JP2004094649A - Positioning control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning control device capable of driving a controlled target on an efficient time-track without being restricted by the time-track of a master command when the dynamic characteristic model of the controlled target is valid in the operation sequence of a machine and driving the controlled target on the basis of the master command when the dynamic characteristic model of the controlled target is not valid. <P>SOLUTION: The positioning control device is provided with a position command acquisition part 1 for acquiring a position command from a master device in each command period and an interpolating track creation part 3 for interpolating between the position command and the current value of status quantity of a motor or equipment in which the motor is integrated. A signal switching part 4 switches control following the position command received from the master device and control following an interpolating track created in the device by selecting either one of two follow-up modes, a sequential command follow-up mode and an interpolating track follow-up mode, to drive the motor M. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータあるいはモータが組み込まれた設備の位置決め制御を行う位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機の送り軸やロボットアーム等を駆動するモータに対しては、上位装置から出された位置指令に追従してモータが駆動されるように位置決め制御が行われる。
図４は従来例を示すものであり、位置決め制御装置１１は、上位装置１０の位置指令である時間軌道を一定周期で取得し、制御対象であるモータＭが前記時間軌道どおりに動作するように逐次追従制御を行う。さらに、剛性の低い制御対象に対しては、追従制御部（図示せず）に制振制御を用いることにより、上位指令に対して高精度の追従を実現するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に上位装置１０は生産性を考慮して工程重視の位置指令を生成しており、モータを含むサーボ系の動特性までを考慮した位置指令とはなっていない。そのため、制御対象が上位装置からの位置指令の時間軌道どおりに動いたとしても、位置指令自体がサーボ系の動特性を考慮していないため、制御対象の運動は必ずしも効率的でないことが多い。さらに、サーボ系の動特性を考慮しない時間軌道に対して制振制御を行うと、トルク指令などが制振実現不可能なものとなったり、モータが激しく振動したりすることがあった。
また、制振制御には制御対象のモデルを利用するものが多く、動作シーケンスの状態で負荷が変わったり、移動距離が短く摩擦が支配的になったりしてモデルが不適当になると、制振制御が却って振動を誘起してしまうということがあった。
そこで、本発明は、機械の動作シーケンス中で制御対象の動特性モデルが妥当であるときは上位指令の時間軌道に拘束されず、振動系を制御するにあたって効率的な時間軌道で制御対象を駆動することができ、また制御対象の動特性モデルが妥当でなくなるときは上位指令どおりに駆動することができる位置決め制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の発明に係る位置決め制御装置は、上位装置から位置指令を受け取り、モータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令と一致するように前記モータを駆動するモータ駆動装置において、前記上位装置から前記位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令が変化したとき、前記位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、前記選択された追従モードに従って、逐次指令追従モードのときは前記逐次指令追従制御部からの出力を、補間軌道追従モードのときは前記補間軌道追従制御部からの出力を、それぞれ出力する信号切替え部と、前記信号切替え部の出力と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する追従制御部と、前記追従制御部の出力に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部とを備えたものである。
この第１の発明においては、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択することによって、上位装置から受け取った位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替え、モータを駆動する。これにより、逐次指令追従モードでは位置指令に追従する制御を簡易的に行い、補間軌道追従モードでは、上位装置の時間軌道に拘束されずに効率的な時間軌道に基づいて制御対象を駆動する。
【０００５】
第２の発明は、上位装置から位置指令を受け取り、モータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令と一致するように前記モータを駆動するモータ駆動装置において、前記上位装置から前記位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、前記位置指令と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する逐次指令追従制御部と、前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令が変化したとき、前記位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、前記補間軌道と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する補間軌道追従制御部と、前記選択された追従モードに従って、逐次指令追従モードのときは前記逐次指令追従制御部からの出力を、補間軌道追従モードのときは前記補間軌道追従制御部からの出力を、それぞれ出力する信号切替え部と、前記信号切替え部の出力に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部とを備えたものである。
