JP2003241802A - Optimal command producing device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は工作機や産業用ロボ
ットなどの制御方法に関し、特に、振動要素を有する制
御対象を、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限
り小さくするように動作させることを目的に、サーボ制
御部に入力する指令を加工する最適指令作成装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method for machine tools, industrial robots and the like, and more particularly to operating a controlled object having a vibrating element without vibration and minimizing a delay with respect to a command. The present invention relates to an optimum command creation device that processes a command input to a servo control unit for the purpose of achieving the above.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、指令追従特性と、外乱応答特性両
方を改善する手法として、各種の２自由度制御が提案さ
れているが、指令追従特性と、外乱応答特性を独立に簡
単に設計できる手法として、「自動制御装置」が開示さ
れている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、
従来のフィードバック制御系に加えて、被制御対象を模
擬した被制御対象模擬回路にフィードバック系が構成さ
れ、この被制御対象模擬回路に入力する模擬入力信号と
被制御対象模擬回路から得られる模擬出力信号とを用い
て、被制御対象に対して２自由度制御系が構成されるこ
とになると記されている。図３は従来の方法を説明する
図である。図中、３１は模擬フィードバック制御装置で
あり、ここで、フィードフォワード部の計算を行う。３
２は模擬補償回路であり、指令xRと被制御対象模擬回路
から出力される状態量xMの偏差εMを入力し、被制御対
象模擬回路に入力する模擬入力信号vRを計算する。３３
は被制御対象模擬回路であり、35の被制御対象をモデル
化したものである。３４はフィードバック系の補償回路
であり、xMと被制御対象の状態量xの偏差εを入力し制
御入力信号vεを出力する。vεとvRを加算し、最終的な
制御入力信号vを算出する。2. Description of the Related Art Conventionally, various two-degree-of-freedom control has been proposed as a method for improving both the command following characteristic and the disturbance response characteristic, but the command following characteristic and the disturbance response characteristic can be easily designed independently. An “automatic control device” is disclosed as a method (for example, refer to Patent Document 1). in this way,
In addition to the conventional feedback control system, a feedback system is constructed in the controlled object simulation circuit that simulates the controlled object, and the simulated input signal input to this controlled object simulation circuit and the simulated output obtained from the controlled object simulation circuit It is described that a two-degree-of-freedom control system is configured for the controlled object by using the signal and. FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional method. In the figure, reference numeral 31 is a simulated feedback control device, in which the calculation of the feedforward unit is performed. Three
Reference numeral 2 denotes a simulated compensation circuit, which inputs a command x R and a deviation ε M of the state quantity x M output from the controlled target simulated circuit, and calculates a simulated input signal v R input to the controlled target simulated circuit. 33
Is a controlled object simulation circuit, which is a model of 35 controlled objects. Reference numeral 34 denotes a feedback compensation circuit, which inputs a deviation ε between x M and the state quantity x of the controlled object and outputs a control input signal v ε. The final control input signal v is calculated by adding v ε and v R.
【０００３】[0003]
【特許文献１】特公平７−２１７２４（第３−４頁、第
１、２図）[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 7-21724 (Page 3-4, FIGS. 1 and 2)
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のサーボ制御方法では、以下に示す４つの問題があっ
た。
（１）模擬フィードバック制御装置の中で、被制御対象
のモデルの計算と、模擬補償回路内での演算を必要とす
るため、非常に演算量が多く、演算時間がかかるため、
制御サンプリング周期を短くできず、結果として制御性
能が悪化するといった問題があった。
（２）また、模擬フィードバック制御装置では、フィー
ドバック制御を行うため、指令xRに対して、xMは必ず遅
れることになる。さらに、フィードバック制御部でもxM
に対してxは遅れるため、元々の指令xRに対して、被制
御対象の動作xは、大きく遅れることになるという問題
があった。
（３）また、模擬フィードバック制御装置で被制御対象
模擬回路を使用するため、被制御対象模擬回路で使用す
るパラメータが必要なため、入力するパラメータが多く
なり、多くのメモリを有する必要があるという問題があ
った。
（４）また、模擬フィードバック制御装置内の模擬補償
回路では、フィードバック制御を行うため、ゲインの決
定や調整が必要であるため、この手法を、誰でも、簡単
には構築し使用できないといった問題があった。
したがって、この発明の目的は上記４つの課題を同時に
解決する最適指令作成装置を提供することである。However, the above-mentioned conventional servo control method has the following four problems. (1) In the simulated feedback control device, since the calculation of the model of the controlled object and the calculation in the simulated compensation circuit are required, the calculation amount is very large and the calculation time is long.
