JP2000112528A - 電動機の位置および速度制御方法 - Google Patents
電動機の位置および速度制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】制御入力を導出する制御対象モデルに、非線形
要素、外乱要素が陽に表現されないモデルを導出し制御
入力を決定する。 【解決手段】制御モデルに基づいて電動機と電動機に接
続された機械の位置を所望量に制御する電動機の制御方
法において、電動機と機械の動特性を表現する動特性方
程式７を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリン
グ区間で入力を一定値として速度に関する離散時間方程
式と位置に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程
式１２を導出し、二つの離散時間方程式１２から摂動項
を消去し位置信号、速度信号、入力と係数により表現さ
れた一つの離散時間動特性方程式１４を導出し、摂動項
を消去した離散時間動特性方程式１４に基づいて制御入
力を決定するものである。
要素、外乱要素が陽に表現されないモデルを導出し制御
入力を決定する。 【解決手段】制御モデルに基づいて電動機と電動機に接
続された機械の位置を所望量に制御する電動機の制御方
法において、電動機と機械の動特性を表現する動特性方
程式７を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリン
グ区間で入力を一定値として速度に関する離散時間方程
式と位置に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程
式１２を導出し、二つの離散時間方程式１２から摂動項
を消去し位置信号、速度信号、入力と係数により表現さ
れた一つの離散時間動特性方程式１４を導出し、摂動項
を消去した離散時間動特性方程式１４に基づいて制御入
力を決定するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に接続され
た機械システムの位置および速度制御方法に関する。
た機械システムの位置および速度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２に示すように、電動機に接続された
機械システムの多くは、外乱要素、非線形要素など含ん
でいる。例としてマス・バネ・ダンパ系の一般式を式
（１）に示す。
機械システムの多くは、外乱要素、非線形要素など含ん
でいる。例としてマス・バネ・ダンパ系の一般式を式
（１）に示す。
【０００３】
【数１】
【０００４】ここで、Ｍ：物体の質量、Ｄ：粘性摩擦係
数、Ｋ：バネ定数、ｕ：入力、ｄ：外乱、ｘ：位置を表
している。上記中、バネ特性が線形でなければ非線形扱
いとなり、物体質量に関しても負荷状況により一意に決
定されることは稀である。また、実際の機械系にはヒス
テリシス、バックラッシュなどの外乱が存在する。これ
らを制御する従来例を説明する。以下同一名称には同一
符号を付け重複説明を省略する。従来例１を図３に示
す。図３はＰＩＤコントローラを用いた制御系の概略構
成図である。１は制御量の目標値、３は制御対象、４は
制御量、１６はＰＩＤコントローラ、６は制御量検出信
号である。Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）の各パラメ
ータは、ジグラー・ニコルスなどの従来からよく知られ
た手法により決定されていた。従来例２を図４に示す。
図４は線形近似による線形コントローラを用いた制御系
の構成概略図である。１，３，４，６は図３と同じ、１
７は制御対象を線形近似して求めた線形コントローラで
ある。その線形コントローラの設計手順を図５に示す。
７が、制御対象の動特性方程式を求めるステップ、８が
連続時間状態方程式を求めるステップ、１８が線形近似
によりコントローラを設計するステップである。従来例
２では、制御対象にギア比の改造を実施したり、制御仕
様自体を制限して、非線形影響や外乱影響を少なくする
等の工夫をして線形制御理論を用いてコントローラを設
計していた。従来例３を図６に示す。図６は非線形・外
乱補償による線形コントローラを用いた制御系の概略構
成図である。１，３，４，６，１７は図４と同じ、１９
は非線形影響の推定量演算手段、２０は外乱影響の推定
量演算手段である。その線形コントローラの設計手順を
図７に示す。７，８，は図４と同じ、９は摂動項までを
含んだモデルを求める手段、２１は、非線形・外乱補償
を構成する手段、２２は線形コントローラを設計する手
段である。従来例１は、設計は簡便であるが、一定目標
値に対しては効果があるが目標値が激しく変化する系に
対しては、目標値追従特性があまり良好でない。そこ
で、従来例２、従来例３があり、従来例２では制御対象
をギア比を大きくするように工夫したり、制御仕様を非
線形影響、外乱影響が大きくならないように制限するこ
とで、制御対象を線形近似してコントローラを設計して
いた。また、従来例３では、外乱、非線形挙動の事前把
