JP2003303022A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JP2003303022A JP2003303022A JP2002109699A JP2002109699A JP2003303022A JP 2003303022 A JP2003303022 A JP 2003303022A JP 2002109699 A JP2002109699 A JP 2002109699A JP 2002109699 A JP2002109699 A JP 2002109699A JP 2003303022 A JP2003303022 A JP 2003303022A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】メカの持つ弾性変形を考慮し、高精度な位置決
め装置を提供する。 【解決手段】位置制御部１と、速度制御部２と、電流制
御部３と、モ−タ位置を検出する検出部６と、トルク指
令とモ−タ速度を入力し、外乱を推定する外乱推定部７
と、を備える位置決め制御装置において、外乱推定部７
内で推定される推定外乱力を基に、目標位置に到達した
時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定し、
目標位置に弾性変形量を加えた位置を新たな目標位置と
して位置決め制御を行い、新たな目標位置に到達した
後、弾性変形量分戻す位置制御を行う。
め装置を提供する。 【解決手段】位置制御部１と、速度制御部２と、電流制
御部３と、モ−タ位置を検出する検出部６と、トルク指
令とモ−タ速度を入力し、外乱を推定する外乱推定部７
と、を備える位置決め制御装置において、外乱推定部７
内で推定される推定外乱力を基に、目標位置に到達した
時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定し、
目標位置に弾性変形量を加えた位置を新たな目標位置と
して位置決め制御を行い、新たな目標位置に到達した
後、弾性変形量分戻す位置制御を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットや工作機
械等の制御装置、特に、高精度位置決め動作を必要とす
る位置決め制御装置に関する。
械等の制御装置、特に、高精度位置決め動作を必要とす
る位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】位置決め制御を行う場合、目標位置に高
速かつ高精度に到達するため、制御系のフィードバック
ゲインを上げる方法、制御対象をモデル化して、そのモ
デルに追従するように制御を行う方法、などが一般的で
ある。フィードバックゲインを上げることにより、メカ
特性の影響を抑えることが可能になるばかりでなく、高
速・高精度応答を実現できる。また、制御対象のモデル
を積極的に用いて、予めメカ特性を補償して制御を行う
ことにより、フィードバックゲインをそれほど上げるこ
となく、高速・高精度応答を実現できる。また、特開平
１０−１６４８７９では、サーボモータの電流とねじれ
量の関係を予め求めておき、検出電流に基づき、ねじれ
量補償値を速度指令に加える装置が開示されている。
速かつ高精度に到達するため、制御系のフィードバック
ゲインを上げる方法、制御対象をモデル化して、そのモ
デルに追従するように制御を行う方法、などが一般的で
ある。フィードバックゲインを上げることにより、メカ
特性の影響を抑えることが可能になるばかりでなく、高
速・高精度応答を実現できる。また、制御対象のモデル
を積極的に用いて、予めメカ特性を補償して制御を行う
ことにより、フィードバックゲインをそれほど上げるこ
となく、高速・高精度応答を実現できる。また、特開平
１０−１６４８７９では、サーボモータの電流とねじれ
量の関係を予め求めておき、検出電流に基づき、ねじれ
量補償値を速度指令に加える装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところ前記従来の技術
では、位置決め停止した状態において、メカの持つ弾性
変形の影響を考慮していないため、停止した位置を保持
するための保持トルクが必要であるばかりでなく、弾性
変形した状態でメカを固定するため、メカを劣化する恐
れがある。また、停止した状態から動き出す際、動き出
す方向によって、弾性変形をさらに増大させる方向か、
弾性変形を解除する方向かによって、弾性変形が外乱と
して働く特性が異なるため、非常に小さい移動量の位置
決め動作に影響するという問題がある。また、サーボモ
ータの電流からねじれ量補償値を求め、このねじれ補正
量を速度指令に加える装置では、位置決めした場合に、
ねじれた状態を保持するためのトルクが必要であるとい
う問題がある。上記課題を解決するため、本発明の位置
決め制御装置は、メカの持つ弾性変形を考慮し、高精度
な位置決め装置を提供するものである。