There is a problem in that the control sampling period cannot be shortened, and as a result, the control performance deteriorates. (2) In addition, since the simulated feedback control device performs feedback control, x M will always be delayed with respect to the command x R. Furthermore, even in the feedback control section, x M
However, since x is delayed, there is a problem that the operation x of the controlled object is greatly delayed with respect to the original command x R. (3) Further, since the controlled object simulated circuit is used in the simulated feedback control device, the parameter used in the controlled object simulated circuit is required. Therefore, the number of parameters to be input is large and it is necessary to have many memories. There was a problem. (4) Further, since the simulated compensation circuit in the simulated feedback control device performs feedback control, it is necessary to determine and adjust the gain, so that there is a problem that anyone cannot easily construct and use this method. there were. Therefore, an object of the present invention is to provide an optimum command generation device that simultaneously solves the above four problems.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、第１の発明の最適指令作成装置は、指令を入力し、
制御対象が所望の動作を実現するように指令を加工し、
最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最適指令作成
装置において、前記指令に対してN次のフィルタ処理を
施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令の１階微分
からN−１階微分までの値を算出するＮ次フィルタ処理
部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値
を加算する四則演算部とを備えたことを特徴とするもの
であり、また、第２の発明の最適指令作成装置は、指令
を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように指令
を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最
適指令作成装置において、前記指令に対してＮ次のフィ
ルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令
の１階微分からN−１階微分までの値を算出するＮ次フ
ィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲイン
を乗じた値を加算する四則演算部と、該四則演算部から
出力されたそれぞれの変数を、再びＭ次のフィルタ処理
をするＭ次フィルタ処理部とを備えたことを特徴とする
ものである。In order to solve the above problems, the optimum command generating device of the first invention inputs a command,
Process the command so that the controlled object realizes the desired operation,
In the optimum command generating device for outputting the optimum command value to the servo control device, N-th order filter processing is applied to the command, and the first-order differential to the (N-1) -th derivative of the command subjected to the filter processing. And an Nth-order filter processing unit for calculating the values up to and a four arithmetic operation unit for adding a value obtained by multiplying the output of the Nth-order filter processing unit by a gain. The optimum command generating device of the invention of claim 1 inputs a command, processes the command so that the controlled object realizes a desired operation, and outputs the optimum command value to the servo control device. On the other hand, an Nth-order filter processing unit that performs Nth-order filter processing, and calculates values from the first-order differential to the N-1th-order differential of the command that has been subjected to the filter processing; Add output value multiplied by gain A law calculating unit, each variable which is output from the arithmetic unit, and is characterized in that the re-equipped with a M-th order filter processing unit for the M-th order filter processing.
【０００６】また、第３の発明の最適指令作成装置は、
指令を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように
指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力す
る、最適指令作成装置において、前記指令に対してN次
のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施され
た指令の１階微分からL階微分までの値を算出するＮ次
フィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力であ
る、前記１階微分からL階微分の値それぞれにゲインを
乗じた後、それら全てを足し合わせる四則演算部とを備
えたことを特徴とするものである。The optimum command generating device of the third invention is
Input the command, process the command so that the controlled object realizes the desired operation, and output the optimum command value to the servo controller. And an Nth-order filter processing unit that calculates values from the first-order differential to the L-order differential of the filtered instruction, and the output from the Nth-order filter processing unit, from the first-order differential to the Lth order It is characterized in that it has a four arithmetic operation unit for multiplying each of the differential values by a gain and then adding them all.
【０００７】また、第４の発明の最適指令作成装置は、
前記L階微分のLの値は、制御対象を近似するモデルの次
数であることを特徴とするものである。The optimum command generating device of the fourth invention is
The value of L of the L-th derivative is the order of a model approximating the controlled object.
【０００８】また、第５の発明の最適指令作成装置は、
前記N次のフィルタとしては、巡回型フィルタあるいは
非巡回型フィルタを用い、前記Ｎ次フィルタの次数N
は、指令をL階微分可能なものに変換するのに必要な次
数以上に設定することを特徴とするものである。The optimum command generating device of the fifth invention is
A cyclic filter or a non-cyclic filter is used as the Nth-order filter, and the order N of the Nth-order filter is used.
Is characterized in that it is set to a degree or more necessary for converting a command into an L-order differentiable one.
