JP2003259675A - サーボ制御装置 - Google Patents
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Abstract
の制御に切換えても、切換ショックの少ないサーボ制御
装置を得ること。 【解決手段】 速度偏差Veに基づいてモータ117を
駆動すると共に、速度ループを有する第1の制御手段
と、位置偏差θeに基づく第2の速度指令信号Vr2より
モータ117を駆動すると共に、位置偏差θeに基づく
位置ループを有する第2の制御手段と、モータ117の
減速中に、切換え信号に基づいて速度指令信号Vr1から
速度指令信号Vr2に切換える切換えスイッチ109とを
備え、指令部102には、原速度指令信号Vrの周波数
成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去す
ると共に、遮断周波数よりも低い周波数を通過して速度
指令信号Vr1を発生する速度フィルタ回路106を有す
るものである。
Description
プにより減速している時に、位置ループの制御に円滑に
切換えるサーボ制御装置に関するものである。
4810号公報によって説明する。該公報によれば、モ
ータを速度ループで制御する速度制御部と、モータを位
置ループで制御する位置制御部とを備え、モータを速度
制御部又は位置制御部により駆動するように構成されて
いる。かかるサーボ制御装置によれば、運転開始信号に
基づき速度制御部によりモータを速度ループにより駆動
して加速から一定速に達した後、減速信号に基づいてモ
ータを低速度に向かって減速し、所定の低速度に達した
ら低速度により一定の区間走行する。そして、モータの
回転位置が所定の位置まで移動すると、切換え信号に基
づいて速度制御部から位置制御部に切換え、モータを速
度ループから位置ループに切換えて制御している。この
ようなサーボ制御装置を自動倉庫の位置決めに適用する
ことにより荷崩れすることなく、高速高精度の位置決め
ができるものである。
制御装置を遠心分離機など用いる場合には、生産効率を
上げるためにタクトタイムの減少が望まれている。そこ
で、上記サーボ制御装置におけるモータの一定区間の低
速度走行を有することなく、減速中に速度ループから位
置ループに切換える図8のようなサーボ制御装置が考え
られる。図8において、サーボ制御装置は、モータ17
の位置指令信号θrを発生させる位置指令発生部3と、
該位置指令信号θrを入力して速度指令信号Vr1を発生
する速度指令回路4と、モータ17の回転位置を位置検
出信号θsによりエンコーダ19が検出して、位置検出
信号θsと位置指令信号θrとの位置偏差θeを求める減
算器5と、入力された位置偏差θeに基づいて速度指令
信号Vr2を発生すると共に、位置ゲインKpを有する位
置制御器7と、a端子,b端子がそれぞれ位置制御器
7、速度指令回路4の出力に接続されると共に、速度ル
ープと位置ループとの切換えを成す切換えスイッチ9
と、位置検出信号θsにより速度検出信号Vsを求める速
度検出回路20と、切換えスイッチ9のc端子に接続さ
れて速度指令信号Vr1(Vr2)と速度検出信号Vsとの差
となる速度偏差Ve(rad/s)を求める減算器12と、速度
ゲインKv(rad/s)を有すると共に、速度偏差Veに基づ
いて電流指令信号Irを発生する速度制御器13と、電
流指令信号Irに基づく電流をモータ17に流す電流制
御回路15とを備えている。
れば、運転開始前に切換えスイッチ9をa端子に投入し
ておいて、運転開始信号により位置指令発生部3から発
生した位置指令信号θrを速度指令回路4に入力し、速
度指令回路4が速度指令信号Vr1を発生して、減算器1
2が速度指令信号Vr1と速度検出信号Vsとの速度偏差
Veを求め、速度偏差Veによりモータ17を速度ループ
により制御する。やがて、モータ17が一定速制御から
減速制御に移行すると、切換えスイッチ9をa端子から
b端子に投入して、減算器5が位置指令信号θrと位置
検出信号θsとの位置偏差θeを求め、位置偏差θeによ
りモータ17を位置ループにより制御している。
17の減速中に切換えて速度ループから位置ループに移
行すると、切換える際にモータ17の出力トルクが不連
続になって機械的なショックを生じる。かかるショック
が生じる原因を考察する。まず、切換えスイッチ9をa
端子に投入して速度指令信号Vr1によってモータ17を
速度ループにより制御している場合、図8に示すサーボ
制御装置は、図9(a)に示すブロック線図となる。この
ブロック線図は、速度ゲインKvの単位を(rad/s)とし、
簡略化のためにモータ17の慣性モーメントと電流制御
回路15との伝達特性を合わせて「1」としている。こ
のブロック線図に基づいて位置指令信号θrから位置偏
差θeまでの伝達特性は、ラプラス演算子をsとすると