握、非干渉化等により、非線形要素、外乱要素を補償す
ることで、線形要素だけを取り扱えばいいようにし、設
計コントローラを設計して解決しようとしていた。また
従来例として機台（定盤）上にモータで駆動されるステ
ージ位置決め制御方法を説明する。図８は一軸方向のみ
の位置決め制御構成例を表している。図８において、１
は位置目標値信号、２１は電動機、２２は電動機位置検
出器、２３はワーク、２４はテーブル、２５は機台（定
盤）、２６は電動機制御器、２７は電動機駆動信号、２
８は電動機位置検出信号、２９はテーブル位置検出信
号、３０は減速器、３１はボールネジ、３２はボールネ
ジの一端を支えるナット、３３は除振パッドである。図
８において、１の位置目標値信号が電動機制御器に与え
られ、電動機制御器では、電動機位置検出信号およびテ
ーブル位置検出信号を用いて加工されるワークを搭載し
たテーブルの位置を位置目標値と一致させるように制御
するものである。図９に電動機制御器内の制御構成例を
ブロック線図で示す。図９において、３６はテーブル位
置補償器、３５は電動機位置補償器である。テーブル位
置補償器では、テーブル位置検出信号とテーブル位置目
標値とを評価し、電動機位置補償器に対する出力値を決
定する。電動機位置補償器では、電動機位置検出信号と
テーブル位置検出信号とを評価し、電動機に対する駆動
信号を出力する。従来コントローラの中には、電動機位
置検出信号のみを用いて、電動機位置決めをする事によ
り、テーブル位置決めを行うものも多くある。上述例で
は、テーブル駆動機構としてボールネジを例に取った
が、近年はリニアモータを駆動系に用いる装置例も多く
なってきている。この場合には、一般にテーブル位置検
出信号までを用いてコントローラを構成している場合が
多い。以上により、テーブル位置を目標値に一致させる
事により、テーブルに固定されたワークを所望の目標位
置に一致させていた。
数、Ｋ：バネ定数、ｕ：入力、ｄ：外乱、ｘ：位置を表
している。上記中、バネ特性が線形でなければ非線形扱
いとなり、物体質量に関しても負荷状況により一意に決
定されることは稀である。また、実際の機械系にはヒス
テリシス、バックラッシュなどの外乱が存在する。これ
らを制御する従来例を説明する。以下同一名称には同一
符号を付け重複説明を省略する。従来例１を図３に示
す。図３はＰＩＤコントローラを用いた制御系の概略構
成図である。１は制御量の目標値、３は制御対象、４は
制御量、１６はＰＩＤコントローラ、６は制御量検出信
号である。Ｐ（比例）Ｉ（積分）Ｄ（微分）の各パラメ
ータは、ジグラー・ニコルスなどの従来からよく知られ
た手法により決定されていた。従来例２を図４に示す。
図４は線形近似による線形コントローラを用いた制御系
の構成概略図である。１，３，４，６は図３と同じ、１
７は制御対象を線形近似して求めた線形コントローラで
ある。その線形コントローラの設計手順を図５に示す。
７が、制御対象の動特性方程式を求めるステップ、８が
連続時間状態方程式を求めるステップ、１８が線形近似
によりコントローラを設計するステップである。従来例
２では、制御対象にギア比の改造を実施したり、制御仕
様自体を制限して、非線形影響や外乱影響を少なくする
等の工夫をして線形制御理論を用いてコントローラを設
計していた。従来例３を図６に示す。図６は非線形・外
乱補償による線形コントローラを用いた制御系の概略構
成図である。１，３，４，６，１７は図４と同じ、１９
は非線形影響の推定量演算手段、２０は外乱影響の推定
量演算手段である。その線形コントローラの設計手順を
図７に示す。７，８，は図４と同じ、９は摂動項までを
含んだモデルを求める手段、２１は、非線形・外乱補償
を構成する手段、２２は線形コントローラを設計する手
段である。従来例１は、設計は簡便であるが、一定目標
値に対しては効果があるが目標値が激しく変化する系に
対しては、目標値追従特性があまり良好でない。そこ
で、従来例２、従来例３があり、従来例２では制御対象
をギア比を大きくするように工夫したり、制御仕様を非
線形影響、外乱影響が大きくならないように制限するこ
とで、制御対象を線形近似してコントローラを設計して
いた。また、従来例３では、外乱、非線形挙動の事前把
握、非干渉化等により、非線形要素、外乱要素を補償す
ることで、線形要素だけを取り扱えばいいようにし、設
計コントローラを設計して解決しようとしていた。また
従来例として機台（定盤）上にモータで駆動されるステ
ージ位置決め制御方法を説明する。図８は一軸方向のみ
の位置決め制御構成例を表している。図８において、１
は位置目標値信号、２１は電動機、２２は電動機位置検
出器、２３はワーク、２４はテーブル、２５は機台（定
盤）、２６は電動機制御器、２７は電動機駆動信号、２
８は電動機位置検出信号、２９はテーブル位置検出信
号、３０は減速器、３１はボールネジ、３２はボールネ
ジの一端を支えるナット、３３は除振パッドである。図
８において、１の位置目標値信号が電動機制御器に与え
られ、電動機制御器では、電動機位置検出信号およびテ
ーブル位置検出信号を用いて加工されるワークを搭載し
