JP2000267714A - サーボ制御系の精密軌道制御のための補正入力値生成方法 - Google Patents
サーボ制御系の精密軌道制御のための補正入力値生成方法Info
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- JP2000267714A JP2000267714A JP11069237A JP6923799A JP2000267714A JP 2000267714 A JP2000267714 A JP 2000267714A JP 11069237 A JP11069237 A JP 11069237A JP 6923799 A JP6923799 A JP 6923799A JP 2000267714 A JP2000267714 A JP 2000267714A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】応答遅れを改善し、精密軌道制御のための補正
入力値を生成する。 【解決手段】伝達関数Ｇ（ｓ）よりも応答性のよい伝達
特性を持つＨ（ｓ）を設定して、その逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を出力Ｙに掛けて逆伝達出力ｌを得る。この逆伝
達出力ｌと元の入力との差ｄを求める。この差ｄを入力
から差し引くことで、遅れを減少させる補正入力ｒ’を
得ることができる。
入力値を生成する。 【解決手段】伝達関数Ｇ（ｓ）よりも応答性のよい伝達
特性を持つＨ（ｓ）を設定して、その逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を出力Ｙに掛けて逆伝達出力ｌを得る。この逆伝
達出力ｌと元の入力との差ｄを求める。この差ｄを入力
から差し引くことで、遅れを減少させる補正入力ｒ’を
得ることができる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、フィードバックル
ープを備えたサーボ制御系の精密軌道制御に関するもの
である。
ープを備えたサーボ制御系の精密軌道制御に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】工作機械やロボットの送り駆動用制御装
置は、一般に位置ループに比例制御を用いていることか
ら、追従遅れを生じることになる。工作機械に取り付け
られた工具やロボットアーム先端に直線移動を指令した
場合、指令値に対して遅れがあるものの、指令した直線
どおりの軌跡を描く。
置は、一般に位置ループに比例制御を用いていることか
ら、追従遅れを生じることになる。工作機械に取り付け
られた工具やロボットアーム先端に直線移動を指令した
場合、指令値に対して遅れがあるものの、指令した直線
どおりの軌跡を描く。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、２軸直交座
標において半径Ｒの円１を描くように指令した場合、図
５に示すように、指令した円１に対して径が減少した円
２となってしまう。この円１の半径Rと円２R’には次式
に示されるような関係が知られている。
標において半径Ｒの円１を描くように指令した場合、図
５に示すように、指令した円１に対して径が減少した円
２となってしまう。この円１の半径Rと円２R’には次式
に示されるような関係が知られている。
【数１】 ここで、Fは移動速度、Kｐは位置ループゲインゲインを
示し、上記数１の式から明らかなように、円２の半径R'
は円１の半径Ｒ及び位置ループゲインＫｐに比例し、移
動速度Ｆに反比例する。
示し、上記数１の式から明らかなように、円２の半径R'
は円１の半径Ｒ及び位置ループゲインＫｐに比例し、移
動速度Ｆに反比例する。
【０００４】すなわち、円２の半径Ｒ’は指令される円
１の半径Ｒ、位置ループゲインＫｐが小さいほど、ま
た、移動速度Ｆが速くなるほど小さくなる。この問題に
対処する方法として、位置ループゲインＫｐを大きくし
て応答性を上げることが考えられるが、ゲインを大きく
すると機械系に振動を誘発することが一般的に知られて
おり、追従速度及び精度には限界がある。
１の半径Ｒ、位置ループゲインＫｐが小さいほど、ま
た、移動速度Ｆが速くなるほど小さくなる。この問題に
対処する方法として、位置ループゲインＫｐを大きくし
て応答性を上げることが考えられるが、ゲインを大きく
すると機械系に振動を誘発することが一般的に知られて
おり、追従速度及び精度には限界がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本願発明は位置
指令や速度指令などの制御系に入力する目標値を補正す