では、位置決め停止した状態において、メカの持つ弾性
変形の影響を考慮していないため、停止した位置を保持
するための保持トルクが必要であるばかりでなく、弾性
変形した状態でメカを固定するため、メカを劣化する恐
れがある。また、停止した状態から動き出す際、動き出
す方向によって、弾性変形をさらに増大させる方向か、
弾性変形を解除する方向かによって、弾性変形が外乱と
して働く特性が異なるため、非常に小さい移動量の位置
決め動作に影響するという問題がある。また、サーボモ
ータの電流からねじれ量補償値を求め、このねじれ補正
量を速度指令に加える装置では、位置決めした場合に、
ねじれた状態を保持するためのトルクが必要であるとい
う問題がある。上記課題を解決するため、本発明の位置
決め制御装置は、メカの持つ弾性変形を考慮し、高精度
な位置決め装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
位置決め制御装置は、位置指令を入力として、モ−タ位
置が前記位置指令に一致するように速度指令を速度制御
部に出力する位置制御部と、前記速度指令を入力とし
て、モ−タ速度が前記速度指令に一致するようにトルク
指令を電流制御部に出力する速度制御部と、前記トルク
指令を入力として、電流制御を行い、モ−タを駆動する
電流制御部と、モ−タ位置を検出する検出部と、前記ト
ルク指令と前記モ−タ速度を入力として、外乱を推定す
る外乱推定部と、を備える位置決め制御装置において、
前記外乱推定部内で推定される推定外乱力を基に、目標
位置に到達した時点で位置決め機構内に残存する弾性変
形量を推定し、前記目標位置に前記弾性変形量を加えた
位置を新たな目標位置として位置決め制御を行い、前記
新たな目標位置に達した後、前記弾性変形量分戻す位置
制御を行うことを特徴とするものである。
位置決め制御装置は、位置指令を入力として、モ−タ位
置が前記位置指令に一致するように速度指令を速度制御
部に出力する位置制御部と、前記速度指令を入力とし
て、モ−タ速度が前記速度指令に一致するようにトルク
指令を電流制御部に出力する速度制御部と、前記トルク
指令を入力として、電流制御を行い、モ−タを駆動する
電流制御部と、モ−タ位置を検出する検出部と、前記ト
ルク指令と前記モ−タ速度を入力として、外乱を推定す
る外乱推定部と、を備える位置決め制御装置において、
前記外乱推定部内で推定される推定外乱力を基に、目標
位置に到達した時点で位置決め機構内に残存する弾性変
形量を推定し、前記目標位置に前記弾性変形量を加えた
位置を新たな目標位置として位置決め制御を行い、前記
新たな目標位置に達した後、前記弾性変形量分戻す位置
制御を行うことを特徴とするものである。
【０００５】また、本発明の請求項２記載の位置決め制
御装置は、前記弾性変形量を、位置決めが行われる際の
減速開始速度、または減速度の関数とすることを特徴と
するものである。
御装置は、前記弾性変形量を、位置決めが行われる際の
減速開始速度、または減速度の関数とすることを特徴と
するものである。
【０００６】また、本発明の請求項３記載の位置決め制
御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状
態での外乱力Csを、減速が開始する速度Vdstの関数と
し、 Cs = Vdst / α…（１） 但し，α（α≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とするものである。
御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状
態での外乱力Csを、減速が開始する速度Vdstの関数と
し、 Cs = Vdst / α…（１） 但し，α（α≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とするものである。
【０００７】また、本発明の請求項４記載の位置決め制
御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状
態での外乱力Csを、減速度Decの関数とし、 Cs = Dec / β…（３） 但し，β（β≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とするものである。
御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状
態での外乱力Csを、減速度Decの関数とし、 Cs = Dec / β…（３） 但し，β（β≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、実施例について具体的に説
明する。図１は、本発明の基本的な考え方を説明するブ
ロック図で、図中、位置制御部１では、位置指令Prefを
入力しモ−タ位置Pfbが位置指令Prefに一致するように
速度指令Vrefを速度制御部２に出力する。速度制御部２
では、速度指令Vrefを入力しモ−タ速度Vfbが速度指令V