たテーブルの位置を位置目標値と一致させるように制御
するものである。図９に電動機制御器内の制御構成例を
ブロック線図で示す。図９において、３６はテーブル位
置補償器、３５は電動機位置補償器である。テーブル位
置補償器では、テーブル位置検出信号とテーブル位置目
標値とを評価し、電動機位置補償器に対する出力値を決
定する。電動機位置補償器では、電動機位置検出信号と
テーブル位置検出信号とを評価し、電動機に対する駆動
信号を出力する。従来コントローラの中には、電動機位
置検出信号のみを用いて、電動機位置決めをする事によ
り、テーブル位置決めを行うものも多くある。上述例で
は、テーブル駆動機構としてボールネジを例に取った
が、近年はリニアモータを駆動系に用いる装置例も多く
なってきている。この場合には、一般にテーブル位置検
出信号までを用いてコントローラを構成している場合が
多い。以上により、テーブル位置を目標値に一致させる
事により、テーブルに固定されたワークを所望の目標位
置に一致させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来例２で
は、線形近似誤差により、より精度を要求される場合に
は不向きであった。また制御仕様に制限があるので、使
い勝手が悪かった。従来例３では、測定誤差により非線
形要素・外乱要素を完全に補償することは難しく、また
特に外乱要素は温度、稼働時間などにより時変要素とな
ることが普通で、完全に補償し非干渉化することで線形
制御することは困難で、精度に関して問題があった。ま
た、テーブル位置決めでは近年、歩留まり向上のために
テーブル移動時間短縮のために、テーブル移動速度が急
峻になり、テーブルを駆動させる推進力が大きくなって
きた。そのため、推進力が発生する際に、テーブルから
機台に対する反力も大きくなり、機台が揺れるという機
台振動現象が発生している。テーブルの駆動系にリニア
モータを用いている場合は、この現象が特に顕著であ
る。一般に、この機台振動はテーブルと機台とで変位・
位相が異なるため、テーブル駆動動作は終了していても
機台振動が残ることにより、テーブル位置が変動し、テ
ーブルが駆動を始めてから停止するまでの時間の短縮を
図れないという問題があった。また、機台変位を計測し
ようとすると、設備全体が大きくなり且つコストもかか
るため、特に既存設備に対して設備改善により機台振動
を抑制しようとしても、現実性に乏しかった。そこで、
本発明は制御入力を導出する制御対象モデルに、非線形
要素、外乱要素が陽に表現されないモデルを、離散時間
モデルにより実現し、そのモデルを用いることによって
制御入力を導出することにより、容易に且つ精度良く位
置および速度を制御できる制御方法を提供することを目
的とする。さらに本発明は、新たに設備改善をすること
なく、機台振動を良好に抑制し、位置決め性能を向上さ
せることにある。
は、線形近似誤差により、より精度を要求される場合に
は不向きであった。また制御仕様に制限があるので、使
い勝手が悪かった。従来例３では、測定誤差により非線
形要素・外乱要素を完全に補償することは難しく、また
特に外乱要素は温度、稼働時間などにより時変要素とな
ることが普通で、完全に補償し非干渉化することで線形
制御することは困難で、精度に関して問題があった。ま
た、テーブル位置決めでは近年、歩留まり向上のために
テーブル移動時間短縮のために、テーブル移動速度が急
峻になり、テーブルを駆動させる推進力が大きくなって
きた。そのため、推進力が発生する際に、テーブルから
機台に対する反力も大きくなり、機台が揺れるという機
台振動現象が発生している。テーブルの駆動系にリニア
モータを用いている場合は、この現象が特に顕著であ
る。一般に、この機台振動はテーブルと機台とで変位・
位相が異なるため、テーブル駆動動作は終了していても
機台振動が残ることにより、テーブル位置が変動し、テ
ーブルが駆動を始めてから停止するまでの時間の短縮を
図れないという問題があった。また、機台変位を計測し
ようとすると、設備全体が大きくなり且つコストもかか
るため、特に既存設備に対して設備改善により機台振動
を抑制しようとしても、現実性に乏しかった。そこで、
本発明は制御入力を導出する制御対象モデルに、非線形
要素、外乱要素が陽に表現されないモデルを、離散時間
モデルにより実現し、そのモデルを用いることによって
制御入力を導出することにより、容易に且つ精度良く位
置および速度を制御できる制御方法を提供することを目
的とする。さらに本発明は、新たに設備改善をすること
なく、機台振動を良好に抑制し、位置決め性能を向上さ
せることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は、制御モデルに基づいて電動機と前記電動機に
接続された機械の位置を所望量に制御する前記電動機の
制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性を表
現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項と