この第２の発明は、第１の発明における追従制御部を逐次指令追従制御部と補間軌道追従制御部の二つに分け、信号切替え部の前段に設置したものである。第２の発明においても、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択することによって、上位装置から受け取った位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替え、モータを駆動する。これにより、逐次指令追従モードでは位置指令に追従する制御を簡易的に行い、補間軌道追従モードでは、上位装置の時間軌道に拘束されずに効率的な時間軌道に基づいて制御対象を駆動する。
【０００６】
第３の発明の位置決め制御装置は、第１および第２の発明における補間軌道作成部を、前記位置指令と前記状態量の現在値との間の移動距離を判断する上位指令判断部と、移動距離の異なる補間軌道を複数個記憶したルックアップテーブルとを備えたものとし、前記移動距離によって前記ルックアップテーブルの参照先を変え、参照先の軌道を出力するようにしたものである。
第３の発明においては、効率的に動作させたい移動距離がいくつかに限られているとき、あらかじめ補間軌道を計算してルックアップテーブルに格納しておくことで、補間動作実行時の負荷が低減される。また、実験により試行錯誤的に軌道を決定しておくことも可能である。
【０００７】
【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。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。
本位置決め制御装置は、上位装置から位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部１と、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部２と、補間軌道追従モードで、かつ位置指令が変化したとき、位置指令とモータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部３と、逐次指令追従モードのときは位置指令取得部１から出力された位置指令に、補間軌道追従モードのときは補間軌道作成部３で作成された補間軌道に切り換える信号切替え部４と、信号切替え部４で選択された追従モードに従って位置指令あるいは補間軌道を出力する追従制御部５と、追従制御部５の出力に従ってモータＭを駆動する電力を出力するモータ駆動部６とから構成される。
【０００８】
次に、この第１の実施の形態における位置決め制御装置の動作について説明する。
上位装置（図示せず）から出力される位置指令は、位置指令取得部１で周期的に取得される。追従モード選択部２では、上位装置からモード信号を取得し、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの二値のモードを設定する。
ここでモード信号は、動作シーケンスの状態などに基づき上位装置によって設定される。例えば、高速繰り返し運転時には補間軌道追従モードが、原点復帰やマニュアル寸動動作時には逐次指令追従モードが設定される、などである。また別の例では、工作機械などにおいて、早送り時には補間軌道追従モードが、加工時には逐次追従モードが選択される、などである。さらに、動作シーケンス中に負荷が変わるなどして動特性モデルが妥当でなくなるときには、動作を悪化させるおそれのある補間軌道追従モードではなく、動作を大きく悪化させることのない保守的な逐次軌道追従モードを設定することによって、従来程度の動作は可能である。
逐次指令追従モードのときは、信号切替え部４を通じて、位置指令取得部１で周期的に取得された位置指令が逐次、追従制御部５に渡される。
補間軌道追従モードのときは、位置指令が変化したとき、補間軌道作成部３で、位置指令と現在の位置との距離に基づいて補間軌道が作成される。
補間軌道が作成されると、補間軌道作成部３からは、補間軌道の払い出し終了まで位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部３において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。補間軌道は、信号切替え部４を通じて、追従制御部５に渡される。
追従制御部５では、位置指令に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、モータ駆動部６にトルク指令を与える。モータ駆動部６では、モータＭのトルクがトルク指令と一致するようにモータ電流を制御しモータ電力を出力する。
【０００９】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。
この第２の実施の形態に係る位置決め制御装置は、第１の実施の形態における追従制御部５を逐次指令追従制御部５ａと補間軌道追従制御部５ｂの二つに分け、信号切替え部４の前段に設置したものである。その他の構成は第１の実施例と同様である。
次に、この第２の実施の形態の動作について説明する。
上位装置（図示せず）から出力される位置指令は、位置指令取得部１で周期的に取得される。追従モード選択部２では、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの二値のモードを、オフライン設定あるいは上位装置から取得した信号によりオンライン設定する。
逐次指令追従モードのときは、逐次指令追従制御部５ａで、位置指令に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、トルク指令を出力する。モータ制御指令は、信号切替え部４を通じて、モータ駆動部６に与えられる。
補間軌道追従モードのときは、位置指令が変化したとき、補間軌道作成部３で、位置指令と現在の位置との距離に基づいて補間軌道が作成される。
補間軌道が作成されると、補間軌道作成部３からは、補間軌道の払い出し終了まで位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部３において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。
次に、補間軌道追従制御部５ｂで、補間軌道に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、トルク指令を出力する。
モータ制御指令は、信号切替え部４を通じてモータ駆動部６に与えられる。
モータ駆動部６では、モータのトルクがトルク指令と一致するようにモータ電流を制御しモータ電力を出力する。
【００１０】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。
本位置決め制御装置は、第１の実施の形態または第２の実施の形態における補間軌道作成部３を、上位指令判断部７と補間軌道ルックアップテーブル８により構成したものである。補間軌道ルックアップテーブル８には、位置指令とモータＭの現在の位置との距離、すなわち移動距離に応じた補間軌道１〜Ｎが複数、あらかじめ設定されている。
図３において、上位指令判断部７で上位装置からの位置指令とモータＭの現在の位置との距離に基づいて、移動距離が補間軌道ルックアップテーブル８にあらかじめ決められたいずれの移動距離であるかを判断し、補間軌道ルックアップテーブル８より補間軌道を選択する。
補間軌道が選択されると、補間軌道の払い出し終了まで位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。
【００１１】
なお、前記の第１から第３の実施形態において補間軌道作成部３で作成する補間軌道としては、先に本出願人が特開２００２−９１５７０号公報で開示したサーボ制御方法における、モータ位置と機械系の位置の境界条件および制御対象の運動方程式から求められた多項式を用いることができる。
このサーボ制御方法は、制御対象の機械系がサーボモータとばね要素を介して結合される２慣性系以上の柔軟構造物の場合に、モータが指令通りに追従しても負荷側が振動するという問題を解消するものである。