下式となる。 θe=θr−Kv・Ve/s2 ・・・・・(1) また、位置指令信号θrから速度偏差Veまでの伝達特
性は下式となる。 Ve=θr・s−Kv・Ve/s ・・・・・(2) 上記(1)式及び(2)式より位置偏差θeと位置指令信号θr
と関係を求めると下式となる。 θe=s・θr/(s+Kv) ・・・・・(3) この(3)式において、位置指令信号θr、ランプ入力1/
s2、速度Vとして一定速時における位置偏差Θeを、
最終値定理により求めると下記となる。
子に投入して位置ループに基づく速度指令信号Vr2に切
換えた場合、切換え直後の位置偏差θeをθe´とすれ
ば、図8に示すサーボ制御装置は図9(b)に示すブロッ
ク線図となる。このブロック線図に基づいて位置指令信
号θrから位置偏差θe´までの伝達特性は、下式とな
る。 θe´=θr−Kv・Ve/s2 ・・・・・(5) また、位置指令信号θrから速度偏差Veまでの伝達特性
は下式となる。 Ve=θe´・Kp−Kv・Ve/s ・・・・・(6) 上記(5)式及び(6)式より位置偏差θe´と位置指令信号
θrと関係を求めると下式となる。 θe´=θr・s(s+Kv)/(s2+s・Kv+Kv・Kp) ・・・・(7) この(7)式において、位置指令信号θr、ランプ入力1/
s2、速度Vとして一定速時における位置偏差Θe´を
最終値定理により求めると下記となる。
え時のショックをなくすには、上記(4)式の位置偏差Θe
と上記(8)式の位置偏差Θe´が等しければ生じない、す
なわち、速度ゲインKvと位置ゲインKpとが等しけれ
ば、生じない。
ナーループ)の速度ゲインKvは、最も高速に応答する
ために、位置ループ(メジャーループ)の位置ゲインKp
に対して十分に大きい。すなわち、Kv≫Kpであるの
で、Θe≫Θe´となり、速度ループから位置ループに切
換えると、位置偏差Θeから位置偏差Θe´に急激な変化
に起因してモータ17の出力トルクが急激に変動するの
で、機械的なショックが大きいという問題点があった。
されたもので、モータの減速中に速度ループから位置ル
ープの制御に切換えても、切換ショックの少ないサーボ
制御装置を提供することを目的とする。
1の発明に係るサーボ制御装置は、モータを駆動すると
共に、原速度指令信号に基づいて第1の速度指令信号を
発生する第1の速度指令発生手段と、前記モータの速度
検出信号と前記第1の速度指令信号との差となる速度偏
差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ルー
プを有する第1の制御手段と、前記モータの位置検出信
号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差に
基づく第2の速度指令信号より前記モータを駆動すると
共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第2の
制御手段と、前記モータの減速中に、切換え信号に基づ
いて前記第1の速度指令信号から前記第2の速度指令信
号に切換えるスイッチ手段とを備え、前記第1の速度指
令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のう
ち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共
に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して前記第
1の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有すること
を特徴とするものである。かかるサーボ制御装置によれ
ば、第1の速度指令発生手段は、原速度指令信号の周波
数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去
すると共に、低い周波数を通過した第1の速度指令信号
をモータに与えて、モータを速度ループによって制御す
る。モータを減速中にスイッチ手段に基づいて速度ルー
プから位置ループに切換えても、第1の速度指令信号と
第2の速度指令信号との差が減少するので、モータのト
ルク変動が減少して切換えショックを低減できるという
効果がある。
第1の速度指令発生手段は、入力された位置指令信号を
微分して原速度指令信号を出力する微分手段を備えてお
り、フィルタ手段は、前記原速度指令信号を入力すると
共に、前記原速度指令信号を一次遅れにした第1の速度
指令信号を発生する、ことを特徴とするものである。か
かるサーボ制御装置によれば、第1の速度指令発生手段
が、微分手段と一次遅れ特性を有するフィルタ手段とか
ら成るので、第1の速度指令発生手段を簡易にできると
いう効果がある。
偏差に基づく第2の速度指令信号を発生するのに第1の
ゲインKpを有する第2の速度指令発生手段と、速度偏
