JP2001356822A - 位置制御装置 - Google Patents
位置制御装置Info
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- JP2001356822A JP2001356822A JP2000175301A JP2000175301A JP2001356822A JP 2001356822 A JP2001356822 A JP 2001356822A JP 2000175301 A JP2000175301 A JP 2000175301A JP 2000175301 A JP2000175301 A JP 2000175301A JP 2001356822 A JP2001356822 A JP 2001356822A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外乱応答を調整する場合でも要求された応答
特性を容易に実現する。 【解決手段】 フィードフォワード制御器１０のゲイン
の中にもフィードバック制御系を１つのパラメータで調
整するための調整ゲインＫgを含めるようにする。フィ
ードフォワード制御器１０を備えるようにして制御系を
２自由度系とし、フィードフォワード制御器１０のゲイ
ンとフィードバック系のゲインを１つのパラメータであ
る調整ゲインＫgにより調整できるようにしているの
で、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を
簡単化できる。
特性を容易に実現する。 【解決手段】 フィードフォワード制御器１０のゲイン
の中にもフィードバック制御系を１つのパラメータで調
整するための調整ゲインＫgを含めるようにする。フィ
ードフォワード制御器１０を備えるようにして制御系を
２自由度系とし、フィードフォワード制御器１０のゲイ
ンとフィードバック系のゲインを１つのパラメータであ
る調整ゲインＫgにより調整できるようにしているの
で、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を
簡単化できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象の位置決
めを行う位置制御装置に関し、特にモータの位置決めを
行う位置制御装置に関する。
めを行う位置制御装置に関し、特にモータの位置決めを
行う位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、従来の位置制御装置の構成を
示す制御ブロック線図である。図１２に示すように、従
来の位置制御装置は、位置制御器１と、速度制御器２
と、モータ４と、微分器５とから構成されている。この
従来の位置制御装置は、イナーシャがＪ［Ｎ・ｍ・
ｓ2］であるモータ４の位置θ［ｒａｄ］を制御するも
のである。また、通常は、作成されたトルク指令を入力
しトルクを発生させてモータ４を駆動するためのトルク
制御器が設けられるが、トルク制御器の応答は無視する
ことができるほど充分速いものとして図中からは省略し
ている。
示す制御ブロック線図である。図１２に示すように、従
来の位置制御装置は、位置制御器１と、速度制御器２
と、モータ４と、微分器５とから構成されている。この
従来の位置制御装置は、イナーシャがＪ［Ｎ・ｍ・
ｓ2］であるモータ４の位置θ［ｒａｄ］を制御するも
のである。また、通常は、作成されたトルク指令を入力
しトルクを発生させてモータ４を駆動するためのトルク
制御器が設けられるが、トルク制御器の応答は無視する
ことができるほど充分速いものとして図中からは省略し
ている。
【０００３】また、説明を簡単にするために、ここで
は、制御対象が剛体で制御対象とモータ４の合計イナー
シャをＪとすることができるものとする。
は、制御対象が剛体で制御対象とモータ４の合計イナー
シャをＪとすることができるものとする。
【０００４】モータ４にはエンコーダ（不図示）が備え
付けれており、エンコーダによってモータ４の位置θが
検出できるようになっている。上位装置（不図示）から
発せられる位置指令θrとモータ４の位置θとの位置偏
差は、位置制御器１および微分器５に入力される。位置
制御器１は、比例ゲインＫp［１／ｓ］によって、その
偏差をＫp倍した値を出力する比例制御器である。微分
器５は、位置指令θrとモータ４の位置θとの位置偏差
を微分した値を出力する。速度制御器２は、微分器５に
より求められた値を微分ゲインＫd［１／ｓ］によって
Ｋd倍した値を出力する比例制御器である。この従来の
位置制御装置は、位置指令θrにモータ４の位置θを追
従させるためのものであり、モータ４の位置θは、位置
指令θrに対する位置応答である。
付けれており、エンコーダによってモータ４の位置θが
検出できるようになっている。上位装置（不図示）から
発せられる位置指令θrとモータ４の位置θとの位置偏
差は、位置制御器１および微分器５に入力される。位置
制御器１は、比例ゲインＫp［１／ｓ］によって、その
偏差をＫp倍した値を出力する比例制御器である。微分
器５は、位置指令θrとモータ４の位置θとの位置偏差
を微分した値を出力する。速度制御器２は、微分器５に
より求められた値を微分ゲインＫd［１／ｓ］によって
Ｋd倍した値を出力する比例制御器である。この従来の
位置制御装置は、位置指令θrにモータ４の位置θを追
従させるためのものであり、モータ４の位置θは、位置
指令θrに対する位置応答である。
【０００５】そして、この従来の位置制御装置において
モータ４を制御するためのトルクは、位置制御器１と速
度制御器２とからそれぞれ出力された値どうしを加算し
た値をトルク指令として、図示されていないトルク制御
器により生成される。
モータ４を制御するためのトルクは、位置制御器１と速
度制御器２とからそれぞれ出力された値どうしを加算し
た値をトルク指令として、図示されていないトルク制御
器により生成される。
【０００６】また、図１２に示した従来の位置制御装置
に対して、積分器６、積分制御器３を新たに備えるよう
にした従来の他の位置制御装置を図１３に示す。
に対して、積分器６、積分制御器３を新たに備えるよう
にした従来の他の位置制御装置を図１３に示す。
【０００７】積分器６は、位置指令θrとモータ４の位
置との位置偏差を積分してその値を出力する。積分制御
器３は、積分器３により求められた値を積分ゲインＫi
によって増幅して出力する。
置との位置偏差を積分してその値を出力する。積分制御
器３は、積分器３により求められた値を積分ゲインＫi
によって増幅して出力する。
【０００８】そして、この従来の位置制御装置において
モータ４を制御するためのトルクは、位置制御器１、速
度制御器２、積分制御器３とからそれぞれ出力された値