ることで、既存の制御系をそのまま用いて送り駆動系の
高精度軌道制御を行う方法であり、制御対象であるサー
ボ制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）より応答性のよい伝達関数
Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ（ｓ）を有する逆伝達手段
に前記位置検出手段によって検出された移動位置Ｙを入
力して逆伝達出力ｌを求め、この逆伝達出力ｌと前記入
力ｒの偏差ｄを求め、この差ｄをローパスフィルタＱ
（ｓ）を通して得られる補正偏差ｄによって前記入力ｒ
を補正して補正入力ｒ’を得るようにしたことを特徴と
するものである。
指令や速度指令などの制御系に入力する目標値を補正す
ることで、既存の制御系をそのまま用いて送り駆動系の
高精度軌道制御を行う方法であり、制御対象であるサー
ボ制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）より応答性のよい伝達関数
Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ（ｓ）を有する逆伝達手段
に前記位置検出手段によって検出された移動位置Ｙを入
力して逆伝達出力ｌを求め、この逆伝達出力ｌと前記入
力ｒの偏差ｄを求め、この差ｄをローパスフィルタＱ
（ｓ）を通して得られる補正偏差ｄによって前記入力ｒ
を補正して補正入力ｒ’を得るようにしたことを特徴と
するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
説明する。図１は、従来の送り系のブロック図を示す。
図１において、Ｇ（ｓ）は制御系の伝達関数であり、例
えば図２に示すような送り機構が考えられる。図２にお
いて、２０はモータであり、このモータ２０にはボール
ねじ２１がカップリング２２を介して取り付けられてい
る。ボールねじ２１には送りナット２３が螺合し、この
送りナット２３には可動台２４が取り付けられ、モータ
２０の回転をエンコーダ２５によってフィードバックし
ている。
説明する。図１は、従来の送り系のブロック図を示す。
図１において、Ｇ（ｓ）は制御系の伝達関数であり、例
えば図２に示すような送り機構が考えられる。図２にお
いて、２０はモータであり、このモータ２０にはボール
ねじ２１がカップリング２２を介して取り付けられてい
る。ボールねじ２１には送りナット２３が螺合し、この
送りナット２３には可動台２４が取り付けられ、モータ
２０の回転をエンコーダ２５によってフィードバックし
ている。
【０００７】今、図１の入力側に位置指令Ｘを与えたと
きの出力Ｙは次式で与えられる。
きの出力Ｙは次式で与えられる。
【数２】 すなわち、出力Ｙは伝達系の伝達関数Ｇ（ｓ）によって
決まり、伝達関数Ｇ（ｓ）は、図２に示したようなモー
タ２０、ボールねじ２１等の送り系の摩擦等による遅れ
要素が介在することになる。なお、ここでは、説明を簡
単にするために、制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）を簡単な数
式モデルとして表現しているが、好適には精度の良い
（非線形性を含んでいてもかまわない）制御対称のモデ
ルを得ておくべきである。
決まり、伝達関数Ｇ（ｓ）は、図２に示したようなモー
タ２０、ボールねじ２１等の送り系の摩擦等による遅れ
要素が介在することになる。なお、ここでは、説明を簡
単にするために、制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）を簡単な数
式モデルとして表現しているが、好適には精度の良い
（非線形性を含んでいてもかまわない）制御対称のモデ
ルを得ておくべきである。
【０００８】ここで、理想伝達関数Ｈ（ｓ）を備えた伝
達系を考える。この理想伝達系に対して入力ｒを入力し
たとき、出力Ｙ0が得られるとすると、伝達関数G（ｓ）
を備えた伝達系において、出力Ｙ0を得るためには遅れ
を考慮したｒ＋αである補正入力ｒ’を入力する必要が
ある。この補正入力ｒ’を得るために、図３のような系
を考えた。
達系を考える。この理想伝達系に対して入力ｒを入力し
たとき、出力Ｙ0が得られるとすると、伝達関数G（ｓ）
を備えた伝達系において、出力Ｙ0を得るためには遅れ
を考慮したｒ＋αである補正入力ｒ’を入力する必要が
ある。この補正入力ｒ’を得るために、図３のような系
を考えた。
【０００９】図３において、Ｇ（ｓ）は図２の送り機構
の伝達関数であり、Ｈ（ｓ）は伝達関数Ｇ（ｓ）の逆伝
達関数に対し、応答性のよい伝達特性を有する伝達関数
である。Ｑ（ｓ）はローパスフィルタであり、伝達関数
Ｈ（ｓ）によって発生する高周波成分を除去する。この