し、サンプリング区間で入力を一定値として速度に関す
る離散時間方程式と位置に関する離散時間方程式の二つ
の離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方程式
から前記摂動項を消去し位置信号、速度信号、入力と係
数により表現された一つの離散時間動特性方程式を導出
し、前記摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式に
基づいて制御入力を決定するものである。また、制御モ
デルに基づいて電動機と前記電動機に接続された機械の
速度を所望量に制御する前記電動機の制御方法におい
て、前記電動機と前記機械の動特性を表現する動特性方
程式を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリング
区間で入力を一定値として加速度に関する離散時間方程
式と速度に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程
式を導出し、前記二つの離散時間方程式から前記摂動項
を消去し速度信号、加速度信号、入力と係数により表現
された一つの離散時間動特性方程式を導出し、前記摂動
項を消去した前記離散時間動特性方程式に基づいて制御
入力を決定するものである。また、前記電動機に接続さ
れた機械が、機台上にワークを保持して所定方向に移動
可能なテーブルとし、前記テーブルを駆動する前記電動
機の角度または前記テーブル位置の少なくとも一方を計
測して得られる変位信号を用いて前記制御入力を決定す
るものである。
本発明は、制御モデルに基づいて電動機と前記電動機に
接続された機械の位置を所望量に制御する前記電動機の
制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性を表
現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項と
し、サンプリング区間で入力を一定値として速度に関す
る離散時間方程式と位置に関する離散時間方程式の二つ
の離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方程式
から前記摂動項を消去し位置信号、速度信号、入力と係
数により表現された一つの離散時間動特性方程式を導出
し、前記摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式に
基づいて制御入力を決定するものである。また、制御モ
デルに基づいて電動機と前記電動機に接続された機械の
速度を所望量に制御する前記電動機の制御方法におい
て、前記電動機と前記機械の動特性を表現する動特性方
程式を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリング
区間で入力を一定値として加速度に関する離散時間方程
式と速度に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程
式を導出し、前記二つの離散時間方程式から前記摂動項
を消去し速度信号、加速度信号、入力と係数により表現
された一つの離散時間動特性方程式を導出し、前記摂動
項を消去した前記離散時間動特性方程式に基づいて制御
入力を決定するものである。また、前記電動機に接続さ
れた機械が、機台上にワークを保持して所定方向に移動
可能なテーブルとし、前記テーブルを駆動する前記電動
機の角度または前記テーブル位置の少なくとも一方を計
測して得られる変位信号を用いて前記制御入力を決定す
るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は発明の概略構成ブロック図、図２
は設計手順を示したものである。図１において、１，
３．４．６は図３に同じ、２は本発明により設計された
ディジタルコントローラ、５は制御量の１階微分値検出
信号である。図２に基づいて設計手順を以下に説明す
る。まず制御対象の動特性方程式を求める（ステップ
７）。一般にメカニカルシステムの動特性は、前述した
（１）式で表される。次にステップ７で求めた動特性方
程式を連続時間状態空間モデルに表現する。一般のメカ
ニカルモデルでは、連続時間状態空間モデルは（２）式
の形で表現される。
いて説明する。図１は発明の概略構成ブロック図、図２
は設計手順を示したものである。図１において、１，
３．４．６は図３に同じ、２は本発明により設計された
ディジタルコントローラ、５は制御量の１階微分値検出
信号である。図２に基づいて設計手順を以下に説明す
る。まず制御対象の動特性方程式を求める（ステップ
７）。一般にメカニカルシステムの動特性は、前述した
（１）式で表される。次にステップ７で求めた動特性方
程式を連続時間状態空間モデルに表現する。一般のメカ
ニカルモデルでは、連続時間状態空間モデルは（２）式
の形で表現される。
【０００８】
【数２】
【０００９】ここでθは制御量、ｕ(t)は制御対象に対
する入力である。一般に、非線形要素などは(2)式中の
Ａ1,A2に含まれている。次に、現実の系では外乱やモデ