【０００９】また、第６の発明の最適指令作成装置は、
前記最適指令値は、位置指令、速度指令、加速度指令、
トルク指令のうちのいずれかひとつ、もしくは、その組
み合わせであることを特徴とするものである。The optimum command generating device of the sixth invention is
The optimum command value is a position command, a speed command, an acceleration command,
It is characterized in that any one of the torque commands or a combination thereof is used.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１において、１は指令をN次のフ
ィルタ処理するＮ次フィルタ処理部、２はＮ次フィルタ
処理部の出力である各変数に、ゲインを乗じて足し合わ
せる処理を行う四則演算部である。四則演算部２の出力
が最適指令値である。４はサーボ制御部、５は制御対
象、１０は最適指令作成装置である。今回説明する実施
例では、最適指令値として、位置指令Xref、速度指令Vr
ef、トルク指令値Trefを出力するものとする。また、本
実施例で制御対象は２慣性系とする。２慣性系の制御対
象のモータ位置Xmから負荷位置XLまでの伝達関数は式
（1）のようになる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is an Nth-order filter processing unit that performs Nth-order filter processing on a command, and 2 is a four arithmetic operation unit that performs processing of multiplying each variable that is an output of the Nth-order filter processing unit by a gain and adding them. The output of the four arithmetic operation unit 2 is the optimum command value. Reference numeral 4 is a servo control unit, 5 is a control target, and 10 is an optimum command creation device. In the embodiment described this time, the position command Xref and the speed command Vr are set as the optimum command values.
The ef and the torque command value Tref are output. Further, in the present embodiment, the controlled object is a two-inertia system. The transfer function from the controlled motor position Xm of the two-inertia system to the load position XL is as shown in equation (1).
【００１１】[0011]
【数１】 [Equation 1]
【００１２】各記号の意味は、J1：モータイナーシャ、 J2：負
荷イナーシャ、K2：ハ゛ネ定数、 D2：粘性係数、S ：ラフ゜ラス演
算子である。ここで、一般にD2の値は非常に小さく、無
視できることが多い。よって、第一の実施の形態ではD2
=0として説明し、第二の実施の形態でD2まで含めた方法
を示す。D2=0としたとき、式（１）は式（２）のように
書き直すことができる。The meanings of the symbols are J1: motor inertia, J2: load inertia, K2: Bene constant, D2: viscosity coefficient, S: Laparus operator. Here, the value of D2 is generally very small and can often be ignored. Therefore, in the first embodiment, D2
= 0, and the method including D2 in the second embodiment will be described. When D2 = 0, equation (1) can be rewritten as equation (2).
【００１３】[0013]
【数２】 [Equation 2]
【００１４】この時、負荷位置XLを実現するためにはモ
ータの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令
Trefはそれぞれ、式（３）、式（４）、式（５）のよう
になる。ここで、XL(a)は変数XLのa階微分を表すものと
する。At this time, in order to realize the load position XL, the position Xref of the motor, the speed Vref, the torque command given to the motor
Tref is expressed by equation (3), equation (4), and equation (5), respectively. Here, XL (a) represents the a-th derivative of the variable XL.
【００１５】[0015]
【数３】 [Equation 3]
【００１６】したがって、２慣性系の制御対象の場合、
負荷位置XLの４階微分までの値があれば、後はK2やJ2か
らなる係数を乗じて、足し合わせるだけで、最適なモー
タの動作を実現するモータの位置Xref、速度Vref、モー
タへ与えるトルク指令Trefを計算できることになる。以
下に具体的に、N次フィルタ処理部１の処理を説明す
る。ここで、N次フィルタは、与えられた指令を、最適
指令値を求める際に必要な回数微分が実現できるような
指令に変換するためのものであるため、次数Nは、その
条件を満たすように決定してやればよい。本実施の形態
では、制御対象５が２慣性系であるため、最適指令値を
求めるためには、与えられた指令を、４階微分可能な指
令に変換することが必要である。よって、指令が微分で
きない（例えばステップ指令）ものであった場合でも対
応できるためには、フィルタ次数Nは４次以上必要であ
るが、今回は、指令を滑らかにする理由で、Nを５次に
した時の例を説明する。５次のフィルタを伝達関数の形
で表現すると式（６）のように表現できる。ここで、XR
はフィルタ処理前の変数、XLはXRをフィルタ処理したあ
との変数を表し、XLが、制御対象の負荷位置となるよう
に最適指令値を作成する。Therefore, in the case of a two-inertia controlled object,
If there is a value up to the 4th derivative of the load position XL, then multiply the coefficient consisting of K2 and J2 and add them together to give the motor position Xref, speed Vref, and the motor that achieves optimum motor operation. The torque command Tref can be calculated. The processing of the Nth-order filter processing unit 1 will be specifically described below. Here, the Nth-order filter is for converting the given command into a command that can realize the number of differentiations required when obtaining the optimum command value, so the order N satisfies the condition. You can decide. In the present embodiment, since the controlled object 5 is a two-inertia system, in order to obtain the optimum command value, it is necessary to convert the given command into a command capable of differentiating the fourth order. Therefore, the filter order N needs to be 4th order or more in order to be able to deal with the case where the command cannot be differentiated (for example, step command), but this time, N is set to the 5th order for the reason of smoothing the command. An example when the setting is made will be described. If a fifth-order filter is expressed in the form of a transfer function, it can be expressed as in Expression (6). Where X R
Represents a variable before filtering, XL represents a variable after filtering X R , and XL creates an optimum command value so as to be a load position to be controlled.