ように、伝達関数Ｇ（ｓ）よりも応答性の速い伝達特性
を持つＨ（ｓ）を設定して、その逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を出力Ｙに掛けて逆伝達出力ｌを得る。この逆伝
達出力ｌと元の入力との差ｄを求める。伝達関数Ｇ
（ｓ）の逆伝達関数１／Ｇ（ｓ）を出力Ｙに掛けた場
合、差ｄ’は０となるが、Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を掛けることで伝達関数Ｇ（ｓ）の伝達関数Ｈ
（ｓ）に対する遅れ分の差ｄ’が求まり、この差ｄ’を
入力から差し引くことで、遅れを減少させる補正入力
ｒ’を得ることができる。
の伝達関数であり、Ｈ（ｓ）は伝達関数Ｇ（ｓ）の逆伝
達関数に対し、応答性のよい伝達特性を有する伝達関数
である。Ｑ（ｓ）はローパスフィルタであり、伝達関数
Ｈ（ｓ）によって発生する高周波成分を除去する。この
ように、伝達関数Ｇ（ｓ）よりも応答性の速い伝達特性
を持つＨ（ｓ）を設定して、その逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を出力Ｙに掛けて逆伝達出力ｌを得る。この逆伝
達出力ｌと元の入力との差ｄを求める。伝達関数Ｇ
（ｓ）の逆伝達関数１／Ｇ（ｓ）を出力Ｙに掛けた場
合、差ｄ’は０となるが、Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ
（ｓ）を掛けることで伝達関数Ｇ（ｓ）の伝達関数Ｈ
（ｓ）に対する遅れ分の差ｄ’が求まり、この差ｄ’を
入力から差し引くことで、遅れを減少させる補正入力
ｒ’を得ることができる。
【００１０】ここで、図３に示す出力Ｙの式は次式のよ
うになる。
うになる。
【数３】 数３の式において、ローパスフィルタＱ（ｓ）の伝達関
数で１あれば、
数で１あれば、
【数４】 となり、伝達関数Ｇ（ｓ）に関係なくなる。すなわち、
ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くすれば、制
御対象の伝達関数に関わりなく、より高速な送り速度に
対応できる。
ローパスフィルタのカットオフ周波数を高くすれば、制
御対象の伝達関数に関わりなく、より高速な送り速度に
対応できる。
【００１１】図４は、図３に示したブロック図によって
達成される送り系のモデルをパソコン上で作成し、補正
入力ｒ’を求め、この補正入力ｒ’を工作機械の送り機
構に用いられている比例制御系に入力したときのシュミ
レーション結果と、工作機械の送り機構に用いられてい
る比例制御系に入力ｒを入力したときのシュミレーショ
ン結果である。図４は、送り速度５０００mm／minで２
軸同時制御による円運動を行ったときの結果と、送り速
度１００００mm／minで２軸同時制御による円運動を行
ったときの結果を示している。なお、ローパスフィルタ
Ｑ（ｓ）はバターワース形で、極の大きさが１００００
rad／secの伝達関数としてシュミレーションを行った。
達成される送り系のモデルをパソコン上で作成し、補正
入力ｒ’を求め、この補正入力ｒ’を工作機械の送り機
構に用いられている比例制御系に入力したときのシュミ
レーション結果と、工作機械の送り機構に用いられてい
る比例制御系に入力ｒを入力したときのシュミレーショ
ン結果である。図４は、送り速度５０００mm／minで２
軸同時制御による円運動を行ったときの結果と、送り速
度１００００mm／minで２軸同時制御による円運動を行
ったときの結果を示している。なお、ローパスフィルタ
Ｑ（ｓ）はバターワース形で、極の大きさが１００００
rad／secの伝達関数としてシュミレーションを行った。
【００１２】この結果、送り速度５０００mm／minで
は、従来の比例制御では入力に対して真円度で１３．２
ミクロンメータの誤差であったものが、補正入力ｒ’を
与えた場合の真円度が３．５ミクロンメータとなり、約
１／３に低減された。また、円運動を行ったとき、象限
切り替え時に発生する突起の高さについても補正を加え
ない従来の比例制御系では約１０ミクロンメータあった
が、補正した場合は１ミクロンメータとなり、約１／１
０に低減された。さらに、送り速度１００００mm／min
では、従来の比例制御では入力に対して真円度で１７．
９ミクロンメータの誤差であったものが、補正入力ｒ’
を与えた場合の真円度が１１．５ミクロンメータとな
り、低減され、象限切り替え時に発生する突起の高さ
も、送り速度５０００mm／minの結果とほとんど同じに
なった。従って、伝達関数Ｈ（ｓ）の応答性をよりよく
することによって真円度及び象限切り替え時に発生する
突起の高さをさらに改善することができると考えられ