どうしを加算した値をトルク指令として、図示されてい
ないトルク制御器により生成される。
モータ４を制御するためのトルクは、位置制御器１、速
度制御器２、積分制御器３とからそれぞれ出力された値
どうしを加算した値をトルク指令として、図示されてい
ないトルク制御器により生成される。
【０００９】図１２、図１３に示したような従来の位置
制御装置では、位置指令θrに対するθの応答、外乱Ｔd
に対するθの応答等に所望の性能を発揮させるために
は、ゲインＫp、Ｋd、Ｋiの値を調整して最適な値とす
る必要がある。この調整は、制御対象（アクチュエータ
とアクチュエータに接続された機械の合計）が理想的な
剛体の場合には、制御理論から容易に求めることができ
るが、現実の制御対象は摩擦やばね要素が存在するた
め、調整は試行錯誤で行われているのが一般的である。
そのため、パラメータの調整は、手間のかかる作業とな
っていた。
制御装置では、位置指令θrに対するθの応答、外乱Ｔd
に対するθの応答等に所望の性能を発揮させるために
は、ゲインＫp、Ｋd、Ｋiの値を調整して最適な値とす
る必要がある。この調整は、制御対象（アクチュエータ
とアクチュエータに接続された機械の合計）が理想的な
剛体の場合には、制御理論から容易に求めることができ
るが、現実の制御対象は摩擦やばね要素が存在するた
め、調整は試行錯誤で行われているのが一般的である。
そのため、パラメータの調整は、手間のかかる作業とな
っていた。
【００１０】このような問題を解決するための従来の位
置制御装置を図１４および図１５に示す。図１４は、図
１２に示した従来の位置制御装置に対して、増幅器７、
８を追加したものであり、図１５は、図１３に示した従
来の位置制御装置に対して、増幅器７、８、９を追加し
たものである。
置制御装置を図１４および図１５に示す。図１４は、図
１２に示した従来の位置制御装置に対して、増幅器７、
８を追加したものであり、図１５は、図１３に示した従
来の位置制御装置に対して、増幅器７、８、９を追加し
たものである。
【００１１】増幅器７は、位置制御器１から出力された
値を調整ゲインＫgを２乗した値Ｋg 2によって増幅して
出力する。増幅器８は、速度制御器８から出力された値
を調整ゲインＫgによって増幅して出力する。増幅器９
は、積分制御器３から出力された値を調整ゲインＫgを
３乗した値Ｋg 3によって増幅して出力する。
値を調整ゲインＫgを２乗した値Ｋg 2によって増幅して
出力する。増幅器８は、速度制御器８から出力された値
を調整ゲインＫgによって増幅して出力する。増幅器９
は、積分制御器３から出力された値を調整ゲインＫgを
３乗した値Ｋg 3によって増幅して出力する。
【００１２】このような従来の位置制御装置では、比例
要素、微分要素、積分要素を同時に変化させるためのパ
ラメータＫgを導入し、一旦、比例ゲインＫp、微分ゲイ
ンＫ d、積分ゲインＫiを決定すれば、１つのパラメータ
である調整ゲインＫgを変化させるだけでバランスを保
ったままゲイン調整することができるため、要求された
応答特性を容易に実現することができた。
要素、微分要素、積分要素を同時に変化させるためのパ
ラメータＫgを導入し、一旦、比例ゲインＫp、微分ゲイ
ンＫ d、積分ゲインＫiを決定すれば、１つのパラメータ
である調整ゲインＫgを変化させるだけでバランスを保
ったままゲイン調整することができるため、要求された
応答特性を容易に実現することができた。
【００１３】しかし、この図１４および図１５に示した
従来の位置制御装置では、外乱応答を考慮した場合には
問題がある。例えば、図１５に示した従来の位置制御装
置では、位置指令θrに対する位置偏差θ1の応答である
指令応答と、外乱Ｔdに対する位置偏差θ2の応答である
外乱応答を計算してみると、図１６に示すようになる。
このような制御系では、外乱Ｔdの影響による位置偏差
θ2を小さくしようとして、Ｋp、Ｋd、Ｋi、Ｋgを調整
したとしても、位置指令θrから位置偏差θ1までの伝達
関数も同じパラメータのみに依存するので、指令応答に
おける位置偏差θ1も外乱応答における位置偏差θ2とと
もに変化してしまう。つまり、このような構成では、い
わゆる１自由度制御系であるため、フィードバック側の
調整ゲインＫgだけでは調整がうまくいかない。
従来の位置制御装置では、外乱応答を考慮した場合には
問題がある。例えば、図１５に示した従来の位置制御装
置では、位置指令θrに対する位置偏差θ1の応答である
指令応答と、外乱Ｔdに対する位置偏差θ2の応答である
外乱応答を計算してみると、図１６に示すようになる。
このような制御系では、外乱Ｔdの影響による位置偏差
θ2を小さくしようとして、Ｋp、Ｋd、Ｋi、Ｋgを調整
したとしても、位置指令θrから位置偏差θ1までの伝達
関数も同じパラメータのみに依存するので、指令応答に
おける位置偏差θ1も外乱応答における位置偏差θ2とと
もに変化してしまう。つまり、このような構成では、い
わゆる１自由度制御系であるため、フィードバック側の
調整ゲインＫgだけでは調整がうまくいかない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の位置制
御装置では、フィードバック制御系のゲインを１つのパ
ラメータにより調整するために調整ゲインを用いても、
外乱応答を調整する場合には要求された応答特性を実現
することが困難であるという問題点があった。
御装置では、フィードバック制御系のゲインを１つのパ
ラメータにより調整するために調整ゲインを用いても、
外乱応答を調整する場合には要求された応答特性を実現
することが困難であるという問題点があった。
【００１５】本発明の目的は、外乱応答を調整する場合
でも要求された応答特性を容易に実現することができる
位置制御装置を提供することである。
でも要求された応答特性を容易に実現することができる
位置制御装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の位置制御装置は、上位装置から発せられる
位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例ゲインに
よって増幅して出力する位置制御手段と、前記位置制御
手段から出力された値を調整ゲインを２乗した値によっ
て増幅して出力する第１の増幅手段と、前記位置指令と
制御対象との位置偏差を微分する微分手段と、前記微分
手段により求められた値を微分ゲインによって増幅して
出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力され
た値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第２の