【００１７】[0017]
【数４】 [Equation 4]
【００１８】式（６）中、K0〜K4までは任意の値に決定
してよいが、例えば、フィルタの周波数λを用いて、式
（７）の恒等式を解くことにより求めることができる。In the equation (6), K0 to K4 may be determined as arbitrary values, but can be obtained by solving the identity of the equation (7) using the frequency λ of the filter, for example.
【００１９】[0019]
【数５】 [Equation 5]
【００２０】式（６）を状態方程式の形で表現すると式
（８）のようになる。The expression (6) can be expressed as the expression (8) in the form of a state equation.
【００２１】[0021]
【数６】 [Equation 6]
【００２２】式（８）をサンプリング周期Ts毎の差分方
程式（k番目の変数からk+1番目の変数を求める式）に書
き直すと式（９）のようになる。ここでは、簡単のため
単純にオイラー一次近似を用いて差分方程式を導出した
が、計算精度を向上させる目的等で、他の離散化手法を
用いてもよい。その場合、行列の各要素の値は式（９）
のものとは異なる値になる。Rewriting the equation (8) as a difference equation (an equation for obtaining the k + 1th variable from the kth variable) for each sampling period Ts gives the equation (9). Here, for the sake of simplicity, the Euler first-order approximation is used to derive the difference equation, but other discretization methods may be used for the purpose of improving the calculation accuracy. In that case, the value of each element of the matrix is given by equation (9).
The value will be different from that of.
【００２３】[0023]
【数７】 [Equation 7]
【００２４】ここで、XL(1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、XL
(3)(k+1) 、XL (4)(k+1)は、XL (k+1)のそれぞれ１階
微分から４階微分までの値である。このように式（９）
を実行することで自動的に、XL (k+1)の１階微分から４
階微分までの値も求まる。したがって、５次フィルタ処
理内部では、入力された指令XR (k)を使用して、式
（９）の計算を逐次行うだけでよい。ただし、演算する
計算機の計算精度に問題があり、位置ずれ等が発生する
場合は、フィルタ処理後の変数XL(k)の１階微分値からN
階微分値までの計算方法として、微分の近似をN回繰り
返す処理を行っても良い。例えば、微分を、差分を用い
て近似した場合は式（10）のようになる。ここでは、式
（９）と区別するため、１階微分値からN階微分値まで
を、それぞれXL2(1)(k) 、XL2 (2)(k) 、・・・ 、XL2
(N)(k)という記号で表す。Here, XL (1) (k + 1), XL (2) (k + 1), XL
(3) (k + 1) and XL (4) (k + 1) are values from the first derivative to the fourth derivative of XL (k + 1), respectively. Thus equation (9)
By automatically executing from the first derivative of XL (k + 1) to 4
The value up to the derivative is also obtained. Therefore, within the fifth-order filter processing, it is only necessary to sequentially calculate the equation (9) using the input command X R (k). However, if there is a problem with the calculation accuracy of the computing computer and misalignment occurs, the first-order differential value of the variable XL (k) after filtering will be N
As a calculation method up to the differential value, a process of approximating the differential value N times may be performed. For example, when the differentiation is approximated by using the difference, it becomes as shown in Expression (10). Here, in order to distinguish it from the equation (9), from first derivative to N order differential value, respectively XL2 (1) (k), XL2 (2) (k), ···, XL2
It is represented by the symbol (N) (k).
【００２５】[0025]
【数８】 [Equation 8]
【００２６】このように計算すれば、計算誤差があった
場合も、位置ずれの問題は解消される。次に、四則演算
部２での処理を説明する。ここでは、求められたXL (k+
1)、XL (1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、XL (3)(k+1)、XL
(4)(k+1)を用いて、式（３）〜式（５）により、最適
指令値Xref、Vref、Trefを求めればよい。以上が第一の
実施の形態の説明である。With this calculation, even if there is a calculation error, the problem of misalignment can be solved. Next, the processing in the four arithmetic operations section 2 will be described. Here, the calculated XL (k +
1), XL (1) (k + 1), XL (2) (k + 1), XL (3) (k + 1), XL
(4) Using (k + 1), the optimum command values Xref, Vref, and Tref may be obtained from the equations (3) to (5). The above is the description of the first embodiment.
