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    • 专利摘要:

    公开号:WO1991001518A1
    申请号:PCT/JP1990/000902
    申请日:1990-07-12
    公开日:1991-02-07
    发明作者:Takao Sasaki；Kentaro Fujibayashi；Takashi Endo
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B13-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 数値制御装置 技 術 分 野
    [0002] 本発明はスピン ドルモータ等のサーボ機器を適応制御する 数値制御装置に関し、 特にファジィ制御手段を有する数値制 御装置に関する。 背 景 技 術
    [0003] 従来、 ス ピン ドルモータ等のサーボ敉 を適応制御する例 として、 数値制御装置に内蔵された内蔵型の P C (プログラ マブル . コ ン トローラ） の一種である P M C (プログラマブ ル . マ シン · コ ン ト ローラ） を使用する方法がある。
    [0004] 第 5図はスピン ドルモータの適応制御方法を説明するため の図である。 図において、 横軸は時間、 縦軸はス ピン ドルモ 一夕の負荷電流である。 負荷電流カーブ I sが上限値 L uを 越えた区間 T aでは、 P M Cは主軸オーバライ ドを下げ、 ス ピン ドルモータの速度を低下させる。 また、 下限値 L sを下 回る区間 T bではス ピン ドルモータのオーバライ ドを上げて 速度を上げ、 ス ピン ドルモータの負荷電流が基準値 L r、 す なわち負荷が一定になるように適応制御している。
    [0005] しかし、 このような P M Cによる適応制御の場合、 その制 御は一意的で、 単純に限界値の比較だけなので頻繁にオーバ ライ ドが変化し、 返って適応制御を行うことにより、 面粗さ を悪化させる等の悪い影響がでる場合がある。 発 明 の 開 示
    [0006] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 ファ ジィ制御手段によってス ピン ドルモータの速度を滑らかに制 御する数値制御装置を提供することを目的とする。
    [0007] 本発明では上記課題を解決するために、
    [0008] サーボ機器を適応制御する数値制御装置において、 前記サ ーボ機器の負荷電流及び速度をフアジィ入力として、 フアジ ィ推論を実行して、 前記サーボ機器の速度-を制御する速度制 御信号を出力するファジィ制御手段を有することを特徵とす る数値制御装置が、 提供される。
    [0009] ス ピン ドルモータ等のサーボ機器の負荷電流等及び速度を 入力として、 これにフアジィ推論を施し、 サーボ機器の速度 を制御する速度制御信号を求める。 この信号でサーボ機器を 制御することによって、 滑らかな速度制御を可能とする。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は本発明を実施するための数値制御装置 （C N C ) のハ一 ドウエアのブロック図、
    [0010] 第 2図はファジィルールの例を示す図、
    [0011] 第 3図はファジィルールに对応するメ ンバーシップ関数を 表す図、
    [0012] 第 4図はメ ンバーシップ関数 B 1 〜B 5の和を示す図、 第 5図はス ピン ドルモータの適応制御を説明するための図 である。 発明を実施するための最良の形態
    [0013] 以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0014] 第 1図は本発明を実施するための数値制御装置 （C NC) のハードウェアのブロ ッ ク図である。 図において、 1 0は数 値制御装置 （C N C) である。 プロセッサ 1 1は数値制御装 置 （CNC) 1 0全体の制御の中心となるプロセッサであり、 バス 2 1を介して、 ROM 1 2に格納されたシステムプログ ラ ムを読み出し、 このシステムプログラムに従って、 数値制 御装置 （CNC) 全体の制御を実行する。 RAM I 3には一 時的な計算データ、 表示データ等が格納される。 RAM I 3 には DRAMが使用される。 CMO S 1 4には工具補正量、 ピッ チ誤差補正量、 加工プログラム及びパラ メ ータ等が格納 される。 CMO S 1 4は、 図示されていないバッテ リでバッ クアップされ、 数値制御装置 （CNC) 1 0の電源がオフさ れても不揮発性メモリ となっているので、 それらのデータは そのまま保持される。