増幅手段と、前記位置指令を２回微分した値を第１のフ
ィードフォワードゲインにより増幅した値と、前記位置
指令を微分した値を第２のフィードフォワードゲインお
よび前記調整ゲインにより増幅した値とを加算すること
により得られた値を出力するフィードフォワード制御手
段と、前記第１および第２の増幅手段と、前記フィード
フォワード手段とからそれぞれ出力された値どうしを加
算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前
記制御対象を駆動するトルク制御器とを備えている。
に、本発明の位置制御装置は、上位装置から発せられる
位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例ゲインに
よって増幅して出力する位置制御手段と、前記位置制御
手段から出力された値を調整ゲインを２乗した値によっ
て増幅して出力する第１の増幅手段と、前記位置指令と
制御対象との位置偏差を微分する微分手段と、前記微分
手段により求められた値を微分ゲインによって増幅して
出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力され
た値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第２の
増幅手段と、前記位置指令を２回微分した値を第１のフ
ィードフォワードゲインにより増幅した値と、前記位置
指令を微分した値を第２のフィードフォワードゲインお
よび前記調整ゲインにより増幅した値とを加算すること
により得られた値を出力するフィードフォワード制御手
段と、前記第１および第２の増幅手段と、前記フィード
フォワード手段とからそれぞれ出力された値どうしを加
算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前
記制御対象を駆動するトルク制御器とを備えている。
【００１７】本発明によれば、フィードフォワード制御
手段を備えるようにして制御系を２自由度系とし、フィ
ードフォワード制御手段のゲインとフィードバック系の
ゲインを１つのパラメータである調整ゲインにより調整
することができるようにしているので、要求された応答
特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することがで
きる。
手段を備えるようにして制御系を２自由度系とし、フィ
ードフォワード制御手段のゲインとフィードバック系の
ゲインを１つのパラメータである調整ゲインにより調整
することができるようにしているので、要求された応答
特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することがで
きる。
【００１８】また、本発明では、上記の構成に加えて、
位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手段
と、積分手段により求められた値を積分ゲインによって
増幅して出力する積分制御手段と、積分制御手段から出
力された値を前記調整ゲインを３乗した値によって増幅
して出力する第３の増幅手段とをさらに備えるようにし
てもよい。
位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手段
と、積分手段により求められた値を積分ゲインによって
増幅して出力する積分制御手段と、積分制御手段から出
力された値を前記調整ゲインを３乗した値によって増幅
して出力する第３の増幅手段とをさらに備えるようにし
てもよい。
【００１９】さらに、本発明では、上記の構成にさらに
加えて、位置指令と制御対象との位置偏差を２回微分す
る２回微分手段と、２回微分手段により求められた値を
加速度ゲインによって増幅して出力する加速度制御手段
とを備えるようにしてもよい。
加えて、位置指令と制御対象との位置偏差を２回微分す
る２回微分手段と、２回微分手段により求められた値を
加速度ゲインによって増幅して出力する加速度制御手段
とを備えるようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図であ
る。図１において、図１４中の構成要素と同一の構成要
素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図であ
る。図１において、図１４中の構成要素と同一の構成要
素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
【００２２】本実施形態の位置制御装置は、図１４に示
した従来の位置制御装置に対して、フィードフォワード
制御器１０を新たに備えるようにして、制御系を２自由
度系とし、かつ、そのゲインをフィードバック系の共通
パラメータである調整ゲインＫgと関連するようにした
ものである。
した従来の位置制御装置に対して、フィードフォワード
制御器１０を新たに備えるようにして、制御系を２自由
度系とし、かつ、そのゲインをフィードバック系の共通
パラメータである調整ゲインＫgと関連するようにした
ものである。
【００２３】フィードフォワード制御器１０は、位置指
令θrを２回微分した値をフィードフォワードゲインＫ
ff1により増幅した値と、位置指令θrを１回微分した値
をフィードフォワードゲインＫff2および調整ゲインＫg
により増幅した値とを加算することにより得られた値を
出力する。
令θrを２回微分した値をフィードフォワードゲインＫ
ff1により増幅した値と、位置指令θrを１回微分した値
をフィードフォワードゲインＫff2および調整ゲインＫg
により増幅した値とを加算することにより得られた値を
出力する。
【００２４】そして、本実施形態においてモータ４を制
御するためのトルクは、増幅器７，８と、フィードフォ
ワード器１０とからそれぞれ出力された値どうしを加算
した値をトルク指令として、図示されていないトルク制
御器により生成される。
御するためのトルクは、増幅器７，８と、フィードフォ
ワード器１０とからそれぞれ出力された値どうしを加算
した値をトルク指令として、図示されていないトルク制
御器により生成される。
【００２５】図１に示した本実施形態の位置制御装置に
おける伝達関数は図２に示すようになるが、このとき外
乱応答を決定するのは、外乱Ｔdからθ2までの伝達関数
の分母のみである。これをＧdとすると以下のような式
（１）により表現することができる。ただし、説明を簡
単にするためにＪ＝１とする。
おける伝達関数は図２に示すようになるが、このとき外
乱応答を決定するのは、外乱Ｔdからθ2までの伝達関数
の分母のみである。これをＧdとすると以下のような式
（１）により表現することができる。ただし、説明を簡