これについて簡単に説明する。ここで、制御する機械系は２慣性系で近似できるものとする。図５は制御系の構成を示すブロック図であり、２１は位置ループ比例ゲインＫｐ、２２は速度ループ、２３はモータの位置、速度、トルク指令を計算する指令生成部分である。２４は所望の動作条件であり、メモリに格納されている。２５は機械系のパラメータであり、メモリに格納されている。速度ループ２２の内部は比例積分制御行うものとする。また、動作条件２４としては、移動距離ｄｉｓｔと移動時間ｔｅが入力され格納されている。機械系のパラメータ２５としては、モータイナーシャＪ１、負荷イナーシャＪ２、ばね定数Ｋｃ、減衰係数ＤＬが入力されて格納されているものとする。メモリに格納されている動作条件２４と機械系パラメータ２５を使用して指令生成部２３でモータ位置指令θｒｅｆ、モータ速度指令Ｖｆｆおよび、モータトルク指令値Ｔｆｆを算出し、制御入力とする。
【００１２】
以下に、指令生成部２３での処理内容を順に説明する。
Ｓｔｅｐ１：機械系の位置Ｘｌ（ｔ）とモータ位置Ｘｍ（ｔ）をそれぞれ式（１）のような１５次の多項式としておく。１５次にする理由は、以下で述べる境界条件が１６個存在するためである。
Ｘｌ（ｔ）＝ａ１５・ｔ１５＋ａ１４・ｔ１４＋ａ１３・ｔ１３＋・・・・ａ１・ｔ１＋ａ０
Ｘｍ（ｔ）＝ｂ１５・ｔ１５＋ｂ１４・ｔ１４＋ｂ１３・ｔ１３＋・・・・ｂ１・ｔ１＋ｂ０　　・・・式（１）
（ａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５は係数）
Ｓｔｅｐ２：動作条件と機械系のパラメータを取得。
・動作条件：移動距離ｄｉｓｔ、移動時間ｔｅ
・機械系のパラメータ：Ｊ１、Ｊ２、Ｋｃ、ＤＬ
Ｓｔｅｐ３：式（２）に示す境界条件と、式（３）に示す機械系の運動方程式を解くことにより係数ａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５を求める。境界条件としては、モータと負荷それぞれにおいて、動作開始時（ｔ＝０）　：位置＝速度＝加速度＝加加速度＝０、動作終了時（ｔ＝ｔｅ）：位置＝ｄｉｓｔ、速度＝加速度＝加加速度＝０となり、式（２）に示すような１６個の条件となる。
Ｘｌ（０）（０）＝０，　　　　Ｘｌ（１）（０）＝０，　　Ｘｌ（２）（０）＝０，　　Ｘｌ（３）（０）＝０，
Ｘｌ（０）（ｔｅ）＝ｄｉｓｔ，　Ｘｌ（１）（ｔｅ）＝０，　　Ｘｌ（２）（ｔｅ）＝０，　　Ｘｌ（３）（ｔｅ）＝０，
Ｘｍ（０）（０）＝０，　　　Ｘｍ（１）（０）＝０，　　Ｘｍ（２）（０）＝０，　　Ｘｍ（３）（０）＝０，
Ｘｍ（０）（ｔｅ）＝ｄｉｓｔ，　Ｘｍ（１）（ｔｅ）＝０，　Ｘｍ（２）（ｔｅ）＝０，　　Ｘｍ（３）（ｔｅ）＝０　・・・式（２）
ただし、式中のＡ（ｎ）　の添字（ｎ）はＡのｎ階微分を表すものとする。（Ａ＝ＸｌまたはＸｍ）
また、２慣性系の機械系の、運動方程式は式（３）のようになる。
Ｊ２・Ｘｌ（２）（ｔ）＋ＤＬ・（Ｘｌ（１）（ｔ）−Ｘｍ（１）（ｔ））
＋Ｋｃ・（Ｘｌ（０）（ｔ）−Ｘｍ（０）（ｔ））＝０　　　・・・・・式（３）
以上、式（２）、（３）より係数ａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５を求める。
Ｓｔｅｐ４：　Ｓｔｅｐ３で求めた係数から、モータ位置指令値Ｘｍ（０）（ｔ）が求まり、それを微分することで、モータ速度指令値Ｘｍ（１）（ｔ）が求まる。最後にトルク指令値Ｔｒｅｆ（ｔ）は　式（４）のように求まる。
Ｔｒｅｆ（ｔ）＝Ｊ１・Ｘｍ（２）（ｔ）＋Ｊ２・Ｘｌ（２）（ｔ）　　　　　・・・式（４）
この方法では、機械系の運動特性を考慮して、指令を生成しているため、負荷側を振動なく完全に指令に追従させることが可能である。また、制御系を含む伝達関数ではなく、機械系の運動方程式からのみ指令を生成するので、制御ゲインの変更に際しても全く影響を受けず、指令を変更する必要がない。
以上の運動方程式により導かれる運動方程式を本発明の軌道補間に用いることで、制御対象の動特性モデルが正確に把握できている範囲で制御対象を効率的に駆動することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
（１）第１の発明によれば、モード選択信号によって、上位装置から受け取った位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替えることによって、機械の動作シーケンス中で制御対象の動特性モデルが妥当であるときは補間軌道追従モードにより制御を行って、上位装置からの位置指令の時間軌道に拘束されず、振動系を制御するにあたって効率的な時間軌道で制御対象を駆動することができ、また制御対象の動特性モデルが妥当でなくなるときは逐次指令追従モードにより制御を行って、上位装置からの位置指令に追従する制御を簡易的かつ保守的に行うことができる。
（２）第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、補間軌道追従制御部と逐次指令追従制御部が独立であることから、それぞれ異なった制御則に基づいて制御を行うことができる。
（３）第３の発明によれば、補間軌道作成部に、移動距離を判断する上位指令判断部と、移動距離の異なる補間軌道を複数個記憶したルックアップテーブルとを備え、移動距離によってルックアップテーブルの参照先を変え、参照先の軌道を出力することによって、移動距離がいくつかに限られているとき、あらかじめ補間軌道を計算して実行時の負荷を低減したり、実験により試行錯誤的に設定した指令を用いたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】従来の位置決め制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来提案した軌道補間方法の例を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１　位置指令取得部
２　追従モード選択部
３　補間軌道作成部
４　信号切替え部
５　追従制御部
５ａ　逐次指令追従制御部
５ｂ　補間軌道追従制御部
６　モータ制御部
７　上位指令判断部
８　補間軌道ルックアップテーブル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning control device that performs positioning control of a motor or equipment in which a motor is incorporated.
[0002]
[Prior art]
Positioning control is performed on a motor for driving a feed shaft, a robot arm, or the like of a machine tool so that the motor is driven following a position command issued from a higher-level device.