refに一致するようにトルク指令Trefを電流制御部３に
出力する。電流制御部３では、電流を制御しモ−タ４を
駆動する。モ−タ４には機構部５が取り付けてある。こ
の機構部５は、モータ４の軸およびその他減速機等の接
続部を含むものである。検出器６はモ−タ位置を検出す
る。外乱推定部７は、トルク指令とモータ速度を入力
し、推定外乱Csを算出する。差分器８はモ−タ位置から
モ−タ速度を算出する。次に、外乱推定部７について詳
細を示す。外乱推定部７はモータ速度Vfbとトルク指令T
refを入力し、速度ゼロ時のトルク指令を基に、弾性変
形量を推定する。位置指令補正部９は、外乱推定部７で
推定された弾性変形量に基づいて補正位置指令ΔPrefを
加算器ａに出力し、加算器ａは位置指令Prefに補正位置
指令ΔPrefを加えた位置指令を位置制御部１に出力す
る。この位置指令に基づいて位置制御が行われ、位置決
め停止した時点で、位置補正部９は、弾性変形分の補正
位置指令を減らすために補正位置指令（−ΔPref）を出
力し、目標とする位置指令Prefに（−ΔPref）を加えた
位置指令に対して再び位置制御を行う。したがって、最
終的に位置決めされた位置では、弾性変形することが無
いため、弾性変形による保持トルクやメカに負担をかけ
ることなく、位置決め停止することが出来る。
明する。図１は、本発明の基本的な考え方を説明するブ
ロック図で、図中、位置制御部１では、位置指令Prefを
入力しモ−タ位置Pfbが位置指令Prefに一致するように
速度指令Vrefを速度制御部２に出力する。速度制御部２
では、速度指令Vrefを入力しモ−タ速度Vfbが速度指令V
refに一致するようにトルク指令Trefを電流制御部３に
出力する。電流制御部３では、電流を制御しモ−タ４を
駆動する。モ−タ４には機構部５が取り付けてある。こ
の機構部５は、モータ４の軸およびその他減速機等の接
続部を含むものである。検出器６はモ−タ位置を検出す
る。外乱推定部７は、トルク指令とモータ速度を入力
し、推定外乱Csを算出する。差分器８はモ−タ位置から
モ−タ速度を算出する。次に、外乱推定部７について詳
細を示す。外乱推定部７はモータ速度Vfbとトルク指令T
refを入力し、速度ゼロ時のトルク指令を基に、弾性変
形量を推定する。位置指令補正部９は、外乱推定部７で
推定された弾性変形量に基づいて補正位置指令ΔPrefを
加算器ａに出力し、加算器ａは位置指令Prefに補正位置
指令ΔPrefを加えた位置指令を位置制御部１に出力す
る。この位置指令に基づいて位置制御が行われ、位置決
め停止した時点で、位置補正部９は、弾性変形分の補正
位置指令を減らすために補正位置指令（−ΔPref）を出
力し、目標とする位置指令Prefに（−ΔPref）を加えた
位置指令に対して再び位置制御を行う。したがって、最
終的に位置決めされた位置では、弾性変形することが無
いため、弾性変形による保持トルクやメカに負担をかけ
ることなく、位置決め停止することが出来る。
【０００９】次に、推定外乱Csと弾性変形量について説
明する。図２は、リニアモータを用いた位置決め時にお
いて、減速開始速度Vdstが異なる場合の位置決め停止時
の保持力F（トルク）と速度Vfbをモニタしている。図
中、Vr1, Vr2, Vr3は速度指令であり、F1, F2, F3は駆
動力であり、Vfb1, Vfb2, Vfb3は速度であり、それぞれ
最高速度が2.5mm/s, 5mm/s, 10mm/sである。なお、加減
速度は一定(0.01G)にしている。位置決め停止時の保持
力は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/sの場合
が各々F1=5.08N，F2=4.97N，F3=4.80N であり、減速開
始速度が小さいほど位置決め停止時の保持力（トルク）
が大きいことがわかる。従って、保持力と減速開始速度
の関係は、 Cs = Vdst / α…（１） 但し、α（α≧0）は予め求められた定数である。で表
される。
明する。図２は、リニアモータを用いた位置決め時にお
いて、減速開始速度Vdstが異なる場合の位置決め停止時
の保持力F（トルク）と速度Vfbをモニタしている。図
中、Vr1, Vr2, Vr3は速度指令であり、F1, F2, F3は駆
動力であり、Vfb1, Vfb2, Vfb3は速度であり、それぞれ
最高速度が2.5mm/s, 5mm/s, 10mm/sである。なお、加減
速度は一定(0.01G)にしている。位置決め停止時の保持
力は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/sの場合
が各々F1=5.08N，F2=4.97N，F3=4.80N であり、減速開
始速度が小さいほど位置決め停止時の保持力（トルク）
が大きいことがわかる。従って、保持力と減速開始速度
の関係は、 Cs = Vdst / α…（１） 但し、α（α≧0）は予め求められた定数である。で表
される。