単にするためにＪ＝１とする。
【００２６】 Ｇd＝Ｓ2＋Ｋg・Ｋd・Ｓ＋Ｋg 2・Ｋp ・・・・・・（１） ここで、制御系の安定性は、特性方程式Ｇd＝０の根、
つまり制御系の極ρ+、ρ-により決定される。
つまり制御系の極ρ+、ρ-により決定される。
【００２７】式（１）より、 ρ+＝−Ｋg｛Ｋd−（Ｋd 2−４Ｋp）0.5｝／２ ・・・・・・（２） ρ-＝−Ｋg｛Ｋd＋（Ｋd 2−４Ｋp）0.5｝／２ ・・・・・・（３） もし、ここで、ＫdとＫpを一旦決定すると、Ｋgを変化
させると極配置における時間に関するスケールのみ変化
し、オーバシュートに関する量は変化しない。
させると極配置における時間に関するスケールのみ変化
し、オーバシュートに関する量は変化しない。
【００２８】これを通常よく用いられる形で説明するた
め、 Ｇd＝（Ｓ2＋２ζωＳ＋ω2） ・・・・・・（４） とおくと、 ω＝Ｋg（Ｋp）0.5 ・・・・・・（５） ζ＝Ｋd／（２Ｋp 0.5） ・・・・・・（６） となり、ωだけＫgに関係することが分かる。
め、 Ｇd＝（Ｓ2＋２ζωＳ＋ω2） ・・・・・・（４） とおくと、 ω＝Ｋg（Ｋp）0.5 ・・・・・・（５） ζ＝Ｋd／（２Ｋp 0.5） ・・・・・・（６） となり、ωだけＫgに関係することが分かる。
【００２９】このときの極配置は図３のようになり、一
旦、Ｋp、Ｋdを決定すれば、Ｋgにより、オーバシュー
ト量は変化しないため応答波形のバランスは変化せず、
時間方向（つまりω）だけ変化することがわかる。
旦、Ｋp、Ｋdを決定すれば、Ｋgにより、オーバシュー
ト量は変化しないため応答波形のバランスは変化せず、
時間方向（つまりω）だけ変化することがわかる。
【００３０】一方、指令応答は、位置指令θrから位置
偏差θ1までの伝達関数により決定される。この場合の
伝達関数をＧ＝Ｇ1／Ｇ2とおく。制御ゲインにより、分
母に加えて分子も変化するため、制御系の応答性は、特
性方程式Ｇ2＝０の根、つまり制御系の極ρ+、ρ-と、
特性方程式Ｇ1＝０の根、つまり制御系の零点により決
定される。
偏差θ1までの伝達関数により決定される。この場合の
伝達関数をＧ＝Ｇ1／Ｇ2とおく。制御ゲインにより、分
母に加えて分子も変化するため、制御系の応答性は、特
性方程式Ｇ2＝０の根、つまり制御系の極ρ+、ρ-と、
特性方程式Ｇ1＝０の根、つまり制御系の零点により決
定される。
【００３１】極に関しては、Ｇ2＝Ｇdであるため、式
（１）から（６）がそのまま同様に当てはまるため、こ
こでは零点について述べる。ただし、説明を簡単にする
ためにＪ＝１とする。
（１）から（６）がそのまま同様に当てはまるため、こ
こでは零点について述べる。ただし、説明を簡単にする
ためにＪ＝１とする。
【００３２】 Ｇ1＝Ｋff1・Ｓ2＋Ｋg（Ｋd＋Ｋff2）Ｓ＋Ｋg 2・Ｋp＝０ ・・・・・（７） とおくと、この式（７）を解くことにより、零点ｚ+、
ｚ-が決定される。
ｚ-が決定される。
【００３３】式（７）より、下記の式（８）、（９）が
得られる。 ｚ+＝−Ｋg｛Ｋd＋Ｋff2｝−（（Ｋd＋Ｋff2）2−４Ｋff1・Ｋp）0.5｝／（２Ｋ ff1 ）・・・・・（８） ｚ-＝−Ｋg｛Ｋd＋Ｋff2｝＋（（Ｋd＋Ｋff2）2−４Ｋff1・Ｋp）0.5｝／（２Ｋ ff1 ）・・・・・（９） もし、ここで、極を決定するＫd、Ｋpを一旦決定して
も、Ｋff1、Ｋff2によって応答を変化させることができ
る。つまり、外乱応答と独立に制御系を決定することが
できる。一方、一旦、Ｋd、Ｋp、Ｋff1、Ｋff2を決定し
てしまえば、Ｋgにより、時間に関するスケールのみ変
化し、オーバシュートに関する量は変化しない。
得られる。 ｚ+＝−Ｋg｛Ｋd＋Ｋff2｝−（（Ｋd＋Ｋff2）2−４Ｋff1・Ｋp）0.5｝／（２Ｋ ff1 ）・・・・・（８） ｚ-＝−Ｋg｛Ｋd＋Ｋff2｝＋（（Ｋd＋Ｋff2）2−４Ｋff1・Ｋp）0.5｝／（２Ｋ ff1 ）・・・・・（９） もし、ここで、極を決定するＫd、Ｋpを一旦決定して
も、Ｋff1、Ｋff2によって応答を変化させることができ
る。つまり、外乱応答と独立に制御系を決定することが
できる。一方、一旦、Ｋd、Ｋp、Ｋff1、Ｋff2を決定し
てしまえば、Ｋgにより、時間に関するスケールのみ変
化し、オーバシュートに関する量は変化しない。
【００３４】これを通常よく用いられる形で説明するた
め、 Ｇ1＝Ｋff1（Ｓ2＋２ζ1ω1Ｓ＋ω1 2） ・・・・・・（１０） とおくと、 ω1＝Ｋg（Ｋp／Ｋff1）0.5 ・・・・・・（１１） ζ1＝（Ｋd＋Ｋff2）／｛２（Ｋff1・Ｋp）0.5｝ ・・・・・・（１２） となり、ω1だけＫgに関係することが分かる。
め、 Ｇ1＝Ｋff1（Ｓ2＋２ζ1ω1Ｓ＋ω1 2） ・・・・・・（１０） とおくと、 ω1＝Ｋg（Ｋp／Ｋff1）0.5 ・・・・・・（１１） ζ1＝（Ｋd＋Ｋff2）／｛２（Ｋff1・Ｋp）0.5｝ ・・・・・・（１２） となり、ω1だけＫgに関係することが分かる。
【００３５】このときの極配置は図４のようになり、一
旦、Ｋd、Ｋp、Ｋff1、Ｋff2を決定してしまえば、Ｋg
により、バランスは変化せず、時間方向（つまりω1）
だけ変化することがわかる。
旦、Ｋd、Ｋp、Ｋff1、Ｋff2を決定してしまえば、Ｋg
により、バランスは変化せず、時間方向（つまりω1）
だけ変化することがわかる。
【００３６】本実施形態における応答波形を図５に示
す。図５は、Ｋg＝０．５からＫg＝１．５まで変化させ
た場合の応答波形を示したものであるが、全体の波形に
は変化は無く、応答速度だけ速くなっている。ただし、
Ｋd＝４０、Ｋp＝８００、Ｋff 1＝０、Ｋff2＝−１６、
Ｊ＝１、位置指令θrは最大速度＝２００（ｒａｄ／
ｓ）、加速時間、減速時間＝０．０５（ｓｅｃ）、指令
払い出し時間０．１（ｓｅｃ）である。
す。図５は、Ｋg＝０．５からＫg＝１．５まで変化させ
た場合の応答波形を示したものであるが、全体の波形に
は変化は無く、応答速度だけ速くなっている。ただし、
Ｋd＝４０、Ｋp＝８００、Ｋff 1＝０、Ｋff2＝−１６、
Ｊ＝１、位置指令θrは最大速度＝２００（ｒａｄ／
ｓ）、加速時間、減速時間＝０．０５（ｓｅｃ）、指令
払い出し時間０．１（ｓｅｃ）である。
【００３７】このように、一旦Ｋd、Ｋpを決定した後で
は、指令応答は、１つのパラメータＫgにより応答特性
が決定される。
は、指令応答は、１つのパラメータＫgにより応答特性
が決定される。
【００３８】本実施形態の位置制御装置により得られる
効果を、従来例と比較するために、本実施形態における
フィードフォワードゲインＫff1＝Ｋff2＝０として、Ｋ
g＝０．５〜１．５まで変化させた場合の応答波形を図
６に示す。Ｋff1＝Ｋff2＝０とすることにより、図６の