FIG. 4 shows a conventional example, in which the positioning control device 11 acquires a time trajectory, which is a position command of the host device 10, at a constant cycle, and controls the motor M to be controlled to operate according to the time trajectory. Performs successive tracking control. Further, with respect to a control target having low rigidity, a high-precision follow-up to a higher-order command is realized by using vibration suppression control in a follow-up control unit (not shown).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the host device 10 generally generates a process-oriented position command in consideration of productivity, and is not a position command in consideration of dynamic characteristics of a servo system including a motor. Therefore, even if the control target moves along the time trajectory of the position command from the host device, the movement of the control target is not always efficient because the position command itself does not consider the dynamic characteristics of the servo system. Further, when the vibration suppression control is performed on the time trajectory without considering the dynamic characteristics of the servo system, the torque command or the like may become impossible to achieve the vibration suppression, or the motor may vibrate violently.
In many cases, the model to be controlled is used for vibration suppression control.If the load changes during the operation sequence, or if the model becomes inappropriate due to a short moving distance and the friction becomes dominant, the vibration suppression will be stopped. In some cases, control induced vibration.
Therefore, when the dynamic characteristic model of the control target is valid in the operation sequence of the machine, the present invention is not restricted by the time trajectory of the upper command, and drives the control target in an efficient time trajectory when controlling the vibration system. It is another object of the present invention to provide a positioning control device that can perform a driving according to a higher-order command when a dynamic characteristic model of a controlled object becomes invalid.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A positioning control device according to a first aspect of the present invention for solving the above problems receives a position command from a host device, and controls the position amount of a motor or a state amount of equipment incorporating a motor so that the position amount matches the position instruction. In a motor driving device that drives a motor, a position command acquisition unit that acquires the position command from the host device at each command cycle, and a mode selection signal from the host device, and sequentially follows the command based on the mode selection signal A tracking mode selection unit that selects one of two tracking modes of a mode and an interpolation trajectory tracking mode, and the tracking mode selected by the tracking mode selection unit is an interpolation trajectory tracking mode, and when the position command changes, An interpolation trajectory is created for each command cycle for interpolating between a position command and the current value of the state quantity, and the position command is maintained until the interpolation end time. An interpolation trajectory creating unit that continuously outputs the interpolation trajectory without being affected by the change, and according to the selected tracking mode, outputs the output from the sequential command following control unit in the sequential command following mode in the interpolation trajectory following mode. When the output from the interpolation trajectory tracking control unit, a signal switching unit that respectively outputs, a tracking control unit that performs tracking control to match the output of the signal switching unit and the state quantity and outputs torque, A motor driving unit that outputs electric power for driving the motor according to the output of the tracking control unit.