差値に基づいて第2のゲインKvによりモータに流す電
流指令信号を発生する速度制御手段とを備え、フィルタ
手段は、遮断周波数をfcとすると下式、 Kp=(Kv・2π・fc)/(Kv+2π・fc) を満たすことを特徴とするものである。かかるサーボ制
御装置によれば、モータの減速中に速度ループから位置
ループに切換えても、切換えの際における第1の速度指
令信号と第2の速度指令信号との差がより一層減少す
る。したがって、速度ループから位置ループの切換えの
際におけるモータのトルク変動を減少できるので、モー
タの切換えショックをより一層低減できるという効果が
ある。
タの速度検出信号と前記モータの第1の速度指令信号と
の差となる速度偏差値に基づいて速度ループにより前記
モータを駆動する第1の制御手段と、前記モータの位置
検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置
偏差を第1のゲインにより増幅して第2の速度指令信号
を発生し、前記第2の速度指令信号より前記モータを駆
動すると共に、位置ループを有する第2の制御手段と、
前記モータの減速中において、切換え信号により前記第
1から第2の速度指令手段に切換えるスイッチ手段と、
前記切換え信号により前記第1のゲイン値を所定の傾き
で減衰させるゲイン減衰手段と、を備えたことを特徴と
するものである。かかるサーボ制御装置によれば、モー
タの減速中にスイッチ手段により第1の速度指令信号か
ら第2の速度指令信号に切換えた場合、ゲイン減衰手段
が、第1のゲインを減衰させるので、第1の速度指令信
号と第2の速度指令信号との差が減少する。したがっ
て、モータの減速中に速度ループから位置ループに切換
えても、第1の速度指令信号と第2の速度指令信号との
差が減少するので、モータのトルク変動が減少して切換
えショックを低減できるという効果がある。
タを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第1の
速度指令信号を発生する第1の速度指令発生手段と、前
記モータの速度検出信号と前記第1の速度指令信号との
差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると
共に、速度ループを有する第1の制御手段と、前記モー
タの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差と
なる位置偏差を第1のゲインにより増幅して第2の速度
指令信号を発生し、前記第2の速度指令信号より前記モ
ータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ルー
プを有する第2の制御手段と、前記第1の速度指令信号
と前記第2の速度指令信号とを加え合わせると共に、前
記速度検出信号を減算した速度偏差を出力する演算手段
と、前記切換え信号に基づき前記第1のゲイン値を所定
の傾きで増加させるゲイン増加手段とを備え、前記第1
の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数
成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去す
ると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して
前記第1の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有し
ており、前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮
断周波数を所定の傾きで減衰させる周波数減衰手段を、
有することを特徴とするものである。かかるサーボ制御
装置によれば、モータの減速中において、切換え信号に
基づき減衰手段は、遮断周波数を所定の傾きで減衰させ
ることにより第1の速度指令信号を所定の傾きで減衰さ
せる。一方、切換え信号に基づきゲイン増加手段は、第
1のゲインを所定の傾きで増加させることにより第2の
速度指令信号を所定の傾きで増加させる。演算手段は、
第1の速度指令信号と第2の速度指令信号とを加算する
と共に、速度検出信号を減算して速度偏差を得る。した
がって、モータの減速中において、演算手段に基づいて
速度ループから位置ループに除々に切換えてモータを制
御するので、外乱が生じてもモータのトルク変動が減少
して切換えショックを低減できるという効果がある。
形態を図1乃至図3よって説明する。図1は、サーボ制
御装置の全体構成図、図2は図1に示すサーボ制御装置
の制御系を簡略化したブロック図、図3は、モータの動
作を示す時間対速度の曲線図である。図1おいて、サー
ボ制御装置は、モータ117の位置指令信号θr等を発
生する指令部102と、モータ117の回転位置などを