応答波形は図１４に示した従来の位置制御装置の応答波
形となる。
効果を、従来例と比較するために、本実施形態における
フィードフォワードゲインＫff1＝Ｋff2＝０として、Ｋ
g＝０．５〜１．５まで変化させた場合の応答波形を図
６に示す。Ｋff1＝Ｋff2＝０とすることにより、図６の
応答波形は図１４に示した従来の位置制御装置の応答波
形となる。
【００３９】フィードフォワード制御器１０が設けられ
ていない従来の位置制御装置の応答波形である図６の応
答波形を、図５に示した応答波形と比較すると、従来の
位置制御装置による応答波形のほうがオーバーシュート
量が大きくなっていることがわかる。
ていない従来の位置制御装置の応答波形である図６の応
答波形を、図５に示した応答波形と比較すると、従来の
位置制御装置による応答波形のほうがオーバーシュート
量が大きくなっていることがわかる。
【００４０】本実施形態による位置制御装置では、フィ
ードフォワード制御器１０のゲインをフィードバック系
の共通パラメータである調整ゲインＫgと関連するよう
にしたことにより、調整ゲインＫgという１つのパラメ
ータにより応答特性の調整可能としたものである。つま
り、従来の位置制御装置に対してフィードフォワード制
御器をただ設けて、そのフィードフォワード制御器のゲ
インに調整ゲインＫgが含まれていない場合には応答特
性の調整は困難となり本実施形態のような効果を得るこ
とはできない。このことを説明するために、図１のフィ
ードフォワード制御器１０中のＫgを１とし、Ｋg＝０．
５〜１．５まで変化させた場合の応答波形を図７に示
す。図７を参照すると、指令応答は、調整ゲインＫgに
応じて波形が大きく変化するため調整が困難なものとな
っていることがわかる本実施形態の位置制御装置では、
フィードバック制御系とは独立してフィードフォワード
ゲインＫff1、Ｋff2を設定することができ、さらにフィ
ードバック制御系とフィードフォワード制御系ともに位
置の項にはＫg 2、速度項（１回微分項）にはＫgが乗算
されるようにしているので、一旦応答波形が決定される
と調整ゲインＫgのみを調整することにより、その応答
波形を保ったまま動作時間だけを変更することが可能と
なる。
ードフォワード制御器１０のゲインをフィードバック系
の共通パラメータである調整ゲインＫgと関連するよう
にしたことにより、調整ゲインＫgという１つのパラメ
ータにより応答特性の調整可能としたものである。つま
り、従来の位置制御装置に対してフィードフォワード制
御器をただ設けて、そのフィードフォワード制御器のゲ
インに調整ゲインＫgが含まれていない場合には応答特
性の調整は困難となり本実施形態のような効果を得るこ
とはできない。このことを説明するために、図１のフィ
ードフォワード制御器１０中のＫgを１とし、Ｋg＝０．
５〜１．５まで変化させた場合の応答波形を図７に示
す。図７を参照すると、指令応答は、調整ゲインＫgに
応じて波形が大きく変化するため調整が困難なものとな
っていることがわかる本実施形態の位置制御装置では、
フィードバック制御系とは独立してフィードフォワード
ゲインＫff1、Ｋff2を設定することができ、さらにフィ
ードバック制御系とフィードフォワード制御系ともに位
置の項にはＫg 2、速度項（１回微分項）にはＫgが乗算
されるようにしているので、一旦応答波形が決定される
と調整ゲインＫgのみを調整することにより、その応答
波形を保ったまま動作時間だけを変更することが可能と
なる。
【００４１】つまり、本実施形態の位置制御装置では、
フィードフォワード制御器１０を備えるようにして制御
系を２自由度系とし、フィードフォワード制御器１０の
ゲインとフィードバック系のゲインを１つのパラメータ
である調整ゲインＫgにより調整することができるよう
にしているので、要求された応答特性を決定するための
ゲイン調整を簡単化することができる。
フィードフォワード制御器１０を備えるようにして制御
系を２自由度系とし、フィードフォワード制御器１０の
ゲインとフィードバック系のゲインを１つのパラメータ
である調整ゲインＫgにより調整することができるよう
にしているので、要求された応答特性を決定するための
ゲイン調整を簡単化することができる。
【００４２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態の位置制御装置について説明する。図８は、本
発明の第２の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
実施形態の位置制御装置について説明する。図８は、本
発明の第２の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
【００４３】本実施形態の位置制御装置は、図１５に示
した従来の位置制御装置に対して、フィードフォワード
制御器１１を新たに備えるようにしたものである。
した従来の位置制御装置に対して、フィードフォワード
制御器１１を新たに備えるようにしたものである。
【００４４】フィードフォワード制御器１１は、位置指
令θrを２回微分した値をフィードフォワードゲインＫ
ff1により増幅した値と、位置指令θrを微分した値をフ
ィードフォワードゲインＫff2および調整ゲインＫgによ
り増幅した値と、位置指令θ rをフィードフォワードゲ
インＫff3および調整ゲインＫgを２乗した値Ｋg 2により
増幅した値とを加算することにより得られた値を出力す
る。
令θrを２回微分した値をフィードフォワードゲインＫ
ff1により増幅した値と、位置指令θrを微分した値をフ
ィードフォワードゲインＫff2および調整ゲインＫgによ
り増幅した値と、位置指令θ rをフィードフォワードゲ
インＫff3および調整ゲインＫgを２乗した値Ｋg 2により
増幅した値とを加算することにより得られた値を出力す
る。
【００４５】そして、本実施形態においてモータ４を制
御するためのトルクは、増幅器７，８、９と、フィード
フォワード器１１とからそれぞれ出力された値どうしを
加算した値をトルク指令として、図示されていないトル
ク制御器により生成される。
御するためのトルクは、増幅器７，８、９と、フィード
フォワード器１１とからそれぞれ出力された値どうしを
加算した値をトルク指令として、図示されていないトル
ク制御器により生成される。
【００４６】本実施形態の位置制御装置では、フィード
フォワード制御器１１を備えるようにして制御系を２自
由度系とし、フィードフォワード制御器１１のゲインと
フィードバック系のゲインを１つのパラメータである調
整ゲインＫgにより調整することができるようにしてい
るので、上記第１の実施形態の位置制御装置と同様に、
要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単