According to the first aspect, by selecting one of two tracking modes, a sequential command tracking mode and an interpolation trajectory tracking mode, control for following a position command received from a higher-level device, and an interpolation trajectory created inside the device. Is switched, and the motor is driven. Thus, in the sequential command following mode, control for following the position command is simply performed, and in the interpolation trajectory following mode, the control target is driven based on an efficient time trajectory without being restricted by the time trajectory of the host device.
[0005]
A second invention is a motor drive device which receives a position command from a host device and drives the motor such that a state quantity of a motor or a state quantity of equipment incorporating the motor matches the position command. A position command acquisition unit that acquires the position command for each command cycle, and a mode selection signal that is acquired from the higher-level device, and based on the mode selection signal, a sequential command following mode and an interpolation trajectory following mode. A tracking mode selection unit that selects one of the following, a sequential command tracking control unit that performs tracking control so as to match the position command and the state quantity and outputs torque, and a tracking mode selected by the tracking mode selection unit. In the interpolation trajectory tracking mode, and when the position command changes, the command cycle for interpolating between the position command and the current value of the state quantity is performed for each command cycle. An interpolation trajectory creating unit that creates an intermediate trajectory and continuously outputs the interpolation trajectory without being affected by the change in the position command until the interpolation end time, and a follow-up control so that the interpolation trajectory matches the state quantity. An output from the sequential command following control unit in the sequential command following mode, and the interpolation trajectory following in the interpolation trajectory following mode, according to the selected following mode. A signal switching unit for outputting an output from the control unit; and a motor driving unit for outputting electric power for driving the motor in accordance with the output of the signal switching unit.
In the second invention, the tracking control unit in the first invention is divided into two, a sequential command tracking control unit and an interpolated trajectory tracking control unit, and is installed in a stage preceding the signal switching unit. In the second invention as well, by selecting one of the two following modes, the sequential command following mode and the interpolated trajectory following mode, control for following the position command received from the higher-level device and interpolated trajectory created inside the device are performed. The control to follow is switched, and the motor is driven. Thus, in the sequential command following mode, control for following the position command is simply performed, and in the interpolation trajectory following mode, the control target is driven based on an efficient time trajectory without being restricted by the time trajectory of the host device.
[0006]
A positioning control device according to a third aspect of the present invention is a positioning control device according to the first and second aspects, wherein the interpolation trajectory creating unit determines a moving distance between the position command and the current value of the state quantity, A lookup table storing a plurality of interpolation trajectories having different distances, wherein a reference destination of the lookup table is changed according to the moving distance, and a trajectory of the reference destination is output.
In the third invention, when the moving distance to be operated efficiently is limited to several, the interpolation trajectory is calculated in advance and stored in the lookup table, so that the load at the time of performing the interpolation operation is reduced. Reduced. It is also possible to determine the trajectory by trial and error by experiment.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<First embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The positioning control device includes a position command acquisition unit 1 that acquires a position command from a host device for each command cycle, a tracking mode selection unit 2 that selects one of two tracking modes, a sequential command tracking mode and an interpolation trajectory tracking mode. In the interpolation trajectory tracking mode, and when the position command changes, an interpolation trajectory is created for each command cycle for interpolating between the position command and the current value of the state quantity of the motor or the state quantity of the equipment in which the motor is incorporated. The interpolation trajectory creating unit 3 continuously outputs the interpolation trajectory without being affected by the change of the position command until the end time of the interpolation, and the position command output from the position command acquisition unit 1 in the sequential command following mode. In the interpolation trajectory tracking mode, a signal switching unit 4 that switches to the interpolation trajectory created by the interpolation trajectory creation unit 3 and a position command is given according to the tracking mode selected by the signal switching unit 4. Consists of follow-up and control section 5, the motor drive unit 6 for outputting power to drive the motor M in accordance with the output of the tracking control unit 5 for outputting the interpolated trajectory.
[0008]
Next, the operation of the positioning control device according to the first embodiment will be described.
A position command output from a higher-level device (not shown) is periodically acquired by the position command acquisition unit 1. The tracking mode selection unit 2 acquires a mode signal from a host device and sets a binary mode of a sequential command tracking mode and an interpolation trajectory tracking mode.
