JP2007034729A - デジタルサーボ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】量子化と差分による信号の劣化も小さく、且つ遅れのないトルクフィードフォワード信号を作成し、指令追従特性を改善することができるディジタルサーボ制御装置を提供する。
【解決手段】第1のトルクフィードフォワード信号tff1を入力し、フィルタ処理を行い、第2のトルクフィードフォワード信号tff2を出力するフィルタ処理手段8と、第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2を入力し、あるタイミングにより第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2の切替処理を行い、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを出力する切替手段9を備える。
【選択図】図1
【解決手段】第1のトルクフィードフォワード信号tff1を入力し、フィルタ処理を行い、第2のトルクフィードフォワード信号tff2を出力するフィルタ処理手段8と、第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2を入力し、あるタイミングにより第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2の切替処理を行い、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを出力する切替手段9を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、トルクフィードフォワードにより指令追従特性を改善するデジタルサーボ制御装置に関する。
図8は、従来のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。従来の制御では、位置指令aを微分し、その微分値に位置のフィードフォワード係数α1を乗じて位置のフィードフォワード制御量とし、通常の位置ループ制御、即ち、位置指令aからモータの現在位置Pを減じて位置偏差εを求め、これに位置ループゲインKPを乗じて通常の速度指令を求める。そして、この通常の速度指令に位置のフィードフォワード制御量を加算し、位置のフィードフォワード制御が行われた位置指令Vcを求める。
一方、位置のフィードフォワード制御量を微分し、速度のフィードフォワード係数α2を乗じ、速度のフィードフォワード制御量を求め、かつ、速度ループ制御(IP制御)、即ち、速度指令Vcからサーボモータの実速度Vを減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分し積分ゲインk1を乗じた値からサーボモータの実速度Vに比例ゲインk2を掛けた値を減じて得られる従来の電流指令値に、上記速度フィードフォワード制御量を加算し電流指令Icを求める。
一方、位置のフィードフォワード制御量を微分し、速度のフィードフォワード係数α2を乗じ、速度のフィードフォワード制御量を求め、かつ、速度ループ制御(IP制御)、即ち、速度指令Vcからサーボモータの実速度Vを減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分し積分ゲインk1を乗じた値からサーボモータの実速度Vに比例ゲインk2を掛けた値を減じて得られる従来の電流指令値に、上記速度フィードフォワード制御量を加算し電流指令Icを求める。
位置指令aの値が変化すれば位置偏差εも大きくなり、通常の位置ループ処理で出力される速度指令も大きく変化するが、位置ループ処理の遅れがある。しかし、位置のフィードフォワード制御によって、位置指令aの変化量に応じて位置のフィードフォワード制御量も増大して速度指令に加算され、フィードフォワード制御された速度指令となるから、位置ループの遅れは補償される。また、速度ループも同様で、速度指令の変化に応じて、通常の速度ループ処理による電流指令も変化するが、積分項があるため遅れが生じる。しかし、この場合も、速度のフィードフォワード制御によって速度のフィードフォワード制御量が加算され電流指令となるから、速度ループの遅れも補償され、全体としてサーボ系の応答は向上する。その結果、位置指令aに対するサーボモータの追従性が良くなり、位置偏差のうねりは軽減されることとなる。
従来の制御をデジタル制御で実現する際は以下の方法がとられていた。
位置,速度ループ処理の周期をTPとし、各位置,速度ループ処理における位置指令をa(n)(n=1,2,3……で、n≦0ではa(n)=0)とすると、位置指令a(n)の微分値b(n)は実際には差分として次の第(1)式の演算によって算出される。
b(n)=(a(n) - a(n−1))/Tp ・・・ (1)
位置のフィードフォワード信号は、上記b(n)の値に位置のフィードフォワード係数α1を乗じてフィードフォワード制御量c(n)としていた。
c(n)= α1・b(n) ・・・ (2)
速度のフィードフォワード信号Dnは、式(3)に示すように、位置のフィードフォワード制御量c(n)から前周期の位置のフィードフォワード制御量c(n−1)を減じ、得られた値に(α2/TP)を乗じて求めていた。
d(n)= α2・(c(n) - c(n−1))/Tp ・・・ (3)
このように、従来のフィードフォワード制御装置では、単純に位置指令を微分(今回値と前回値の差をサンプリング周期で除算)したものにα1を乗じたものを速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分したものにα2を乗じたものを電流(あるいはトルク)フィードフォワード信号とするという手順がとられていた。
特開平3−015911号公報(第4−8頁、図1)
位置,速度ループ処理の周期をTPとし、各位置,速度ループ処理における位置指令をa(n)(n=1,2,3……で、n≦0ではa(n)=0)とすると、位置指令a(n)の微分値b(n)は実際には差分として次の第(1)式の演算によって算出される。
b(n)=(a(n) - a(n−1))/Tp ・・・ (1)
位置のフィードフォワード信号は、上記b(n)の値に位置のフィードフォワード係数α1を乗じてフィードフォワード制御量c(n)としていた。
c(n)= α1・b(n) ・・・ (2)
速度のフィードフォワード信号Dnは、式(3)に示すように、位置のフィードフォワード制御量c(n)から前周期の位置のフィードフォワード制御量c(n−1)を減じ、得られた値に(α2/TP)を乗じて求めていた。
d(n)= α2・(c(n) - c(n−1))/Tp ・・・ (3)
このように、従来のフィードフォワード制御装置では、単純に位置指令を微分(今回値と前回値の差をサンプリング周期で除算)したものにα1を乗じたものを速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分したものにα2を乗じたものを電流(あるいはトルク)フィードフォワード信号とするという手順がとられていた。