検出する検出部118と、指令部102からの指令信号
と検出部118の検出信号とに基づいて制御される制御
部とから成っており、指令部102は、位置指令信号θ
rを発生する位置指令発生手段としての位置指令発生部
103と、入力された位置指令信号θrを微分して原速
度指令信号Vrを出力する微分手段としての位置微分回
路104と、原速度指令信号Vrを入力すると共に、第
1の速度指令信号Vr1を発生するフィルタ手段としての
速度フィルタ回路106とを備え、位置微分回路104
及び速度フィルタ回路106により第1の速度指令発生
手段を成している。検出部118は、モータ117の回
転位置を位置検出信号θsとして検出する位置検出手段
としてのエンコーダ119と、エンコーダ119により
検出された位置検出信号θsを微分して速度検出信号Vs
とする速度検出手段としての速度検出回路120とから
成っている。
号θsとの差となる位置偏差θeを求める第1の減算手段
としての減算器105と、位置偏差θeを入力し、第2
の速度指令信号Vr2を発生すると共に、第1のゲインと
しての位置ゲインKpを有する第2の速度指令発生手段
としての位置制御器107と、a端子,b端子がそれぞ
れ速度フィルタ回路106、位置制御器107の出力に
接続されると共に、速度ループと位置ループとの切換え
を成すスイッチ手段としての切換えスイッチ109と、
切換えスイッチ109のc端子に接続されて速度指令信
号Vr1又は速度指令信号Vr2と速度検出信号Vsとの差
となる速度偏差Veを求める第2の減算手段としての減
算器112と、第2のゲインとしての速度ゲインKvを
有すると共に、電流指令信号Irを発生する速度制御手
段としての速度制御器113と、電流指令信号Irに基
づく電流をモータ117に流す電流制御回路115とを
備えている。
信号θrを減算器105に入力し、減算器105が位置
指令信号θrと位置検出信号θsとの差となる位置偏差θ
eを求め、位置偏差θeに基づく位置制御器107→切換
えスイッチ109→減算器112→速度制御器113→
電流制御回路115→モータ117→エンコーダ119
→減算器105からなる位置指令信号θrによる閉ルー
プをいい、位置ループによりモータ117を制御する第
1の制御手段を成している。同様に速度ループは、速度
指令信号Vr1を減算器112に入力し、減算器112が
速度指令信号Vr1と速度検出信号Vsとの差となる速度
偏差Veを求め、速度偏差Veに基づく速度制御器113
→電流制御回路115→モータ117→エンコーダ11
9→速度検出回路120→減算器112からなる速度指
令信号Vr1による閉ループをいい、速度ループによりモ
ータ117を制御する第2の制御手段を成している。
号Vrの周波数成分うち、遮断周波数fcよりも高い周波
数成分を除去し、遮断周波数fcよりも低い周波数を通
過させる一次遅れのローパス特性を有している。なお、
遮断角周波数ωfは、遮断周波数fcに2πを乗じた2π
fc(rad/s)となる。ここで、速度フィルタ回路106が
一次遅れの特性を有していると、速度ループから位置ル
ープへの切換えの際に、すなわち、切換えスイッチ10
9をa端子からb端子に切換えた際に、速度ループの位
置偏差θeと位置ループの位置偏差θe´とを同一にし得
ることを説明する。まず、切換えスイッチ109をa端
子に投入して速度ループによりモータ117を制御して
いる場合、位置指令信号θrから速度偏差Veまでの伝達
特性は、上記(2)式及び図9(a)を参考にし、速度フィル
タ回路106の伝達関数Gf(s)すると、下式となる。 Ve=θr・s・Gf(s)−Kv・Ve/s ・・・・・(9) 上記(1)式及び(9)式より位置指令信号θrと位置偏差θe
との比を求めると下式となる。 θe=θr・{s+Kv−Kv・Gf(s)}/(s+Kv) ・・・・(10) 切換えスイッチ109がa端子からb端子に切換えられ
て位置ループによりモータ117を制御している場合、
位置偏差θe´は、上記(7)式となり、一定速時の位置偏
差Θe´は上記(8)式になる。
定速時の位置偏差Θeが上記(8)式の位置偏差Θe´(V/
Kp)のようにその値が定数になるには、上記(10)式にお
ける分子のラプラス演算子sの次数を同一にし、分母に
定数を含む式すれば良い。分母に定数を含まずにラプラ
ス演算子sの次数のみであれば、最終値定理によってs
→0とすると、分母がゼロとなり、位置偏差Θeが無限
大となるからである。この要件を満たすには、伝達関数
Gf(s)が=1/(1+sTf)とするのが適当であり、G
f(s)=1/(1+sTf)を上記(10)式に代入して下式を
得る。 θe=θr・s{s・Tf+(1+Kv・Tf) }/{s2・Tf+s(1+Kv・Tf)+Kv} ・・・(11) 上記(11)式において、位置指令信号θr、ランプ入力1
/s2、速度Vとして一定速時における位置偏差Θe
