換器 D A C に対応する。 但 し、 プ ロ セ ッ サ 30 0 b に よ る演算結果は、 一段の出力バ ッ フ ァ 3 0 3 に一担 記憶され、 それか ら D . A変換器 3 0 〗 に入力される。
    [0062] 以上説明 したよ う に、 本発明の位置ループゲ イ ン制御 方法に よれば基底速度 N b でモータ を回転させ、 ついで 該速度 N b か ら速度零迄減速させたと き の滅速時間 T f を測定 し、 所望の位置ループゲ イ ン K p と、 所定速度 Nb と、 減速時間 T f と、 主軸定位置停止時におい て速度制 御か ら位置制御に移行する切換位置か ら定位置迄の距離 D と を用い て前記ディ ジ タ ル · アナ ロ グ変換器のゲイ ン KDAを決定する よ う に構成 したか ら、 自 動的に且つ簡単 に位置ループゲイ ン が設定値と ¾ る-よ う に D A変換器の グ ィ ンを設定する こ と ができ る。 そして、 本発明に よれ ば所望の位置ル ー ； °ゲイ ン が得 られるため、 オー バ、 ー シ ユ ー 卜 、 ハ ン チ ン グ等が生ぜず、 しかも 停止時における サー ボ剛性を適正にでき る。
    [0063] • 産業上の利用分野
    [0064] 以上、 本発明は主軸を定位置に停止させる主軸定位置 停止装置の位置ループゲ イ ン の調整に適用 して好適であ る o
    [0065] O FI
    权利要求:
    Claims
    O 84/04981
    一 1 1一
    請 求 の 範 囲
    1. 主軸を定位置に停止させる主軸定位置停止装置の 位置ループゲイ ンが設定値 K p と な る よ う に該位置ル ー プを搆成する デ ィ ジ タ ル · ア ナ ロ グ変換器のグ イ ン を決 定す'る位置ループゲ イ ン制御方法において、 所定速度 N b で モ ー タ を回転させるス テ ッ プ、 該速度 N b か ら速度 零ま で減速させた と き の減速時間 T f を測定する ス テ ツ プ、 前記設定値 K p と、 所定速度 N b と、 減速時間 と、 主軸位置停止制御時におい て速度制御か ら位置制御 に移行する切換 ポ イ ン ト か ら定位置迄の距錐 D と を用い て前記ディ 'ゾタ ル · アナ ロ グ変換器のゲイ ン Kdaを決定 するス テ ッ プを有する こ と を特徵とする位置ル ^"プゲイ ン制御方法。 -
    2. 前記ディ ジタ ル · アナ ロ グ変換器のゲイ ソ KDA を 次式
    Nb
    AD
    Tf D に よ 演算する こ と を特徵 とする請求の範囲第 1 項記载 の位置ループグ ィ ン制御方法。 但 し、 D は主軸にハ。 ル ス 発生器を取付けた と き、 前記切換ポイ ン ト か ら定位置迄 主軸が回転 した と き の該ハ。 ル ス発生器か ら発生するハ。ル ス数で あ 、 Kはモ ー タ定格回転指令電圧 と モ ー タ定格 回転数と か ら定ま る定数である。
    3. 前記 D A変換器は主軸定位置と主軸現在位置の差 84/04981
    一 12—
    分に応 じたアナ ロ グ電圧を発生する こ と を特徵とする請 求の範囲第 2項記载の位置ループグ イ ン制御方法。
    ゲ イ ン調整要求信号を発生する手段を設け、 該ゲ イ ン調整要求信号に よ ] 指令速度を N b に して、 主軸を 該速度 N b で回転させる こ とを特徵とする請求の範囲第 2 項記載の位置ループゲイ ン制御方法。
    5. 主軸回転速度を監視 し、 該回転速度が N b に つ た時、 指令速度を零にする こ とを特徵とする請求の範囲 第 2項記載の位置ループゲイ ン制御方法。
    类似技术:
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1985-08-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1984902217 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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