Here, the mode signal is set by the host device based on the state of the operation sequence and the like. For example, an interpolated trajectory following mode is set during high-speed repetitive operation, and a sequential command following mode is set during home return or manual jogging operation. In another example, in a machine tool or the like, an interpolated trajectory following mode is selected during rapid traverse, and a sequential following mode is selected during machining. Furthermore, when the dynamic characteristic model becomes invalid due to a change in load during the operation sequence, the conservative sequential trajectory tracking mode that does not greatly deteriorate the operation is used instead of the interpolation trajectory tracking mode that may deteriorate the operation. Is set, the operation of the conventional level is possible.
In the sequential command tracking mode, the position commands periodically acquired by the position command acquiring unit 1 are sequentially passed to the following control unit 5 through the signal switching unit 4.
In the interpolation trajectory tracking mode, when the position command changes, the interpolation trajectory creation unit 3 creates an interpolation trajectory based on the distance between the position command and the current position.
When the interpolation trajectory is created, the interpolation trajectory is continuously output from the interpolation trajectory creating unit 3 without being affected by the change in the position command until the completion of the payout of the interpolation trajectory. After the payout is completed, the interpolation trajectory is created again by the change in the position command. Further, when the position command is given as an incremental value, the interpolation trajectory creating unit 3 may enlarge the moving distance by applying a coefficient to the moving distance. The interpolation trajectory is passed to the following control unit 5 through the signal switching unit 4.
The follow-up control unit 5 performs follow-up control on the position command using feedback control, vibration suppression control, or the like, and gives a torque command to the motor drive unit 6. The motor drive unit 6 controls the motor current so that the torque of the motor M matches the torque command, and outputs motor power.
[0009]
<Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The positioning control device according to the second embodiment divides the tracking control unit 5 in the first embodiment into two, a sequential command tracking control unit 5a and an interpolation trajectory tracking control unit 5b. It was installed in the previous stage. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
Next, the operation of the second embodiment will be described.
A position command output from a higher-level device (not shown) is periodically acquired by the position command acquisition unit 1. The tracking mode selection unit 2 sets the binary mode of the sequential command tracking mode and the interpolation trajectory tracking mode to offline setting or online setting by a signal acquired from a higher-level device.
In the successive command follow mode, the successive command follow controller 5a performs follow control on the position command using feedback control, vibration suppression control, or the like, and outputs a torque command. The motor control command is given to the motor driving unit 6 through the signal switching unit 4.
In the interpolation trajectory tracking mode, when the position command changes, the interpolation trajectory creation unit 3 creates an interpolation trajectory based on the distance between the position command and the current position.
When the interpolation trajectory is created, the interpolation trajectory is continuously output from the interpolation trajectory creating unit 3 without being affected by the change in the position command until the completion of the payout of the interpolation trajectory. After the payout is completed, the interpolation trajectory is created again by the change in the position command. Further, when the position command is given as an incremental value, the interpolation trajectory creating unit 3 may enlarge the moving distance by applying a coefficient to the moving distance.
Next, the interpolation trajectory tracking control unit 5b performs tracking control on the interpolation trajectory using feedback control, vibration suppression control, or the like, and outputs a torque command.
The motor control command is given to the motor drive unit 6 through the signal switching unit 4.
The motor drive unit 6 controls the motor current so that the torque of the motor matches the torque command, and outputs motor power.
[0010]
<Third embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this positioning control device, the interpolation trajectory creating unit 3 in the first embodiment or the second embodiment is configured by a higher-order command determination unit 7 and an interpolation trajectory lookup table 8. In the interpolation trajectory lookup table 8, a plurality of interpolation trajectories 1 to N corresponding to the distance between the position command and the current position of the motor M, that is, the moving distance, are set in advance.
In FIG. 3, based on the distance between the position command from the host device and the current position of the motor M in the host command determining unit 7, the moving distance is any of the moving distances predetermined in the interpolation trajectory lookup table 8. Then, the interpolation trajectory is selected from the interpolation trajectory lookup table 8.
When the interpolation trajectory is selected, the interpolation trajectory is continuously output without being affected by the change in the position command until the completion of the payout of the interpolation trajectory. After the payout is completed, the interpolation trajectory is created again by the change in the position command. When the position command is given as an incremental value, the interpolation trajectory creating unit may enlarge the moving distance by multiplying the moving distance by a coefficient.
[0011]
In the first to third embodiments, the interpolation trajectory created by the interpolation trajectory creating unit 3 includes the motor position and the motor position in the servo control method disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-91570. A polynomial obtained from the boundary condition of the position of the mechanical system and the equation of motion of the controlled object can be used.
This servo control method has a problem that, when a mechanical system to be controlled is a flexible structure having two or more inertial systems coupled to a servo motor via a spring element, the load side vibrates even if the motor follows a command. Is to be eliminated.