【００１０】さらに、位置決め停止した状態で、保持力
を強制的にゼロにした場合のリニアモータのテーブル変
位量を測定した結果を図３に示す。図からわかるように
ばね特性を示しながらテーブルが戻されており、テーブ
ル変位量は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/s
の場合が各々19.6μm,18.3μm,17.0μmであり、減速開
始速度が小さいほどテーブル変位量が大きいことがわか
る。このテーブル変位はばね特性を示していることか
ら、弾性変形量と考えられ、弾性変位量Xと保持力の関
係は、 X = Cs / K…（2） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数である。 と表すことが出来る。
を強制的にゼロにした場合のリニアモータのテーブル変
位量を測定した結果を図３に示す。図からわかるように
ばね特性を示しながらテーブルが戻されており、テーブ
ル変位量は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/s
の場合が各々19.6μm,18.3μm,17.0μmであり、減速開
始速度が小さいほどテーブル変位量が大きいことがわか
る。このテーブル変位はばね特性を示していることか
ら、弾性変形量と考えられ、弾性変位量Xと保持力の関
係は、 X = Cs / K…（2） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数である。 と表すことが出来る。
【００１１】本実験では、ばね定数はK=0.27N/μmであ
った。以上の実験結果を整理すると、減速開始速度が小
さいほど位置決め停止時の保持力が大きくなり、弾性変
形量も大きくなることがわかる。なお、ここでは、減速
開始速度の違いによる例を説明したが、減速度が変わっ
た場合も同様に、減速度が小さいほど位置決め停止時の
保持力が大きくなり、弾性変形量も大きくなることが実
験で確かめられており、この場合は、保持力と減速度の
関係は、 Cs = Dec / β…（3） 但し、β（β≧0）は予め求められた定数である。 で表される。減速開始速度と弾性変形量、減速度と弾性
変形量の関係は、本説明のように関数として表しても良
いし、減速開始する速度や減速度を変えて、実験的に求
めても良い。本発明は、この弾性変形が起こることを考
慮し、予め弾性変形量分だけ目標位置を行き過ぎる方向
にずらし、弾性変形を解除するように位置を戻すこと
で、最終的な位置決めを実施するものである。
った。以上の実験結果を整理すると、減速開始速度が小
さいほど位置決め停止時の保持力が大きくなり、弾性変
形量も大きくなることがわかる。なお、ここでは、減速
開始速度の違いによる例を説明したが、減速度が変わっ
た場合も同様に、減速度が小さいほど位置決め停止時の
保持力が大きくなり、弾性変形量も大きくなることが実
験で確かめられており、この場合は、保持力と減速度の
関係は、 Cs = Dec / β…（3） 但し、β（β≧0）は予め求められた定数である。 で表される。減速開始速度と弾性変形量、減速度と弾性
変形量の関係は、本説明のように関数として表しても良
いし、減速開始する速度や減速度を変えて、実験的に求
めても良い。本発明は、この弾性変形が起こることを考
慮し、予め弾性変形量分だけ目標位置を行き過ぎる方向
にずらし、弾性変形を解除するように位置を戻すこと
で、最終的な位置決めを実施するものである。
【００１２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、位置決め停止時におけるメカの弾性変形を避けるこ
とが出来るため、位置を保持するための余分なトルクが
必要でないばかりでなく、その位置からどちらの方向に
動作した場合も同じ応答が得られるため、非常に少ない
移動量において高精度な位置決め応答を得ることが出来
る位置決め制御装置が提供できる。
ば、位置決め停止時におけるメカの弾性変形を避けるこ
とが出来るため、位置を保持するための余分なトルクが
必要でないばかりでなく、その位置からどちらの方向に
動作した場合も同じ応答が得られるため、非常に少ない
移動量において高精度な位置決め応答を得ることが出来
る位置決め制御装置が提供できる。
【図１】本発明の基本的な考え方を説明するブロック図
【図２】位置決め停止時の応答例
【図３】保持力を強制的にゼロとした場合のテーブル変
位量の例
位量の例
１：位置制御部
２：速度制御部
３：電流制御部
４：モ−タ
５：機構部
６：検出器
７：外乱推定部
８：差分器
９：位置補正部
ａ：加算器
Claims (4)
- 【請求項１】位置指令を入力として、モ−タ位置が前記
位置指令に一致するように速度指令を速度制御部に出力
する位置制御部と、前記速度指令を入力として、モ−タ
速度が前記速度指令に一致するようにトルク指令を電流
制御部に出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力