【００２７】次に、第二の実施の形態の方法を説明す
る。D2＝０でない場合、式（３）〜式（５）は式（１
１）〜式（１３）のようになる。Next, the method of the second embodiment will be described. When D2 = 0 is not satisfied, the formulas (3) to (5) are expressed by the formula (1).
1) to Expression (13).
【００２８】[0028]
【数９】 [Equation 9]
【００２９】式（１１）〜式（１３）からわかるよう
に、｛ ｝内は実施例１の式と同様に単純な四則演算で
計算される。したがって、５次フィルタの処理を施した
後に、四則演算を行えば計算できる。ここで、D2=0でな
い場合は、｛ ｝内で計算された結果に、請求項２に記
載するように再びM次のフィルタ処理を施す必要があ
る。本実施例では、式（１１）〜式（１３）からわかる
ように、１次のフィルタ処理を施すことになる。１次の
フィルタとしては、式（１４）に示すように、D2とK2か
らなる1次のフィルタの形となる。（P:フィルタ処理前
の値、Q:フィルタ処理後の値）As can be seen from the equations (11) to (13), the inside of the {} is calculated by simple arithmetic operations like the equation of the first embodiment. Therefore, it can be calculated by performing the four arithmetic operations after performing the processing of the fifth-order filter. Here, when D2 = 0 is not satisfied, the result calculated in {} needs to be subjected to M-th order filtering again as described in claim 2. In this embodiment, as can be seen from the equations (11) to (13), the primary filter processing is performed. The first-order filter has the form of a first-order filter composed of D2 and K2, as shown in equation (14). (P: value before filtering, Q: value after filtering)
【００３０】[0030]
【数１０】 [Equation 10]
【００３１】ここでも式（１４）をオイラー一次近似し
差分方程式の形で記述すると式（１５）のようになる。In this case as well, if the equation (14) is subjected to Euler first-order approximation and described in the form of a difference equation, the equation (15) is obtained.
【００３２】[0032]
【数１１】 [Equation 11]
【００３３】このようにD2=０でない場合も、実施例１
同様に、５次のフィルタ処理を施した後、式（１１）〜
式（１３）の計算を実行すれば、Xref、Vref、Trefを計
算することができる。以上が第二の実施の形態の説明で
ある。Even when D2 = 0 is not satisfied, the first embodiment
Similarly, after performing the fifth-order filter processing, equations (11) to
Xref, Vref, and Tref can be calculated by executing the calculation of Expression (13). The above is the description of the second embodiment.
【００３４】次に第三の実施の形態を図４に基づいて説
明する。図４は、第一の実施の形態を説明する図１と、
１箇所だけ違いがあり、Ｎ次フィルタ処理された変数
の、１階微分からＮ−１階微分を求めるのではなく、新
しく、Ｌという変数を定義し、１階微分からＬ階微分ま
で求め、それを、２の四則演算部へ入力する構成であ
る。ここで、変数Ｌの値は、制御対象を近似するモデル
の次数に相当するように設定する。例えば２慣性系の制
御対象に対して、最適指令を作成する場合は、前述した
とおり、指令の４階微分値までが求められればよい。こ
れは、２慣性系の制御対象の次数が４次であることと等
価である。すなわち、この場合、Lの値は４ということ
になる。Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the first embodiment and FIG.
There is only one difference, instead of obtaining the N-1th derivative from the 1st derivative of the N-order filtered variable, a new variable L is defined and the 1st derivative to the Lth derivative are obtained. The configuration is such that it is input to the four arithmetic operations section 2. Here, the value of the variable L is set so as to correspond to the order of the model that approximates the controlled object. For example, when an optimum command is created for a control target of a two-inertia system, as described above, it is sufficient to obtain up to the fourth-order differential value of the command. This is equivalent to the order of the controlled object of the two-inertia system being the fourth order. That is, in this case, the value of L is 4.
【００３５】また、第一と第二の実施例では、Ｎ−１＝
４であるため、フィルタの次数Nは５以上必要であるこ
とになるが、例えば、与えられる指令が、予め高次微分
可能な指令であった場合、必ずしもNは５以上必要な
い。例えば、予め与えられた指令が、２階微分可能な指
令であった場合は、フィルタ次数Nは２次以上であれば
良いことになる。したがって、この場合は、N＝２、L=
４で実現可能である。In the first and second embodiments, N-1 =
Since the filter order is 4, the order N of the filter needs to be 5 or more. However, for example, when the given command is a command capable of differentiating in a high order in advance, N is not necessarily 5 or more. For example, when the command given in advance is a command capable of differentiating the second order, the filter order N may be a second order or higher. Therefore, in this case, N = 2, L =
It can be realized by 4.