化することができる。
フォワード制御器１１を備えるようにして制御系を２自
由度系とし、フィードフォワード制御器１１のゲインと
フィードバック系のゲインを１つのパラメータである調
整ゲインＫgにより調整することができるようにしてい
るので、上記第１の実施形態の位置制御装置と同様に、
要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単
化することができる。
【００４７】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態の位置制御装置について説明する。図１０は、
本発明の第３の実施形態の位置制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
実施形態の位置制御装置について説明する。図１０は、
本発明の第３の実施形態の位置制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
【００４８】本実施形態の位置制御装置は、図８に示し
た第３の実施形態の位置制御装置に対して、２回微分器
１２および加速度制御器１３を新たに備えるようにした
ものである。
た第３の実施形態の位置制御装置に対して、２回微分器
１２および加速度制御器１３を新たに備えるようにした
ものである。
【００４９】２回微分器１２は、位置指令θrと制御対
象との位置偏差を２回微分する。加速度制御器１３は、
２回微分器１２により求められた値を加速度ゲインＫi
によって増幅して出力する。
象との位置偏差を２回微分する。加速度制御器１３は、
２回微分器１２により求められた値を加速度ゲインＫi
によって増幅して出力する。
【００５０】そして、本実施形態においてモータ４を制
御するためのトルクは、増幅器７，８、９と、加速度制
御器１３と、フィードフォワード器１１とからそれぞれ
出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、
図示されていないトルク制御器により生成される。
御するためのトルクは、増幅器７，８、９と、加速度制
御器１３と、フィードフォワード器１１とからそれぞれ
出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、
図示されていないトルク制御器により生成される。
【００５１】本実施形態の位置制御装置では、フィード
フォワード制御器１１を備えるようにして制御系を２自
由度系とし、フィードフォワード制御器１１のゲインと
フィードバック系のゲインを１つのパラメータである調
整ゲインＫgにより調整することができるようにしてい
るので、上記第１の実施形態の位置制御装置と同様に、
要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単
化することができる。
フォワード制御器１１を備えるようにして制御系を２自
由度系とし、フィードフォワード制御器１１のゲインと
フィードバック系のゲインを１つのパラメータである調
整ゲインＫgにより調整することができるようにしてい
るので、上記第１の実施形態の位置制御装置と同様に、
要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単
化することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１つのパラメータを調整するのみでフィードバック制御
系とフィードフォワード制御系のゲインの両方のゲイン
を調整して応答波形の調整を行うことができるため、外
乱応答を調整する場合でも要求された応答特性を容易に
実現することができるという効果が得られる。
１つのパラメータを調整するのみでフィードバック制御
系とフィードフォワード制御系のゲインの両方のゲイン
を調整して応答波形の調整を行うことができるため、外
乱応答を調整する場合でも要求された応答特性を容易に
実現することができるという効果が得られる。
【図１】本発明の第１の実施形態の位置制御装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】図１の位置制御装置の応答を説明するための図
である。
である。
【図３】図１の位置制御装置における外乱応答の動作を
説明するための極配置図である。
説明するための極配置図である。
【図４】図１の位置制御装置における指令応答の動作を
説明するための極配置図である。
説明するための極配置図である。
【図５】図１の位置制御装置において、調整ゲインＫg
の値を変化させた場合の応答波形の変化を示す図であ
る。
の値を変化させた場合の応答波形の変化を示す図であ
る。
【図６】フィードフォワードゲインＫff1、Ｋff2を０と
した場合の応答波形の変化を示す図である。
した場合の応答波形の変化を示す図である。
【図７】フィードフォワード制御器１０中の調整ゲイン
Ｋgを１とした場合の応答波形の変化を示す図である。
Ｋgを１とした場合の応答波形の変化を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の位置制御装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図９】図８の位置制御装置の応答を説明するための図
である。
である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の位置制御装置の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図１１】図１０の位置制御装置の応答を説明するため
の図である。
の図である。
【図１２】従来の位置制御装置の構成を示すブロック図
である。
である。
【図１３】従来の他の位置制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図１４】図１２の従来の位置制御装置に対して調整ゲ
インＫgによりゲイン調整することができるようにした
位置制御装置の構成を示すブロック図である。
インＫgによりゲイン調整することができるようにした
位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１３の従来の位置制御装置に対して調整ゲ
インＫgによりゲイン調整することができるようにした
位置制御装置の構成を示すブロック図である。
インＫgによりゲイン調整することができるようにした
位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５の位置制御装置の応答を説明するため
の図である。
の図である。