This will be described briefly. Here, it is assumed that the mechanical system to be controlled can be approximated by a two inertial system. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system. Reference numeral 21 denotes a position loop proportional gain Kp, reference numeral 22 denotes a speed loop, and reference numeral 23 denotes a command generation unit for calculating a motor position, speed, and torque command. Reference numeral 24 denotes a desired operating condition, which is stored in a memory. Reference numeral 25 denotes a mechanical parameter stored in the memory. The inside of the speed loop 22 is assumed to perform proportional integral control. As the operating condition 24, a moving distance dist and a moving time te are input and stored. It is assumed that motor inertia J1, load inertia J2, spring constant Kc, and damping coefficient DL are input and stored as mechanical system parameters 25. The command generation unit 23 calculates a motor position command θ ref , a motor speed command V ff, and a motor torque command value T ff by using the operating conditions 24 and the mechanical parameters 25 stored in the memory, and uses them as control inputs. .
[0012]
Hereinafter, the processing contents of the command generation unit 23 will be described in order.
Step 1: The position Xl (t) of the mechanical system and the position Xm (t) of the motor are respectively set as a 15th-order polynomial such as Expression (1). The reason for the 15th order is that there are 16 boundary conditions described below.
Xl (t) = a15 · t 15 + a14 · t 14 + a13 · t 13 + ···· a1 · t 1 + a0
Xm (t) = b15 · t 15 + b14 · t 14 + b13 · t 13 + ···· b1 · t 1 + b0 ··· formula (1)
(A0-a15, b0-b15 are coefficients)
Step 2: Acquire operating conditions and mechanical system parameters.
-Operating conditions: moving distance dist, moving time te
・ Mechanical parameters: J1, J2, Kc, DL
Step 3: The coefficients a0 to a15 and b0 to b15 are obtained by solving the boundary condition shown in Expression (2) and the equation of motion of the mechanical system shown in Expression (3). As boundary conditions, at the start of operation (t = 0): position = speed = acceleration = jerk = 0, at the end of operation (t = te): position = dist, speed = acceleration = jerk for each of the motor and load. = 0, resulting in 16 conditions as shown in equation (2).
Xl (0) (0) = 0, Xl (1) (0) = 0, Xl (2) (0) = 0, Xl (3) (0) = 0,
Xl (0) (te) = dist, Xl (1) (te) = 0, Xl (2) (te) = 0, Xl (3) (te) = 0,
Xm (0) (0) = 0, Xm (1) (0) = 0, Xm (2) (0) = 0, Xm (3) (0) = 0,
Xm (0) (te) = dist, Xm (1) (te) = 0, Xm (2) (te) = 0, Xm (3) (te) = 0 Expression (2)
However, subscript A (n) in the formula (n) denote the n th derivative of A. (A = Xl or Xm)
In addition, the equation of motion of the two-inertia mechanical system is as shown in Expression (3).
J2 · Xl (2) (t) + DL · (Xl (1) (t) -Xm (1) (t))
+ Kc · (Xl (0) (t) −Xm (0) (t)) = 0 Equation (3)
As described above, the coefficients a0 to a15 and b0 to b15 are obtained from the equations (2) and (3).
Step 4: The motor position command value Xm (0) (t) is obtained from the coefficient obtained in Step 3, and the motor speed command value Xm (1) (t) is obtained by differentiating the motor position command value Xm (0) (t). Finally, the torque command value Tref (t) is obtained as in equation (4).
Tref (t) = J1 · Xm (2) (t) + J2 · Xl (2) (t) Equation (4)
In this method, since the command is generated in consideration of the motion characteristics of the mechanical system, the load side can completely follow the command without vibration. Further, since the command is generated only from the mechanical system's equation of motion, not from the transfer function including the control system, the control gain is not affected at all and there is no need to change the command.
By using the equation of motion derived from the above equation of motion for the trajectory interpolation of the present invention, the controlled object can be efficiently driven within a range where the dynamic characteristic model of the controlled object can be accurately grasped.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the first aspect, the mode selection signal switches between control for following a position command received from a higher-level device and control for following an interpolation trajectory created inside the device. When the dynamic characteristic model of the controlled object is valid, control is performed in the interpolation trajectory tracking mode, and the control is performed with an efficient time trajectory for controlling the vibration system without being restricted by the time trajectory of the position command from the host device. The target can be driven, and when the dynamic characteristic model of the controlled object becomes invalid, control should be performed in the sequential command following mode, and control to follow the position command from the host device should be performed simply and conservatively. Can be.
(2) According to the second invention, in addition to the effect of the first invention, since the interpolation trajectory tracking control unit and the sequential command tracking control unit are independent, control is performed based on different control rules. Can be.
(3) According to the third aspect, the interpolation trajectory creation unit is provided with the higher-order command determination unit that determines the movement distance and the lookup table that stores a plurality of interpolation trajectories having different movement distances. By changing the reference destination of the up table and outputting the trajectory of the reference destination, when the movement distance is limited to some, the interpolation trajectory is calculated in advance to reduce the load at the time of execution, or by trial and error by experiment For example, a command that has been set can be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional positioning control device.