    [0015] イ ンタ フェース 1 5は外部機器用のィ ンタフヱ ースであり、 紙テープリーダ、 紙テープパンチヤ一、 紙テープリーダ ' パ ンチヤ一等の外部機器 3 1が接続される。 紙テ一プリ一ダか らは加工プログラムが読み込まれ、 また、 数値制御装置 （C N C) 1 0内で編集された加工プログラムを紙テープパンチ ャ一に出力することができる。
    [0016] P M C (プログラマブル ♦ マ シン · コ ン ト ローラ） 1 6は C N C 1 0に内蔵され、 ラダー形式で作成されたシーケンス プログラ ムで機械側を制御する。 すなわち、 加工プログラム で指令された、 M機能、 S機能及び T機能に従って、 これら をシーケンスプログラムで機械側で必要な信号に変換し、 I Z 0ュニッ ト 1 7から機械側に出力する。 この出力信号は機 械側のマグネッ ト等を駆動し、 油圧バルブ、 空圧バルブ及び 電気ァクチユエィタ等を作動させる。 また、 機械側のリ ミ ッ ト スイ ツチ¾び機械操作盤のスィ ッチ等の信号を受けて、 必 要な処理をして、 プロセッサ 1 1 に渡す。
    [0017] グラフィ ック制御回路 1 8は各軸の現在位置、 アラーム、 パラメ ータ、 画像データ等のディ ジタルデータを画像信号に 変換して出力する。 この画像信号は C R T ZM D Iユニッ ト 2 5の表示装置 2 6に送られ、 表示装置 2 6に表示される。 イ ンタ フ ェース 1 9 は C R T ZM D I ュニッ ト 2 5 内のキー ボード 2 7からのデータを受けて、 プロセッサ 1 1 に渡す。
    [0018] イ ンタ フ ユース 2 0 は手動パルス発生器 3 2 に接続され、 手動パルス発生器 3 2からのパルスを受ける。 手動パルス発 生器 3 2は機械操作盤に実装され、 手動で機械稼働部を精密 に移動させるのに使用される。
    [0019] 軸制御回路 4 1〜 4 4はプロセッサ 1 1からの各軸の移動 指令を受けて、 各軸の指令をサーボアンプ 5 1〜 5 4に出力 する。 サ一ボアンプ 5 1〜 5 4はこの移動指令を受けて、 各 軸のサーボモータ 6 1〜 6 4を駆動する。 サ一ボモータ 6 1 〜 6 4には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、 こ のパルスコ一ダから位置信号がパルス列としてフ ィ一ドバッ クされる。 場合によっては、 位置検出器として、 リニアスケ —ルが使用される。 また、 このパルス列を F Z V (周波数/ 速度） 変換することにより、 速度信号を生成することができ る。 さらに、 速度検出用にタコジェネレータが使用される場 合もある。 図ではこれらの位置信号のフ イ ー ドバックラ イ ン 及び速度フィ一ドバックは省略してある。
    [0020] ス ピン ドル制御回路 7 1 はス ピン ドル回転指令及びス ピン ドルのォ リエンテーシ ョ ン等の指令を受けて、 ス ピン ドルァ ンプ 7 3にス ピン ドル速度信号を出力する。 ス ピン ドルアン プ 7 3はこのス ピン ドル速度信号を受けて、 ス ピン ドルモー タ 7 4を指令された回転速度で回転させる。
    [0021] フ ア ジィ制御手段 8 0 はス ピン ドルアンプ 7 3からス ピン ドルモータ 7 4 の負荷電流 L nを受け、 ス ピン ドルモータ Ί 4に内蔵されているタコジェネレータ （図示されていない） から速度信号 V nを受ける。 この負荷電流 L nと速度信号 V nでフアジィ推論を行って、 ス ピン ドルモータのオーバライ ドを制御するオーバライ ド制御信号 C n gを出力する。 スピ ン ドル制御回路 7 1 はプロセッサ 1 1からのス ピン ドル速度 信号にオーバラィ ド制御信号 C n gを加味して、 実際のスピ ン ドルモータの指令速度をス ピン ドルア ンプ 7 3 に指令する。 また、 オーバラィ ド制御信号 C n は一旦 P M C 1 6に送 り、 P M C 1 6からのオーバライ ド信号としてス ピン ドル制 御回路 Ί 1 に与えてもよい。
    [0022] フアジィ制御手段 8 0は専用のフアジィ コ ン ト ローラを数 値制御装置 1 0内に設けることもできるし、 また、 R〇M 1 2に格納され数値制御装置のシステムプログラムに組み込ん でもよい。 これらの選択は、 制御をより精密に実行したいと きは専用のフアジイ コ ン トローラが有利であり、 それほど精 密な処理を必要としないときは、 シテスムプログラムに組み 込んだ方が安価にできる。