ル化誤差などを含んでいるので、それを考慮してモデル
を再検討する（ステップ９）。
する入力である。一般に、非線形要素などは(2)式中の
Ａ1,A2に含まれている。次に、現実の系では外乱やモデ
ル化誤差などを含んでいるので、それを考慮してモデル
を再検討する（ステップ９）。
【００１０】
【数３】
【００１１】ここで、d(t)は外乱や不確かさやモデル化
誤差を含んだ摂動項である。以後、(3)式を取り扱うこ
とで、非線形・外乱を反映した設計ができる。次に(3)
式を簡略化した(4)式に変形する（ステップ１０）。
誤差を含んだ摂動項である。以後、(3)式を取り扱うこ
とで、非線形・外乱を反映した設計ができる。次に(3)
式を簡略化した(4)式に変形する（ステップ１０）。
【００１２】
【数４】
【００１３】さらに(4)式を(5)式に変形する（ステップ
１１）。
１１）。
【００１４】
【数５】
【００１５】である。(5)式を離散化することを考え
る。(5)式に対して、サンプリング区間Ｔで入力u(t)を
一定値とすると、次式が得られる。
る。(5)式に対して、サンプリング区間Ｔで入力u(t)を
一定値とすると、次式が得られる。
【００１６】
【数６】
【００１７】ここで
【００１８】
【数７】
【００１９】であるので、(6)式は次式となる。
【００２０】
【数８】
【００２１】上式右辺第２項の積分項はこのままでは計
算できないので台形近似を行う。すなわち、次式とな
る。
算できないので台形近似を行う。すなわち、次式とな
る。
【００２２】
【数９】
【００２３】この近似を用いると、(8)式は次式となる
（ステップ１２）。
（ステップ１２）。
【００２４】
【数１０】
【００２５】この結果、次の差分方程式が得られる（ス
テップ１３）。
テップ１３）。
【００２６】
【数１１】
【００２７】上記２式よりΔ(k)を消去すると次式を得
る（ステップ１４）。
る（ステップ１４）。
【００２８】
【数１２】
【００２９】上式は、制御量の微分値信号を必要とはす
るが、非線形要素や外乱を含む摂動項が陽に現れていな
いので、容易に設計できる一方、モデルとしては無視し
ていないので、(12)式を基に制御入力を決定すれば、精
度よく制御を実行できる。(12)式から制御入力を導出す
る方法は、逆システムを求めてもよいし、極配置法を用
いてもよい。例えば、(12)式中のθ(k+1)に目標値θd(k
+1)を代入し、制御入力u(k)について解くことで、目標
値θd(k+1)を満たす制御入力u(k)を求めることができ
る。u(k)について解いた式を(13)式に示す。
るが、非線形要素や外乱を含む摂動項が陽に現れていな
いので、容易に設計できる一方、モデルとしては無視し
ていないので、(12)式を基に制御入力を決定すれば、精
度よく制御を実行できる。(12)式から制御入力を導出す
る方法は、逆システムを求めてもよいし、極配置法を用
いてもよい。例えば、(12)式中のθ(k+1)に目標値θd(k
+1)を代入し、制御入力u(k)について解くことで、目標
値θd(k+1)を満たす制御入力u(k)を求めることができ
る。u(k)について解いた式を(13)式に示す。
【００３０】
【数１３】
【００３１】(13)式から分かるように、求めた制御入力
には摂動項を含んでいないが、摂動影響を陰に含んだモ
デルの(12)式により求めているので、(12)式から求めた
制御入力(13)式には外乱、モデル化誤差などの摂動を改
善する作用がある。
には摂動項を含んでいないが、摂動影響を陰に含んだモ
デルの(12)式により求めているので、(12)式から求めた
制御入力(13)式には外乱、モデル化誤差などの摂動を改
善する作用がある。
【００３２】次に機台上に回転形あるいはリニア形モー
タで駆動されるテーブルの位置決め制御に本発明を適用
した実施例を説明する。同一名称には極力同一符号を付
け重複説明を省略する。図１は発明の概略構成ブロック
図、図２は設計手順を示したものである。図１におい
て、１は図８と同じく位置目標値信号、２は本発明によ
り設計されたディジタルコントローラ、３は制御対象で
ある機台振動系を含んだ位置決め系、４は制御量である
位置、５は速度信号、６は位置検出信号である。制御対
象であるテーブル位置決め系の動特性方程式を求めるス
テップ（図２中の７参照）を説明する。一般にテーブル
位置決め系の動特性は、以下の（１４）式で表される。
タで駆動されるテーブルの位置決め制御に本発明を適用
した実施例を説明する。同一名称には極力同一符号を付
け重複説明を省略する。図１は発明の概略構成ブロック
図、図２は設計手順を示したものである。図１におい
て、１は図８と同じく位置目標値信号、２は本発明によ
り設計されたディジタルコントローラ、３は制御対象で
ある機台振動系を含んだ位置決め系、４は制御量である
位置、５は速度信号、６は位置検出信号である。制御対
象であるテーブル位置決め系の動特性方程式を求めるス
テップ（図２中の７参照）を説明する。一般にテーブル
位置決め系の動特性は、以下の（１４）式で表される。
【００３３】
【数１４】
【００３４】テーブル位置決め系の動特性方程式（１