る。なお、上記実施例では、図３に示すブロックをパソ
コン上で作成し、パソコン上で補正入力ｒ’予め求めた
のち、この補正入力ｒ’を工作機械等に送り指令として
与えるようにしているが、これに限られるものでなく、
工作機械の送り機構を伝達関数Ｇ（ｓ）とし、この伝達
関数Ｇ（ｓ）より応答性のよいＨ（ｓ）の逆伝達関数の
ブロックとローパスフィルタＱ（ｓ）をパソコン上で作
成しておき、入力ｒを入力として補正入力ｒ’の算出と
送り機構の動作をリアルタイムで行ってもよい。
は、従来の比例制御では入力に対して真円度で１３．２
ミクロンメータの誤差であったものが、補正入力ｒ’を
与えた場合の真円度が３．５ミクロンメータとなり、約
１／３に低減された。また、円運動を行ったとき、象限
切り替え時に発生する突起の高さについても補正を加え
ない従来の比例制御系では約１０ミクロンメータあった
が、補正した場合は１ミクロンメータとなり、約１／１
０に低減された。さらに、送り速度１００００mm／min
では、従来の比例制御では入力に対して真円度で１７．
９ミクロンメータの誤差であったものが、補正入力ｒ’
を与えた場合の真円度が１１．５ミクロンメータとな
り、低減され、象限切り替え時に発生する突起の高さ
も、送り速度５０００mm／minの結果とほとんど同じに
なった。従って、伝達関数Ｈ（ｓ）の応答性をよりよく
することによって真円度及び象限切り替え時に発生する
突起の高さをさらに改善することができると考えられ
る。なお、上記実施例では、図３に示すブロックをパソ
コン上で作成し、パソコン上で補正入力ｒ’予め求めた
のち、この補正入力ｒ’を工作機械等に送り指令として
与えるようにしているが、これに限られるものでなく、
工作機械の送り機構を伝達関数Ｇ（ｓ）とし、この伝達
関数Ｇ（ｓ）より応答性のよいＨ（ｓ）の逆伝達関数の
ブロックとローパスフィルタＱ（ｓ）をパソコン上で作
成しておき、入力ｒを入力として補正入力ｒ’の算出と
送り機構の動作をリアルタイムで行ってもよい。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明は、制御対象である
サーボ制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）より応答性のよい伝達
関数Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ（ｓ）を有する逆伝達
手段を備え、位置検出手段によって検出された移動位置
Ｙを前記逆伝達手段に入力して逆伝達出力ｌを出力さ
せ、この逆伝達出力ｌと前記入力ｒの偏差ｄを求め、こ
の差ｄをローパスフィルタＱ（ｓ）を通して得られる補
正偏差ｄ’によって前記入力ｒを補正して補正入力ｒ’
を得る。この補正入力ｒ’を伝達関数Ｇ（ｓ）を有する
サーボ制御系に入力することで、サーボ制御系の応答遅
れを改善でき、同時２軸送りによる円運動時の径の減少
を防止するとともに象限切り替え時に発生する突起の高
さを小さくすることができる。
サーボ制御系の伝達関数Ｇ（ｓ）より応答性のよい伝達
関数Ｈ（ｓ）の逆伝達関数１／Ｈ（ｓ）を有する逆伝達
手段を備え、位置検出手段によって検出された移動位置
Ｙを前記逆伝達手段に入力して逆伝達出力ｌを出力さ
せ、この逆伝達出力ｌと前記入力ｒの偏差ｄを求め、こ
の差ｄをローパスフィルタＱ（ｓ）を通して得られる補
正偏差ｄ’によって前記入力ｒを補正して補正入力ｒ’
を得る。この補正入力ｒ’を伝達関数Ｇ（ｓ）を有する
サーボ制御系に入力することで、サーボ制御系の応答遅
れを改善でき、同時２軸送りによる円運動時の径の減少
を防止するとともに象限切り替え時に発生する突起の高
さを小さくすることができる。
【図１】従来の送り系のブロック線図である。
【図２】本発明の実施の形態における送り系の例を示す
図である。
図である。
【図３】本発明の概念を示すブロック線図である。
【図４】実施の形態における送り系の円運動時の真円度
測定結果である。
測定結果である。
【図５】円運動時の径の減少を説明するための図であ
る。
る。
Ｇ（ｓ） 対象サーボ制御系の伝達関数 Ｈ（ｓ） 逆伝達手段の逆伝達関数 Ｑ（ｓ） ローパスフィルタ ２０ モータ ２１ ボールねじ ２２ カップリング ２４ 可動台 ２５ 位置検出手段（エンコーダ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 裕司 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機 株式会社内 Ｆターム(参考） 5H004 GA05 GB15 HA07 HA09 HB07 JA04 JB03 KA01 KB02 KC34 LA06 MA12 MA36 5H269 BB03 FF06 GG02 GG03 RB04 5H303 AA01 BB02 BB07 BB12 CC02 DD01 DD25 EE03 EE07 FF06 HH04 KK21 LL03 MM05