    [0023] 第 2図はファジィルールの例を示す図である。 ここでは、 フアジィルールは R 1から R 5までの 5個のルールがある。 第 1のルール R 1は 「ス ピン ドルモータ 7 の速度 V nが 大ぎく （B i g) 、 負荷電流 L nが大きい （B i g) ときは、 オーバライ ド制御信号 C nを大きく減らす -（B i g M i n u s ) 」 ことを意味する。 括弧内の A 1 1、 A 1 2、 B 1は 後述するメ ンバーシップ関数に対応する。
    [0024] 第 2のルール R 2は 「速度 V nが中く らいで （M e d i u m) 、 負荷電流 L nが大きい （B i g) ときは、 オーバライ ド制御信号 C n gを中く らいに減少させる （M e d i u in M i n u s ) 」 ことを意味する。
    [0025] 第 3のルール R 3は 「速度 V nが小さ く （ S m a 1 1 ) 、 負荷電流 L nが大きい （B i g) ときは、 オーバラィ ド制御 信号 C n gを少し減少させる （M e d i um M i n u s ) J ことを意味する。
    [0026] 第 4のルール R 4は 「速度 V nが中く らいで （Me d i u m) 、 負荷電流 L nが小さい （ S m a 1 1 ) ときは、 オーバ ラィ ド制御信号 C n gを大きく増加 （B i g P 1 11 s ) さ せる」 ことを意眛する。
    [0027] 第 5のルール R 5は 「速度 V nが大きく （B i g ) 、 負荷 電流し nが小さい （Sm a 1 1 ) ときは、 オーバライ ド制御 信号 C n gを少し増加 （B i g P l u s ) させる」 ことを 意味する。
    [0028] 第 3図はフアジィルールに対応するメ ンバ一シップ関数を 表す図である。 メ ンバーシップ闋数 A 1 1、 A 2 1、 A 3 1、 A 1及び A 5 1のメ ンバーシッ プ関数の横軸はス ピン ドル モータ 7 4の速度 V nであり、 縦軸は適合度である。
    [0029] メ ンバーシップ関数 A 1 2、 A 2 2、 A 3 2 A 4 2及び A 5 2のメ ンバ一シッ プ関数の横軸はス ピン ドルモータ 7 4 の負荷電流 L nであり、 縦軸は適合度である。
    [0030] メ ンバーシップ関数 B 1、 B 2、 B 3、 B 4及び B 5のメ ンバーシップ関数の橫軸はオーバラィ ド制御信号 C n gであ り、 縦軸は適合度である。
    [0031] このように、 ス ピン ドルモータ 7 4の速度 V nと負荷電流 L nを入力として、 第 2図に示すフアジィルールと第 3図に 示すメ ンバーシップ関数に従って、 ファジィ推論を実行し、 ォ一バラィ ド制御信号 C n gに相当するメ ンバーシップ闋数 B 1〜B 5を求める。
    [0032] ここでは各フアジィルール R 1〜R 5の前提条件は積 （ A N D) の形式になっているので、 例えば R 1を例にとると、 メ ンバーシップ闋数 A 3 1速度 V aに対する適合度が 0. 4 であり、 メ ンバーシップ関数 A 3 2で負荷電流 L aに対する 適合度が 0. 5とすると、 低い適合度 0. 4をとり、 メ ンバ 一シップ関数 B 3を 0. 4でカ ッ ト した下半分 （斜線で示 す） が求める B 3のメ ンバーシップ関数である。 このように して各フアジィルール R 1〜 R 5に対応するメ ンバーシップ 闋数 B '1〜B 5を求める。 ここでは、 メ ンバーシップ関数 B 1、 B 4、 B 5の値はゼロである。
    [0033] 次にこのメ ンバーシップ関数 B 1〜B 5 の和をとる。 和は 各適合度の大きい値をとる。 第 4図はメ ンバーシップ関数 B 1〜B 5の和を示す図である。 第 4図のメ ンバーシップ関数 の重心の値を C n gを求め、 これをオーバライ ド制御信号と する。 これに'よって、 ス ピン ドルモータ 7 4のオーバライ ド 制御を滑らかに制御することができる。 また、 メ ンバーシッ プ関数 B 1〜B 5の和の中心値をオーバラィ ド制御信号とす ることもできる。
    [0034] なお、 上記の例ではサーボ機器としてス ピン ドルモータの 速度を制御することで説明したが、 サーボモータの速度も同 様に制御することができる。
    [0035] また、 これらのフアジィルールとメ ンバーシップ関数を予 め実行し易い推論データベースに変換しておき、 フアジィ推 論はこのデータベースを使用して実行するようにすることも できる。
    [0036] さらに、 これらのデータペースを加工物に応じて、 複数の 推論データベースとして格納し、 加工物に応じて、 選択する ようにすることもできる。
    [0037] 以上説明したように本発明では、 数値制御装置にファジィ 制御手段を組み込んで、 ス ピン ドルモータ等のサーボ機器の 速度をファジィ制御するようにしたので、 滑らかな速度制御 が可能となり、 加工速度を上げて、 かつ滑らかな加工面を得 られる。