４）が決定したのでこの後のコントローラの設計手順は
図２中の８から１５のスッテプと同様である。このよう
にして機台上にワークを保持して所定方向に移動可能な
テーブルがあり、そのテーブルを駆動する駆動系（電動
機）と、その駆動系の変位やテーブル位置を計測する計
測系を有し、この計測系で計測された変位信号を用いて
テーブルに保持されたワークを、目標位置に位置決めす
る位置決め方法において、機台振動系を含んだ位置決め
系の動特性を表現する動特性方程式を、外乱および粘性
摩擦、機台・テーブル質量、各バネ要素を摂動項として
まとめ、速度に関する離散時間方程式と、位置に関する
離散時間方程式の二つの離散時間方程式として表し、そ
の二つの方程式から、摂動項を消去して、位置信号およ
び速度信号、サンプリング周期、入力とモータイナーシ
ャにより表現された一つの離散時間動特性方程式として
表わすことにより、外乱や非線形、機台振動を含んだバ
ネ要素に煩わされることなく制御入力を決定できる。テ
ーブルを駆動する電動機の角度（変位）またはテーブル
の機台から見た位置（相対位置）の少なくとも一方を計
測して得られる変位信号を用いればよい。
４）が決定したのでこの後のコントローラの設計手順は
図２中の８から１５のスッテプと同様である。このよう
にして機台上にワークを保持して所定方向に移動可能な
テーブルがあり、そのテーブルを駆動する駆動系（電動
機）と、その駆動系の変位やテーブル位置を計測する計
測系を有し、この計測系で計測された変位信号を用いて
テーブルに保持されたワークを、目標位置に位置決めす
る位置決め方法において、機台振動系を含んだ位置決め
系の動特性を表現する動特性方程式を、外乱および粘性
摩擦、機台・テーブル質量、各バネ要素を摂動項として
まとめ、速度に関する離散時間方程式と、位置に関する
離散時間方程式の二つの離散時間方程式として表し、そ
の二つの方程式から、摂動項を消去して、位置信号およ
び速度信号、サンプリング周期、入力とモータイナーシ
ャにより表現された一つの離散時間動特性方程式として
表わすことにより、外乱や非線形、機台振動を含んだバ
ネ要素に煩わされることなく制御入力を決定できる。テ
ーブルを駆動する電動機の角度（変位）またはテーブル
の機台から見た位置（相対位置）の少なくとも一方を計
測して得られる変位信号を用いればよい。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば制御
モデルに基づいて電動機と前記電動機に接続された機械
の位置を所望量に制御する前記電動機の制御方法におい
て、前記電動機と前記機械の動特性を表現する動特性方
程式を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリング
区間で入力を一定値として速度に関する離散時間方程式
と位置に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程式
を導出し、前記二つの離散時間方程式から前記摂動項を
消去し位置信号、速度信号、入力と係数により表現され
た一つの離散時間動特性方程式を導出し、摂動項を消去
した前記離散時間動特性方程式に基づいて制御入力を決
定し、また、制御モデルに基づいて電動機と前記電動機
に接続された機械の速度を所望量に制御する前記電動機
の制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性を
表現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項と
し、サンプリング区間で入力を一定値として加速度に関
する離散時間方程式と速度に関する離散時間方程式の二
つの離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方程
式から前記摂動項を消去し速度信号、加速度信号、入力
と係数により表現された一つの離散時間動特性方程式を
導出し、摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式に
基づいて制御入力を決定するので、非線形要素や外乱要
素も無視せず考慮し、しかも簡便に制御入力を設計でき
位置・速度などの機械制御量を精度よく制御できる。本
発明により、制御時に無視できない電動機の負荷側の機
械特性を摂動項としてまとめることにより、線形制御の
延長として容易にモデル化誤差にロバストな制御系を実
現できる。また新たに設備改善をすることなく、機台振
動を良好に抑制し、位置決め性能を向上させることがで
きる。既に運用している設備にもソフトウエア変更のみ
で対応でき、実現性が高い。
モデルに基づいて電動機と前記電動機に接続された機械
の位置を所望量に制御する前記電動機の制御方法におい
て、前記電動機と前記機械の動特性を表現する動特性方
程式を外乱と非線形要素とを摂動項とし、サンプリング
区間で入力を一定値として速度に関する離散時間方程式
と位置に関する離散時間方程式の二つの離散時間方程式
を導出し、前記二つの離散時間方程式から前記摂動項を