【００３６】次に、２の四則演算処理部の処理につい
て、図５を基に説明する。入力された、指令をＮ次フィ
ルタ処理した信号と、その１階微分からＬ階微分までの
値を、XL(0)(k+1) 、XL(1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、・・
・、XL (L)(k+1)とした時、式（１６）〜式（１８）の
ように最適指令値を求める。Next, the processing of the four arithmetic operation processing section 2 will be described with reference to FIG. The input signal, which is the Nth-order filtered signal, and the values from the first-order derivative to the L-order derivative are XL (0) (k + 1), XL (1) (k + 1), XL (2 ) (k + 1), ...
.., XL (L) (k + 1), the optimum command value is obtained as in equations (16) to (18).
【００３７】[0037]
【数１２】 [Equation 12]
【００３８】ここで、ゲインGx0〜GxL、Gv0〜GvL、Gt0
〜GtLは、それぞれ、制御対象に応じて、設定する値で
あり、完全に、制御対象が分かっている場合は、式
（３）、式（４）、式（５）のように、具体的な変数を
設定し、該当しない変数は０とすればよい。例えば、実
施の形態１の場合は、式（19）のようになる。Here, the gains Gx0 to GxL, Gv0 to GvL, Gt0
Each of GtL to GtL is a value to be set in accordance with the controlled object, and when the controlled object is completely known, as shown in Expression (3), Expression (4), and Expression (5), Variables are set, and variables not applicable are set to 0. For example, in the case of the first embodiment, the formula (19) is obtained.
【００３９】[0039]
【数１３】 [Equation 13]
【００４０】しかしながら、実際には、制御対象の構成
を、完璧に把握することは難しく、例えば、摩擦や、伝
達機構で発生するロス分などは、通常予め把握できな
い。そのような場合は、実際に機械を動作させること
で、ゲインGx0〜GxL、Gv0〜GvL、Gt0〜GtLに該当する値
を、同定すればよい。同定方法は、精度と計算量から決
定すればよく、どのような手法を用いても良い。例えば
GAによる手法などを用いてもよい。以上が、実施の形態
３の説明である。However, in reality, it is difficult to completely grasp the configuration of the controlled object, and for example, friction, loss generated in the transmission mechanism, etc. cannot usually be grasped in advance. In such a case, the values corresponding to the gains Gx0 to GxL, Gv0 to GvL, and Gt0 to GtL may be identified by actually operating the machine. The identification method may be determined from accuracy and the amount of calculation, and any method may be used. For example
A method based on GA may be used. The above is the description of the third embodiment.
【００４１】ここまでは、N次フィルタとして式（６）
のような巡回型フィルタを使用する例を説明したが、N
次フィルタとして、式（２０）のような非巡回型フィル
タを構成しても良い。（Wi：i番目の重み係数）Up to this point, equation (6) is used as an Nth-order filter.
I explained an example of using a recursive filter like
As the next filter, a non-recursive filter as shown in Expression (20) may be configured. (Wi: i-th weighting factor)
【００４２】[0042]
【数１４】 [Equation 14]
【００４３】この場合も、変数XL(k)の１階微分値からN
階微分値は自動的に求められないため、フィルタ処理後
に、上述した、式（１０）の微分処理を行えばよい。ま
た、N次のフィルタ処理を行う方法として、Nよりも低次
のフィルタ処理を数回繰り返して計算する方法を用いて
も良い。（５次の場合は、例えば、２次のフィルタ処理
を２回、一次のフィルタ処理を１回してもよい。）
最後に、第一から第三の実施の形態で計算された、モー
タの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令Tr
efを、最適指令値として、従来からあるフィードバック
制御部に出力することで、所望の動作を実現することが
できる。In this case as well, N is calculated from the first-order differential value of the variable XL (k).
Since the order differential value is not automatically obtained, it is sufficient to perform the above-described differential processing of the equation (10) after the filter processing. Further, as a method of performing the Nth-order filter processing, a method of repeating the filter processing of a lower order than N times several times may be used. (In the case of the fifth order, for example, the second order filter processing may be performed twice and the first order filter processing may be performed once.) Finally, the position of the motor calculated in the first to third embodiments. Xref, speed Vref, torque command Tr given to the motor
By outputting ef as an optimum command value to a conventional feedback control unit, a desired operation can be realized.