Claims (1)
- 【請求項１】 可動体を駆動する駆動手段と、前記可動
体もしくは駆動手段に入力する入力ｒを発生する指令手
段と、前記可動体の移動位置Ｙを示す情報を検出する位
置検出手段と、前記移動量Ｙと前記入力ｒとの偏差を求
め前記駆動手段に入力する位置偏差手段とを備えたサー
ボ制御系において、前記サーボ制御系の伝達関数Ｇ
（ｓ）より応答性のよい伝達関数Ｈ（ｓ）の逆伝達関数
１／Ｈ（ｓ）を有する逆伝達手段に前記位置検出手段に
よって検出された移動位置Ｙを入力して逆伝達出力ｌを
出力させ、この逆伝達出力ｌと前記入力ｒの偏差ｄを求
め、この差ｄをローパスフィルタＱ（ｓ）を通して得ら
れる補正偏差ｄ’によって前記入力ｒを補正して補正入
力ｒ’を得るようにしたことを特徴とするサーボ制御系
の精密軌道制御のための補正入力値生成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069237A JP2000267714A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | サーボ制御系の精密軌道制御のための補正入力値生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069237A JP2000267714A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | サーボ制御系の精密軌道制御のための補正入力値生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000267714A true JP2000267714A (ja) | 2000-09-29 |
Family
ID=13396952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11069237A Pending JP2000267714A (ja) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | サーボ制御系の精密軌道制御のための補正入力値生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000267714A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010119740A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | ヤンマー株式会社 | 車両及びフィードバック制御方法 |
| JP2011059870A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Yanmar Co Ltd | フィードバック制御装置とフィードバック制御方法 |
| JP2014006872A (ja) * | 2012-05-30 | 2014-01-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 機械装置の制御装置、機械システム、及び機械装置の制御方法 |
-
1999
- 1999-03-15 JP JP11069237A patent/JP2000267714A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010119740A1 (ja) * | 2009-04-17 | 2010-10-21 | ヤンマー株式会社 | 車両及びフィードバック制御方法 |
| US8630770B2 (en) | 2009-04-17 | 2014-01-14 | Yanmar, Co., Ltd. | Vehicle and feedback control method |
| JP2011059870A (ja) * | 2009-09-08 | 2011-03-24 | Yanmar Co Ltd | フィードバック制御装置とフィードバック制御方法 |
| JP2014006872A (ja) * | 2012-05-30 | 2014-01-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 機械装置の制御装置、機械システム、及び機械装置の制御方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040106 |