消去し位置信号、速度信号、入力と係数により表現され
た一つの離散時間動特性方程式を導出し、摂動項を消去
した前記離散時間動特性方程式に基づいて制御入力を決
定し、また、制御モデルに基づいて電動機と前記電動機
に接続された機械の速度を所望量に制御する前記電動機
の制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性を
表現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項と
し、サンプリング区間で入力を一定値として加速度に関
する離散時間方程式と速度に関する離散時間方程式の二
つの離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方程
式から前記摂動項を消去し速度信号、加速度信号、入力
と係数により表現された一つの離散時間動特性方程式を
導出し、摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式に
基づいて制御入力を決定するので、非線形要素や外乱要
素も無視せず考慮し、しかも簡便に制御入力を設計でき
位置・速度などの機械制御量を精度よく制御できる。本
発明により、制御時に無視できない電動機の負荷側の機
械特性を摂動項としてまとめることにより、線形制御の
延長として容易にモデル化誤差にロバストな制御系を実
現できる。また新たに設備改善をすることなく、機台振
動を良好に抑制し、位置決め性能を向上させることがで
きる。既に運用している設備にもソフトウエア変更のみ
で対応でき、実現性が高い。
【図１】本発明の概略構成図
【図２】本発明のコントローラ設計手順
【図３】従来例１の概略ブロック線図
【図４】従来例２の概略ブロック線図
【図５】従来例２の設計手順
【図６】従来例３の概略ブロック線図
【図７】従来例３の設計手順
【図８】機台上の可動テーブルの構成図
【図９】従来例の電動機制御器の制御構成例
１ 制御量の目標値 ２ 本発明により設計されたディジタルコントローラ ３ 制御対象 ４ 制御量 ５ 制御量の１階微分値検出信号 ６ 制御量検出信号 ７ 制御対象の動特性方程式を求めるステップ ８ 連続時間状態空間モデル化するステップ ９ 摂動項を考慮し再モデル化するステップ １０ 連続時間近似モデル１を求めるステップ １１ 連続時間近似モデル２を求めるステップ １２ 離散時間化するステップ １３ 差分方程式を求めるステップ １４ 摂動項が消去された簡略的数学モデルを求めるス
テップ １５ １４で求められたモデルを用いてコントローラを
設計するステップ １６ ＰＩＤコントローラ １７ 線形コントローラ １８ 線形近似によりコントローラを設計するステップ １９ 非線形影響の推定量演算手段 ２０ 外乱影響の推定量演算手段 ２１ 非線形・外乱補償を構成するステップ ２２ 線形コントローラを設計するステップ ２３ ワーク ２４ テーブル ２５ 機台（定盤） ２６ 電動機制御器 ２７ 電動機駆動信号 ２８ 電動機位置検出信号 ２９ テーブル位置検出信号 ３０ 減速器 ３１ ボールネジ ３２ ボールネジの一端を支えるナット ３３ 除振パッド ３５ 電動機位置補償器 ３６ テーブル位置補償器
テップ １５ １４で求められたモデルを用いてコントローラを
設計するステップ １６ ＰＩＤコントローラ １７ 線形コントローラ １８ 線形近似によりコントローラを設計するステップ １９ 非線形影響の推定量演算手段 ２０ 外乱影響の推定量演算手段 ２１ 非線形・外乱補償を構成するステップ ２２ 線形コントローラを設計するステップ ２３ ワーク ２４ テーブル ２５ 機台（定盤） ２６ 電動機制御器 ２７ 電動機駆動信号 ２８ 電動機位置検出信号 ２９ テーブル位置検出信号 ３０ 減速器 ３１ ボールネジ ３２ ボールネジの一端を支えるナット ３３ 除振パッド ３５ 電動機位置補償器 ３６ テーブル位置補償器
Claims (3)
- 【請求項１】 制御モデルに基づいて電動機と前記電動
機に接続された機械の位置を所望量に制御する前記電動
機の制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性
を表現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項
とし、サンプリング区間で入力を一定値として速度に関
する離散時間方程式と位置に関する離散時間方程式の二
つの離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方程
式から前記摂動項を消去し位置信号、速度信号、入力と
係数により表現された一つの離散時間動特性方程式を導
出し、前記摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式
に基づいて制御入力を決定することを特徴とした電動機
の位置制御方法。 - 【請求項２】 制御モデルに基づいて電動機と前記電動
機に接続された機械の速度を所望量に制御する前記電動
機の制御方法において、前記電動機と前記機械の動特性
を表現する動特性方程式を外乱と非線形要素とを摂動項