１ 位置制御器 ２ 速度制御器 ３ 積分制御器 ４ モータ ５ 微分器 ６ 積分器 ７、８、９ 増幅器 １０、１１ フィードフォワード制御器 １２ ２回微分器 １３ 加速度制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H004 GA27 GB15 HA07 HB07 KB02 KB04 KB06 KB32 MA18 5H303 AA01 AA04 AA10 BB01 BB06 CC06 DD01 FF06 HH05 KK02 KK03 KK04 KK06 KK28 KK31 KK32 5H550 BB08 EE03 EE05 GG01 GG10 JJ04 JJ22 JJ23 JJ24 JJ25 LL34
Claims (3)
- 【請求項１】 上位装置から発せられる位置指令と制御
対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して
出力する位置制御手段と、 前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを２乗
した値によって増幅して出力する第１の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手
段と、 前記微分手段により求められた値を微分ゲインによって
増幅して出力する速度制御手段と、 該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによ
って増幅して出力する第２の増幅手段と、 前記位置指令を２回微分した値を第１のフィードフォワ
ードゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分し
た値を第２のフィードフォワードゲインおよび前記調整
ゲインにより増幅した値とを加算することにより得られ
た値を出力するフィードフォワード制御手段と、 前記第１および第２の増幅手段と、前記フィードフォワ
ード手段とからそれぞれ出力された値どうしを加算した
値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前記制御
対象を駆動するトルク制御器とを備えた位置制御装置。 - 【請求項２】 上位装置から発せられる位置指令と制御
対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して
出力する位置制御手段と、 前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを２乗
した値によって増幅して出力する第１の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手
段と、 前記微分手段により求められた値を微分ゲインによって
増幅して出力する速度制御手段と、 該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによ
って増幅して出力する第２の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手
段と、 前記積分手段により求められた値を積分ゲインによって
増幅して出力する積分制御手段と、 該積分制御手段から出力された値を前記調整ゲインを３
乗した値によって増幅して出力する第３の増幅手段と、 前記位置指令を２回微分した値を第１のフィードフォワ
ードゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分し
た値を第２のフィードフォワードゲインおよび前記調整
ゲインにより増幅した値と、前記位置指令を第３のフィ
ードフォワードゲインおよび前記調整ゲインを２乗した
値により増幅した値とを加算することにより得られた値
を出力するフィードフォワード制御手段と、 前記第１、第２および第３の増幅手段と、前記フィード
フォワード手段とからそれぞれ出力された値どうしを加
算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前
記制御対象を駆動するトルク制御器とを備えた位置制御
装置。 - 【請求項３】 上位装置から発せられる位置指令と制御
対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して
出力する位置制御手段と、 前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを２乗
した値によって増幅して出力する第１の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手
段と、 前記微分手段により求められた値を微分ゲインによって
増幅して出力する速度制御手段と、 該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによ
って増幅して出力する第２の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手
段と、 前記積分手段により求められた値を積分ゲインによって
増幅して出力する積分制御手段と、 該積分制御手段から出力された値を前記調整ゲインを３
乗した値によって増幅して出力する第３の増幅手段と、 前記位置指令と制御対象との位置偏差を２回微分する２
回微分手段と、 前記２回微分手段により求められた値を加速度ゲインに
よって増幅して出力する加速度制御手段と、 前記位置指令を２回微分した値を第１のフィードフォワ
ードゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分し
た値を第２のフィードフォワードゲインおよび前記調整
ゲインにより増幅した値と、前記位置指令を第３のフィ
ードフォワードゲインおよび前記調整ゲインを２乗した
値により増幅した値とを加算することにより得られた値
を出力するフィードフォワード制御手段と、 前記第１、第２および第３の増幅手段と、前記加速度制
御手段と、前記フィードフォワード手段とからそれぞれ
出力された値どうしを加算した値をトルク指令とし、該
トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制
御器とを備えた位置制御装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000175301A JP4359736B2 (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | 位置制御装置 |