として、電流制御を行い、モ−タを駆動する電流制御部
と、モ−タ位置を検出する検出部と、前記トルク指令と
前記モ−タ速度を入力として、外乱を推定する外乱推定
部と、を備える位置決め制御装置において、前記外乱推
定部内で推定される推定外乱力を基に、目標位置に到達
した時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定
し、前記目標位置に前記弾性変形量を加えた位置を新た
な目標位置として位置決め制御を行い、前記新たな目標
位置に達した後、前記弾性変形量分戻す位置制御を行う
ことを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項２】前記弾性変形量を、位置決めが行われる際
の減速開始速度、または減速度の関数とすることを特徴
とする請求項１記載の位置決め制御装置。 - 【請求項３】前記目標位置と一致して位置決め停止した
状態での外乱力Csを、減速が開始する速度Vdstの関数と
し、 Cs = Vdst / α…（１） 但し，α（α≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とする請求項２記載の位置決め制御装
置。 - 【請求項４】前記目標位置と一致して位置決め停止した
状態での外乱力Csを、減速度Decの関数とし、 Cs = Dec / β…（３） 但し，β（β≧0）は予め求められた定数 で表し、弾性変形量Xを、 X = Cs / K…（２） 但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数 とすることを特徴とする請求項２記載の位置決め制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109699A JP3982308B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109699A JP3982308B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003303022A true JP2003303022A (ja) | 2003-10-24 |
| JP3982308B2 JP3982308B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=29393091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002109699A Expired - Fee Related JP3982308B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3982308B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011230199A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Hitachi Via Mechanics Ltd | ドリル穴明け制御方法、プログラム及びドリル穴明機 |
| CN103853099A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-11 | 发那科株式会社 | 具有被驱动体的位置修正功能的伺服控制装置 |
-
2002
- 2002-04-11 JP JP2002109699A patent/JP3982308B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011230199A (ja) * | 2010-04-23 | 2011-11-17 | Hitachi Via Mechanics Ltd | ドリル穴明け制御方法、プログラム及びドリル穴明機 |
| CN103853099A (zh) * | 2012-11-30 | 2014-06-11 | 发那科株式会社 | 具有被驱动体的位置修正功能的伺服控制装置 |
| JP2014109785A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Fanuc Ltd | 被駆動体の位置補正機能を有するサーボ制御装置 |
| US10247301B2 (en) | 2012-11-30 | 2019-04-02 | Fanuc Corporation | Servo control system with position compensation function for driven member |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3982308B2 (ja) | 2007-09-26 |
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