とし、サンプリング区間で入力を一定値として加速度に
関する離散時間方程式と速度に関する離散時間方程式の
二つの離散時間方程式を導出し、前記二つの離散時間方
程式から前記摂動項を消去し速度信号、加速度信号、入
力と係数により表現された一つの離散時間動特性方程式
を導出し、 前記摂動項を消去した前記離散時間動特性方程式に基づ
いて制御入力を決定することを特徴とした電動機の速度
制御方法。 - 【請求項３】前記電動機に接続された機械が、機台上に
ワークを保持して所定方向に移動可能なテーブルとし、
前記テーブルを駆動する前記電動機の角度または前記テ
ーブル位置の少なくとも一方を計測して得られる変位信
号を用いて前記制御入力を決定するものである請求項１
記載の電動機の位置制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222097A JP2000112528A (ja) | 1998-08-07 | 1999-08-05 | 電動機の位置および速度制御方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-224149 | 1998-08-07 | ||
| JP22414998 | 1998-08-07 | ||
| JP11222097A JP2000112528A (ja) | 1998-08-07 | 1999-08-05 | 電動機の位置および速度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000112528A true JP2000112528A (ja) | 2000-04-21 |
Family
ID=26524680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11222097A Pending JP2000112528A (ja) | 1998-08-07 | 1999-08-05 | 電動機の位置および速度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000112528A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2447511A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | Ugcs | Induction motor controller |
| KR101091970B1 (ko) | 2010-04-23 | 2011-12-09 | 포항공과대학교 산학협력단 | 비선형 관측기를 이용한 표면부착형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 |
| CN109683468A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-26 | 中国矿业大学 | 一种基于系统辨识建立两轴云台控制系统的方法 |
| CN113489404A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-08 | 合肥工业大学 | 一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法 |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP11222097A patent/JP2000112528A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2447511A (en) * | 2007-03-14 | 2008-09-17 | Ugcs | Induction motor controller |
| KR101091970B1 (ko) | 2010-04-23 | 2011-12-09 | 포항공과대학교 산학협력단 | 비선형 관측기를 이용한 표면부착형 영구자석 동기전동기의 센서리스 제어 방법 및 시스템 |
| CN109683468A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-26 | 中国矿业大学 | 一种基于系统辨识建立两轴云台控制系统的方法 |
| CN113489404A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-08 | 合肥工业大学 | 一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法 |
| CN113489404B (zh) * | 2021-07-09 | 2023-02-07 | 合肥工业大学 | 一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法 |
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