【００４４】以上の３つの実施例では、制御対象を２慣
性系にしたため、L=4、N=5あるいはＮ＝２、M＝１であ
ったが、当然、他のすべての制御対象に本装置は適用で
きる。そのときは変数L、N、Mが他の値になることもあ
る。例えば、制御対象が、機台の上に設置されており、
その機台がばね要素で地面と結合されているとみなされ
る機械であった場合の式（3）〜式（5）に相当する式
を、機台の上に設置される機械が剛体の場合と、２慣性
系の場合について、それぞれ、式（２１）〜式（２
３）、式（２４）〜式（２６）に示す。
J3：機台質量のイナーシャ換算値、K3：機台ばね定数
・機台の上の機械が剛体で近似される場合
（ここでは、J1：剛体イナーシャ）In the above three embodiments, since the controlled object is a two-inertia system, L = 4, N = 5 or N = 2, M = 1, but naturally all other controlled objects are The device is applicable. At that time, the variables L, N, and M may have other values. For example, the control target is installed on the machine base,
If the machine installed on the machine base is a rigid body, use the formulas (3) to (5) when the machine base is a machine that is considered to be connected to the ground by spring elements. And in the case of the two-inertia system, equations (21) to (2
3) and equations (24) to (26). J3: Machine equivalent inertia value, K3: Machine base spring constant ・ When the machine above the machine base is approximated by a rigid body (here, J1: rigid body inertia)
【００４５】[0045]
【数１５】 [Equation 15]
【００４６】・機台の上の機械が２慣性系で近似される
場合
（ここでは、J1：モータイナーシャ、 J2：負荷イナーシャ、K2：２
慣性系ばね定数）When the machine on the machine base is approximated by a two-inertia system (here, J1: motor inertia, J2: load inertia, K2: 2
Inertial spring constant)
【００４７】[0047]
【数１６】 [Equation 16]
【００４８】このように、制御対象がどのような構成で
あっても、本方式を用いることができる。また、この構
成であれば、制御対象が変わった場合も、同じ次数であ
れば、四則演算部で乗じるゲインの値を変えるだけで対
応できる。本実施例で最適指令値として計算したのは、
位置指令Xref、速度指令Vref、トルク指令値Trefであっ
たが、これらに限定されるものではなく、最適指令値
は、位置指令、速度指令、加速度指令、トルク指令のう
ちのいずれかひとつ、もしくは、その組み合わせであれ
ば、どのようなものでも良い。As described above, the present system can be used regardless of the structure of the controlled object. Further, with this configuration, even if the control target changes, if the same order is used, it can be handled by simply changing the gain value multiplied by the four arithmetic operation unit. What was calculated as the optimum command value in this embodiment is
Although the position command Xref, the speed command Vref, and the torque command value Tref are not limited to these, the optimum command value is any one of the position command, the speed command, the acceleration command, and the torque command, or , Any combination may be used.
【発明の効果】本発明によれば、与えられた指令を、複
雑な計算なしに、簡単に制御対象が振動しないような指
令に加工できるという効果がある。また、制御対象のモ
デルも持たず、そのモデルをフィードバック制御する補
償器も持たないので、演算量が少なく、結果として演算
時間が短くなり、制御サンプリング周期が短くなること
で、制御性能が上がるという効果も得られる。また、指
令に対しての遅れも、N次のフィルタによる遅れだけで
あるため、従来のものに比較して指令追従性能も向上す
るという効果もある。また、設定するパラメータがN次
フィルタの周波数λのみであるため、誰にでも簡単に本
装置を構築し、使用することが可能であるという効果も
ある。また、制御対象を正確に把握できない場合でも、
機械を実際に動作させて、各微分値に乗じるゲインの値
を同定することにより、対応できるという効果がある。
また、本発明によれば、制御対象が変わった場合も、同
じ次数であれば、四則演算部で乗じるゲインの値を変え
るだけで対応できるという効果がある。According to the present invention, there is an effect that a given command can be easily processed into a command such that the controlled object does not vibrate without complicated calculation. In addition, since there is no model to be controlled and no compensator that feedback-controls that model, the amount of calculation is small, and as a result, the calculation time is shortened, and the control sampling cycle is shortened, which improves control performance. The effect is also obtained. Further, since the delay with respect to the command is only the delay due to the Nth-order filter, there is also an effect that the command following performance is improved as compared with the conventional one. Further, since the parameter to be set is only the frequency λ of the Nth-order filter, there is an effect that anyone can easily construct and use this device. In addition, even if you cannot accurately grasp the controlled object,
By actually operating the machine and identifying the value of the gain by which each differential value is multiplied, there is an effect that it can be dealt with.