は、最終値定理により下式となる。
置偏差Θe´とが等しい場合に、切換えショックが発生
しないので、上記(8)式と上記(12)式とを等しいとおい
て、位置ゲインKpと速度ゲインKvとの関係を求める
と、下式となる。 Kp=(Kv・ωf)/(Kv+ωf) ・・・・(13) ここに、ωf:時定数Tfの逆数である遮断角周波数(rad
/s) したがって、上記(13)式を満たすように位置ゲインK
p,速度ゲインKvを設定する。
Vr2の切換え点の設定について説明する。該切換え点
は、切換えショックを少なくするためには、モータ11
7の停止間際に切換えることになる。しかしながら、実
機械に摩擦などの外乱が生じると、上記(13)式を満たし
ていても、第1の速度指令信号Vr1から第2の速度指令
信号Vr2を切換えた場合に位置偏差θeが生じるので、
モータ117から発生するトルクが不連続となって所定
の時間振動が発生する。したがって、モータ117の停
止間際に切換えると、上記振動が停止するまで運転は終
了しないので、さほどタクトタイムが減少しないことに
なる。一方、サーボ制御装置は、速度ループの応答性が
位置ループに比べて十分に速い。したがって、サーボ制
御装置の制御系は、図2に示すように位置指令信号θr
(rad)、位置ゲインKp(rad/s)、積分器1/sを介して
モータ117の実位置となる位置検出信号θsが発生す
る一次遅れ系と仮定できる。かかる制御系より位置検出
信号θs(s)は、ラプラス演算子をsとすると下式とな
る。 θs(s)={1/(1+s・Tp)}・θr ・・・・(14) ここに、Tp:位置ゲインKpの逆数(sec) この(14)式より、ステップ入力の位置指令信号θrに基
づく位置検出信号θsの応答は、位置検出信号θsが定常
値の95%に達するようにすると、ほとんど振動を無視
できる。位置検出信号θsが定常値の95%に達する時
間を整定時間とし、整定時間は、位置ゲインKpの逆数
の3倍となる。このため、図3に示すように減速開始か
らの切換え信号が発生するまでの切換え時間tcは、減
速時間t βから3/Kpを差し引いた下式となる。 tc=tβ−3/Kp ・・・・(15) この(15)式を満たすように、切換え信号を発生して切換
えスイッチ109をa端子からb端子に切換える。
動作を図1及び図3によって説明する。いま、切換えス
イッチ109をa端子に投入しており、運転指令(図示
せず)が位置指令発生部103に入力されると、位置指
令発生部103から位置指令信号θrが発生し、位置微
分回路104を介して速度フィルタ回路106から第1
の速度指令信号Vr1が発生する。この第1の速度指令信
号Vr1を減算器112に入力してモータ117が回転す
る。一方、エンコーダ119から検出された位置検出信
号θsを速度検出回路120に入力すると、速度検出回
路120が速度検出信号Vsを減算器112に入力し、
減算器112が第1の速度指令信号Vr1と速度検出信号
Vsとの差となる速度偏差Veを求める。速度制御器11
3が速度偏差Veに基づいて電流指令信号Irを発生し、
電流制御回路115がモータ117に電流を流してモー
タ117を加速、一定速で回転する。すなわち、速度ル
ープによりモータ117を制御する。
中の時間txで、切換え信号(図示せず)が発生し、切換
えスイッチ109をa端子からb端子に投入すると、減
算器105が位置指令信号θrと位置検出信号θsとの差
となる位置偏差θeを求め、位置制御器107が位置偏
差θeにより第2の速度指令信号Vr2を発生する。ここ
で、切換えスイッチ109の切換え直後において、切換
えスイッチ109の切換え直前の位置偏差θeすなわ
ち、速度ループから位置ループに切換え直前の位置偏差
θeと、切換えスイッチ109の切換え直後の位置偏差
θe´すなわち、位置ループに切換えた直後の位置偏差
θe´との差が上記のように極めて小さくなるよう設定
されているので、位置偏差θe´に基づく第2の速度指
令信号Vr2と前の第1の速度指令信号Vr1との差が極め
て少なくなる。したがって、速度ループから位置ループ
に切換えても、速度指令信号信号Vr1と速度指令信号V
r2との差に基づくモータ117のトルク変動を減少でき
る。したがって、モータ117の切換えショックを減少
できる。
換えの際に生じるモータ117の切換えショックを減少
するために、速度フィルタ回路106を設けた。すなわ
ち、速度フィルタ回路106は、第1の速度指令信号V
r1による速度ループ側の伝達特性を適正にするために挿
入した。しかしながら、位置指令信号θrによる位置ル
ープ側の伝達特性を適正にする手段もある。そこで、他
の実施の形態では、位置指令信号θrによる位置ループ
側の伝達特性を適正する例を図4及び図5によって説明
する。図4は、実施の形態によるサーボ制御装置の全体
構成図、図5は、ゲイン減衰部の出力となる位置ゲイン