| DE60141630T DE60141630D1 (de) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Positionierungs-servosteuerung |
| US10/276,156 US6784632B2 (en) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Positioning servo controller |
| EP01930034A EP1291747B1 (en) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Positioning servocontroller |
| EP04024527A EP1496412B1 (en) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Positioning servocontroller |
| DE60135586T DE60135586D1 (de) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Positionerungs-Servosteuerung |
| CNB018095925A CN1242308C (zh) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | 定位伺服控制器 |
| PCT/JP2001/003907 WO2001088649A1 (fr) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | Servomecanisme de positionnement |
| KR1020027015333A KR100855798B1 (ko) | 2000-05-15 | 2001-05-10 | 위치결정 서보콘트롤러 |
| TW090111477A TW502141B (en) | 2000-05-15 | 2001-05-14 | Positioning servo controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000175301A JP4359736B2 (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | 位置制御装置 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001356822A true JP2001356822A (ja) | 2001-12-26 |
| JP2001356822A5 JP2001356822A5 (ja) | 2007-04-26 |
| JP4359736B2 JP4359736B2 (ja) | 2009-11-04 |
Family
ID=18677199
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000175301A Expired - Fee Related JP4359736B2 (ja) | 2000-05-15 | 2000-06-12 | 位置制御装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4359736B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009009177A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Rkc Instrument Inc | デジタル制御装置およびこれに用いる制御用ｐｉｄ定数算出方法 |
| JP2009237821A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 位置制御装置 |
| JP2009303432A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | モータによる位置制御装置 |
| US9122262B2 (en) | 2011-10-13 | 2015-09-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Servo control device |
| CN106339008A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于自由度的六自由度运动模拟器控制方法 |
-
2000
- 2000-06-12 JP JP2000175301A patent/JP4359736B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009009177A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Rkc Instrument Inc | デジタル制御装置およびこれに用いる制御用ｐｉｄ定数算出方法 |
| JP4716041B2 (ja) * | 2007-06-26 | 2011-07-06 | 理化工業株式会社 | デジタル制御装置およびこれを用いる制御用ｐｉｄ定数算出方法 |
| JP2009237821A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 位置制御装置 |
| JP4712063B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2011-06-29 | 三菱電機株式会社 | 位置制御装置 |
| JP2009303432A (ja) * | 2008-06-17 | 2009-12-24 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | モータによる位置制御装置 |
| US9122262B2 (en) | 2011-10-13 | 2015-09-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Servo control device |
| CN106339008A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于自由度的六自由度运动模拟器控制方法 |
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|---|---|
| JP4359736B2 (ja) | 2009-11-04 |
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