Further, according to the present invention, even when the controlled object is changed, if the order is the same, it is possible to deal with it by simply changing the value of the gain multiplied by the four arithmetic operation unit.
【図１】本発明の第一の構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a first configuration of the present invention.
【図２】本発明の第二の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a second configuration of the present invention.
【図３】従来の装置の構成を示すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional device.
【図４】本発明の第三の構成を示すブロック図FIG. 4 is a block diagram showing a third configuration of the present invention.
【図５】本発明の第三の構成の四則演算部の処理を示す
ブロック図FIG. 5 is a block diagram showing the processing of the four arithmetic operations section of the third configuration of the present invention.
１ Ｎ次フィルタ処理部 ２ 四則演算部 ３ Ｍ次フィルタ処理部 ３１ 模擬フィードバック制御装置 ３２ 模擬補償回路 ３３ 被制御対象模擬回路 ３４ 補償回路 ３５ 被制御対象 ４ サーボ制御部 ５ 制御対象 １０ 最適指令作成装置 1 Nth order filter processing unit 2 four arithmetic section 3 Mth order filter processing unit 31 Simulated feedback control device 32 simulated compensation circuit 33 Controlled object simulation circuit 34 Compensation circuit 35 controlled object 4 Servo control unit 5 controlled objects 10 Optimal command generator
Claims (6)
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からN−１階微
分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値を加算
する四則演算部とを備えたことを特徴とする最適指令作
成装置。1. An optimum command generation device for inputting a command, processing the command so that a controlled object realizes a desired operation, and outputting an optimum command value to a servo control device, wherein an N-th order And an Nth-order filter processing unit that calculates values from the first-order differential to the N-1th-order differential of the filtered instruction, and a gain to the output of the N-th order filter processing unit. An optimum command creation device, comprising: a four arithmetic unit for adding the multiplied values.
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からN−１階微
分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値を加算
する四則演算部と、 該四則演算部から出力されたそれぞれの変数を、再びＭ
次のフィルタ処理をするＭ次フィルタ処理部とを備えた
ことを特徴とする最適指令作成装置。2. An optimum command generating device for inputting a command, processing the command so that a controlled object realizes a desired operation, and outputting an optimum command value to a servo control device, wherein an N-th order And an Nth-order filter processing unit that calculates values from the first-order differential to the N-1th-order differential of the filtered instruction, and a gain to the output of the N-th order filter processing unit. The four arithmetic operation units for adding the multiplied values and the respective variables output from the four arithmetic operation units are again set to M
An optimum command generation device comprising an M-th order filter processing unit for performing the next filter processing.
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からL階微分ま
での値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力である、前記１階微分から
L階微分の値それぞれにゲインを乗じた後、それら全て
を足し合わせる四則演算部とを備えたことを特徴とする
最適指令作成装置。3. An optimum command creating device for inputting a command, processing the command so that a controlled object realizes a desired operation, and outputting an optimum command value to a servo control device, wherein an N-th order And an Nth-order filter processing unit that calculates the values from the first-order differential to the L-order differential of the filtered instruction, and the output of the N-th order filter processing unit. From the differential
An optimum command creating device comprising: a four arithmetic operation unit for adding each of the L-order differential values with a gain and then adding them all together.
るモデルの次数であることを特徴とする請求項３記載の
最適指令作成装置。4. The optimum command generating device according to claim 3, wherein the value of L of the L-order differential is the order of a model approximating the controlled object.
ルタまたは非巡回型フィルタを用い、前記Ｎ次フィルタ
の次数Nは、指令をL階微分可能なものに変換するのに必
要な次数以上に設定することを特徴とする請求項３ない
し請求項４記載の最適指令作成装置。5. A cyclic filter or a non-cyclic filter is used as the Nth-order filter, and the order N of the Nth-order filter is greater than or equal to the order required to convert the command into an L-order differentiable one. 5. The optimum command generating device according to claim 3, wherein the optimum command generating device is set to.
加速度指令、トルク指令のうちのいずれかひとつ、もし
くは、その組み合わせであることを特徴とする請求項１
から５記載の最適指令作成装置。6. The optimum command value is a position command, a speed command,
2. One of an acceleration command and a torque command, or a combination thereof.
5. The optimum command generation device described in 5).
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008062700A1 (en) | 2006-11-21 | 2008-05-29 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo control apparatus and control method thereof |
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| JP7468157B2 (en) | 2020-05-29 | 2024-04-16 | ブラザー工業株式会社 | Numerical control devices and machine tools |
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2002
- 2002-10-08 JP JP2002294902A patent/JP3834815B2/en not_active Expired - Fee Related
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