対時間を示す特性曲線図である。なお、図4中、図1と
同一符号は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。
ープから位置ループの切換えにより位置ゲインを減衰さ
せるゲイン減衰部135を設けており、ゲイン減衰部1
35は、初期値となる「Kv」が設定された初期ゲイン部
136a、定常値となる「Kp」が設定された定常ゲイン
部136bを有するゲイン設定部136と、ゲイン設定
部136のa端子、b端子に接続されると共に、切換え
スイッチ109と連動されたゲイン切換えスイッチ13
9と、ゲイン切換えスイッチ139のc端子に入力が接
続されると共に、図5に示すゲインKp´を出力する一
次遅れの特性、すなわち、伝達関数Gd(s)が遮断角周波
数ωgとすると、Gd(s)=ωg/(s+ωg)の遅れ回路1
40を備え、遅れ回路140の出力となるゲインKp´
により位置制御器107の位置ゲインの値が決定されよ
うに形成されている。
え信号が発生するまでの切換え時間tcは、上記(15)式
の位置ゲインの値が、図5に示すKp´のように減衰す
るので、実施の形態1と同様にして下式となる。 tc=tβ−3/Kp´≒tβ−3/Kpave・・・・(16) ここに、Kpave:(Kv+Kp)/2 そして、遅れ回路140の遮断角周波数ωgは、位置ゲ
インが95%に減衰する時間tfが位置ゲインKp´の逆
数の3倍より短くなるように設定することが好ましい。
これは、モータ117の減速中に位置ゲインを減衰させ
るためである。
タ117の減速中に切換え信号の発生により切換えスイ
ッチ109をa端子からb端子に投入して、速度ループ
から位置ループに切換え、同時に、切換え信号の発生に
よりゲイン切換えスイッチ139をa端子からb端子に
投入して、図5に示すように位置ゲインKp´を速度ゲ
インKvと同一の値から一次遅れで、定常の位置ゲイン
Kpに減衰させる。したがって、実施の形態1と同様に
切換えスイッチ109の切換え直後において、速度ルー
プから位置ループに切換え直前の位置偏差θeと、位置
ループに切換えた直後の位置偏差θe´との差が上記の
ように極めて小さくなる。よって、位置偏差θe´に基
づく第2の速度指令信号Vr2と前の第1の速度指令信号
Vr1との差が極めて少なくなる。このため、速度ループ
から位置ループへの切換えの際に生じるモータ117の
切換えショックを減少できる。
荷外乱を無視したが、実際には、外乱が存在し、該外乱
が大きい場合、位置偏差θeが上記(10)式よりも大きく
なるので、速度ループから位置ループへの切換えショッ
クが大きくなる。したがって、モータ117の出力トル
クが不連続になり振動が発生する。かかる課題を解決す
る実施の形態を図6によって説明する。図6は、サーボ
制御装置の全体構成図を示し、図6中、図4と同一符号
は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。
ープから位置ループの切換えにより位置ゲインKpを増
加させるゲイン増加手段としてのゲイン増加部200
と、速度フィルタ回路106の遮断角周波数ωgを減衰
させる周波数減衰手段としての周波数減衰部300と、
速度フィルタ回路106からの速度指令信号Vr1と、位
置制御器107からの速度指令信号Vr2とを加算すると
共に、速度検出回路120からの速度検出信号Vsを減
算して速度偏差Veを発生する演算手段としての加減算
器212を有している。
107の位置ゲインの初期値「ゼロ」が設定された初期ゲ
イン部201aと、位置ゲインの定常値「Kp」が設定さ
れた定常ゲイン部201bとを有するゲイン設定部20
1と、ゲイン設定部201のa端子、b端子に接続され
たゲイン切換えスイッチ139と、ゲイン切換えスイッ
チ139のc端子に接続されると共に、図7に示すよう
に位置ゲインKp´を位置制御回路107に出力する遅
れ回路240を備え、位置制御器107の位置ゲインの
値がKp´となるように形成されている。
106の遮断角周波数の初期値「ωf」が設定された初期
周波数部301aと、遮断角周波数の定常値「ゼロ」が設
定された定常周波数部301bとを有する周波数設定部
301と、周波数設定部301のa端子、b端子に接続
されると共に、ゲイン切換えスイッチ139と連動する
周波数切換えスイッチ239と、周波数切換えスイッチ
239のc端子に接続されて出力に図7に示すように減
衰して遮断角周波数ωf´を出力する遅れ回路340を
備え、遅れ回路140の出力となる遮断角周波数ωf´
により速度フィルタ回路106の遮断角周波数の値が決
定される。なお、遮断角周波数ωf´を減衰させること
は、遮断周波数を減衰させることになる。
gは、実施の形態2と同様にそれぞれ位置ゲインが95
%に増加する時間、遮断角周波数ωfが95%に減衰す
る時間を整定時間3/Kp´よりも短く設定することが