    [0038] また、 フアジィ ルール及びメ ンバ一シップ関数を推論デ一 タベースとし、 複数個の推論データベースを設けるようにし たので、 ユーザは加工物に応じて、 推論データベース等を選 択して、 最適なフアジィ制御を行うことができる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1 . サーボ機器を適応制御する数値制御装置において、 前記サーボ機器の負荷電流及び速度をファジィ入力として、 フアジィ推論を実行して、 前記サーボ機器の速度を制御する 速度制御信号を出力するファジィ制御手段を有することを特 徴とする数値制御装置。
    2 . 前記サーボ機器はスピン ドルモータであり、 速度制御 信号はオーバライ ド制御信号として出力することを特徵とす る特許請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。
    3 . 前記サーボ機器はサーボモータであ 、 速度制御信号 はオーバライ ド制御信号として出力することを特徵とする特 許請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。
    4 . 前記ファジィ制御手段内のファジィルールとメ ンバー シップ関数を予め実行し易い推論データペースに変換してお き、 ファジィ推論を前記推論データベースで実行することを 特徵とする特許請求の範囲第 1項記載の数値制御装置。
    5 . 前記推論データベースを複数個用意しておき、 加工物 に応じて選択できるように構成したことを特徴とする特許請 求の範囲第 1項記載の数値制御装置。
    6 . 前記ファジィ制御手段は独立したフアジイ コ ントロ一 ラを数値制御装置内部に設けたことを特徵とする特許請求の 範囲第 1項記載の数値制御装置。
    7 . 前記フアジィ制御手段は数値制御装置のソフ ト ウェア で処理することを特徵とする特許請求の範囲第 1項記載の数 値制御装置。
    类似技术:
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    Jang2001|A deadzone compensator of a DC motor system using fuzzy logic control
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0436040A1|1991-07-10|
    CA2035022A1|1991-01-22|
    KR920701884A|1992-08-12|
    US5289367A|1994-02-22|
    EP0436040A4|1993-12-15|
    JPH0354605A|1991-03-08|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1991-02-07| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA KR US |
    1991-02-07| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CH DE FR GB IT |
    1991-02-20| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 2035022 Country of ref document: CA |
    1991-02-21| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990910936 Country of ref document: EP |
    1991-07-10| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990910936 Country of ref document: EP |
    1993-11-23| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990910936 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP19017789A|JPH0354605A|1989-07-21|1989-07-21|Numerical controller|
    JP1/190177||1989-07-21||KR1019910700297A| KR920701884A|1989-07-21|1990-07-12|수치 제어 장치|
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