FIG. 5 is a control block diagram showing an example of a conventionally proposed trajectory interpolation method.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 Position command acquisition unit 2 Tracking mode selection unit 3 Interpolation trajectory creation unit 4 Signal switching unit 5 Tracking control unit 5a Sequential command tracking control unit 5b Interpolation trajectory tracking control unit 6 Motor control unit 7 Upper command determination unit 8 Interpolation trajectory lookup table

Claims (3)

上位装置から位置指令を受け取り、モータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令と一致するように前記モータを駆動するモータ駆動装置において、
前記上位装置から前記位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、
前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、
前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令が変化したとき、前記位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、
前記選択された追従モードに従って、逐次指令追従モードのときは前記位置指令を、補間指令追従モードのときは前記補間軌道を、それぞれ出力する信号切替え部と、
前記信号切替え部の出力と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する追従制御部と、
前記追従制御部の出力に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部と
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。In a motor drive device that receives a position command from a higher-level device and drives the motor such that the state quantity of the motor or the state quantity of equipment incorporating the motor matches the position command,
A position command acquisition unit that acquires the position command from the host device for each command cycle,
A tracking mode selection unit that obtains a mode selection signal from the host device and selects one of two tracking modes based on the mode selection signal: a sequential command tracking mode and an interpolation trajectory tracking mode;
The tracking mode selected by the tracking mode selection unit is an interpolation trajectory tracking mode, and when the position command changes, an interpolation trajectory for each command cycle for interpolating between the position command and the current value of the state quantity An interpolation trajectory creating unit that continuously outputs an interpolation trajectory without being affected by the change in the position command until the interpolation end time,
According to the selected tracking mode, a signal switching unit that outputs the position command when in the sequential command tracking mode and the interpolation trajectory when in the interpolation command tracking mode,
A tracking control unit that performs tracking control so as to match the output of the signal switching unit and the state quantity and outputs torque,
And a motor drive section for outputting electric power for driving the motor in accordance with an output of the follow-up control section. 上位装置から位置指令を受け取り、モータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令と一致するように前記モータを駆動するモータ駆動装置において、
前記上位装置から前記位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、
前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、
前記位置指令と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する逐次指令追従制御部と、
前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令が変化したとき、前記位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、
前記補間軌道と前記状態量とを一致させるように追従制御を行いトルクを出力する補間軌道追従制御部と、
前記選択された追従モードに従って、逐次指令追従モードのときは前記逐次指令追従制御部からの出力を、補間軌道追従モードのときは前記補間軌道追従制御部からの出力を、それぞれ出力する信号切替え部と、
前記信号切替え部の出力に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部と
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。In a motor drive device that receives a position command from a higher-level device and drives the motor such that the state quantity of the motor or the state quantity of equipment incorporating the motor matches the position command,
A position command acquisition unit that acquires the position command from the host device for each command cycle,
A tracking mode selection unit that obtains a mode selection signal from the host device and selects one of two tracking modes based on the mode selection signal: a sequential command tracking mode and an interpolation trajectory tracking mode;
A sequential command follow-up control unit that performs follow-up control so as to match the position command and the state quantity and outputs torque;
The tracking mode selected by the tracking mode selection unit is an interpolation trajectory tracking mode, and when the position command changes, an interpolation trajectory for each command cycle for interpolating between the position command and the current value of the state quantity An interpolation trajectory creating unit that continuously outputs an interpolation trajectory without being affected by the change in the position command until the interpolation end time,
An interpolation trajectory tracking control unit that performs tracking control so as to match the interpolation trajectory and the state quantity and outputs torque;
According to the selected tracking mode, a signal switching unit that outputs an output from the sequential command tracking control unit in the sequential command tracking mode, and outputs an output from the interpolation trajectory tracking control unit in the interpolation trajectory tracking mode. When,
And a motor drive unit for outputting electric power for driving the motor in accordance with an output of the signal switching unit. 前記補間軌道作成部は、前記位置指令と前記状態量の現在値との間の移動距離を判断する上位指令判断部と、移動距離の異なる補間軌道を複数個記憶したルックアップテーブルとを備え、前記移動距離によって前記ルックアップテーブルの参照先を変え、参照先の軌道を出力するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め制御装置。The interpolation trajectory creation unit includes a higher-order command determination unit that determines a movement distance between the position command and the current value of the state quantity, and a lookup table that stores a plurality of interpolation trajectories having different movement distances, 3. The positioning control device according to claim 1, wherein a reference destination of the look-up table is changed according to the moving distance, and a trajectory of the reference destination is output.
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