好ましい。これは、モータ117の減速中に位置ゲイン
を減衰させるためである。
れば、モータ117の減速中に切換え信号の発生により
ゲイン切換えスイッチ139、周波数切換えスイッチ2
39をa端子からb端子に投入すると、図7に示すよう
に切換え信号の発生した時には、位置制御器107の位
置ゲインが「ゼロ」であるから、位置ループが開放し、速
度フィルタ回路106の速度指令信号Vr1により速度ル
ープによりモータ117を制御する。その後、時間の経
過にしたがって図7に示すように速度フィルタ回路10
6の遮断周波数がωf´のように低下(減衰)して速度指
令信号Vr1を加減算器212に入力する。一方、位置制
御回路107の位置ゲインがKp´のように増加して位
置制御器107から速度指令信号Vr2を加減算器212
に入力する。同時に、速度検出回路120から速度検出
信号θsを加減算器212に入力する。加減算器212
は、速度指令信号Vr1と速度指令信号Vr2とを加算する
と共に、速度検出信号θsを減算した速度偏差θeによっ
てモータ117を速度ループ及び位置ループにより一時
的に制御する。
なると、速度制フィルタ回路106が開放し、同時に、
位置ゲインKp´がKpになると、位置制御回路107が
位置ゲインKpに基づく速度指令信号Vr2を発生する。
加減算器212は、速度指令信号Vr1がゼロであるか
ら、速度指令信号Vr2と速度検出信号Vsとの差となる
速度偏差Veを求めて位置ループによりモータ117を
制御する。以上のように、モータ117の減速中に切換
え信号によりモータ117を速度ループの制御から、速
度ループ及び位置ループの制御を経て位置ループの制御
に円滑に切換えることができる。したがって、速度ルー
プから位置ループの切換えにおいて、モータ117の負
荷外乱が生じても、該負荷外乱に影響を受けにくくなる
ので、モータ117の切換えショックを一層減少でき
る。
の全体構成図である。
したブロック図である。
曲線図である。
構成図である。
イン対時間を示す特性曲線図である。
構成図である。
間対出力特性曲線図である。
に切換えるサーボ制御装置の全体構成図である。
をa端子に投入したブロック図9(a)、切換えスイッチ
をb端子に投入したブロック図9(b)である。
107 位置制御器(第2の速度指令発生手段)、109
切換えスイッチ、113 速度制御器、117 モー
タ、119 エンコーダ(位置検出手段)、120 速度
検出回路(速度検出手段)、135 ゲイン減衰部(ゲイ
ン減衰手段)、150 速度フィルタ回路(フィルタ手
段)、200、位置ゲイン増加部(ゲイン増加手段)、3
00 遮断角周波数減衰部(周波数減衰手段)。
Claims (5)
- 【請求項1】 モータを駆動すると共に、原速度指令信
号に基づいて第1の速度指令信号を発生する第1の速度
指令発生手段と、 前記モータの速度検出信号と前記第1の速度指令信号と
の差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動する
と共に、速度ループを有する第1の制御手段と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
との差となる位置偏差に基づく第2の速度指令信号より
前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位
置ループを有する第2の制御手段と、 前記モータの減速中に、切換え信号に基づいて前記第1
の速度指令信号から前記第2の速度指令信号に切換える
スイッチ手段とを備え、 前記第1の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号
の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分
を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を
通過して前記第1の速度指令信号を発生するフィルタ手
段を、 有することを特徴とするサーボ制御装置。 - 【請求項2】 前記第1の速度指令発生手段は、入力さ
れた前記位置指令信号を微分して原速度指令信号を出力
する微分手段を備えており、 前記フィルタ手段は、前記原速度指令信号を入力すると
共に、前記原速度指令信号を一次遅れにした前記第1の
速度指令信号を発生する、 ことを特徴とする請求項1に記載のサーボ制御装置。 - 【請求項3】 前記位置偏差に基づく前記第2の速度指
令信号を発生するのに第1のゲインKpを有する第2の
速度指令発生手段と、 前記速度偏差値に基づいて第2のゲインKvにより前記
モータに流す電流指令信号を発生する速度制御手段とを
備え、 前記フィルタ手段は、前記遮断周波数をfcとすると下
式 Kp=(Kv・2π・fc )/(Kv+2π・fc) を満たすことを特徴とする請求項2に記載のサーボ制御
装置。 - 【請求項4】 モータの速度検出信号と前記モータの第
1の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて速
度ループにより前記モータを駆動する第1の制御手段
と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
との差となる位置偏差を第1のゲインにより増幅して第
2の速度指令信号を発生し、前記第2の速度指令信号よ
り前記モータを駆動すると共に、位置ループを有する第
2の制御手段と、 前記モータの減速中において、切換え信号により前記第
1から第2の速度指令手段に切換えるスイッチ手段と、 前記切換え信号により前記第1のゲイン値を所定の傾き
で減衰させるゲイン減衰手段と、 を備えたことを特徴とするサーボ制御装置. - 【請求項5】 モータを駆動すると共に、原速度指令信
号に基づいて第1の速度指令信号を発生する第1の速度
指令発生手段と、 前記モータの速度検出信号と前記第1の速度指令信号と
の差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動する
と共に、速度ループを有する第1の制御手段と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
との差となる位置偏差を第1のゲインにより増幅して第
2の速度指令信号を発生し、前記第2の速度指令信号よ
り前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく
位置ループを有する第2の制御手段と、 前記第1の速度指令信号と前記第2の速度指令信号とを
加え合わせると共に、前記速度検出信号を減算した速度
偏差を出力する演算手段と、 前記切換え信号に基づき前記第1のゲイン値を所定の傾
きで増加させるゲイン増加手段とを備え、 前記第1の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号
の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分
を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を
通過して前記第1の速度指令信号を発生するフィルタ手
段を有しており、 前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮断周波数
を所定の傾きで減衰させる周波数減衰手段を、ことを特
徴とするサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002056889A JP4080220B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | サーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002056889A JP4080220B2 (ja) | 2002-03-04 | 2002-03-04 | サーボ制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003259675A true JP2003259675A (ja) | 2003-09-12 |
JP4080220B2 JP4080220B2 (ja) | 2008-04-23 |
Family
ID=28667292
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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JP (1) | JP4080220B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7660211B2 (en) | 2006-06-13 | 2010-02-09 | Sony Corporation | Servo control apparatus, servo control method, optical disc apparatus and video camera recorder |
JP2012249473A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Iai:Kk | 制御装置、アクチュエータシステム、及び制御方法 |
-
2002
- 2002-03-04 JP JP2002056889A patent/JP4080220B2/ja not_active Expired - Fee Related
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