従来のサーボ制御方法では、単純に位置指令を微分(今回値と前回値の差をサンプリング周期で除算)したものにα1を乗じたものを速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分したものにα2を乗じたものを電流(あるいはトルク)フィードフォワード信号とするという手順をとっているので、量子化と差分の影響で、作成されたトルクフィードフォワード信号が劣化してしまうという問題があった。また、そのまま作成されたトルクフィードフォワード信号を使用すると、動作中に騒音が発生するという問題もあった。また、騒音を避けるためにトルクフィードフォワード信号をフィルタ処理すると位相遅れが発生し、結果として、指令追従特性が悪化するという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、速度指令vrefあるいは速度フィードフォワード信号vffを元に第一のトルクフィードフォワード信号tff1を作成し、第一のトルクフィードフォワード信号tff1をフィルタ処理して第二のトルクトルクフィードフォワード信号tff2を作成し、第一のトルクフィードフォワード信号tff1と第二のトルクフィードフォワード信号tff2を動作中に切り替えたものを最終的にトルクフィードフォワード信号tffとするため、量子化と差分による信号の劣化も小さく、且つ遅れのないトルクフィードフォワード信号を作成し、指令追従特性を改善することができるディジタルサーボ制御装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項1に記載の発明は、トルクフィードフォワード作成手段を備えたディジタルサーボ制御装置において、複数のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれかを選択したトルクフィードフォワード信号を出力する切替手段を備え、前記切替手段の出力信号に基づいて、位置制御または速度制御するものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力するフィルタ処理手段を備えるものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、前記切替手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、を備えるものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第1のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である前記トルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、を備えるものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項2または4記載の発明における前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力するものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項3記載の発明における前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した前記トルクフィードフォワード信号を出力するものである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項5記載の発明における前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択するものである。
また、請求項8に記載の発明は、請求項6記載の発明における前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択するものである。
また、請求項9に記載の発明は、請求項2または3記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記第1のトルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とするものである。
また、請求項10に記載の発明は、請求項4記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とするものである。
また、請求項11記載の発明は、請求項4記載の発明における前記第1のフィルタ処理手段と前記第2のフィルタ処理手段は、フィルタ特性が異なるものである。
請求項1に記載の発明は、トルクフィードフォワード作成手段を備えたディジタルサーボ制御装置において、複数のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれかを選択したトルクフィードフォワード信号を出力する切替手段を備え、前記切替手段の出力信号に基づいて、位置制御または速度制御するものである。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力するフィルタ処理手段を備えるものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、前記切替手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、を備えるものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第1のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である前記トルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、を備えるものである。
また、請求項5に記載の発明は、請求項2または4記載の発明における前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力するものである。
また、請求項6に記載の発明は、請求項3記載の発明における前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した前記トルクフィードフォワード信号を出力するものである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項5記載の発明における前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択するものである。
また、請求項8に記載の発明は、請求項6記載の発明における前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択するものである。
また、請求項9に記載の発明は、請求項2または3記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記第1のトルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とするものである。
また、請求項10に記載の発明は、請求項4記載の発明における前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とするものである。
また、請求項11記載の発明は、請求項4記載の発明における前記第1のフィルタ処理手段と前記第2のフィルタ処理手段は、フィルタ特性が異なるものである。
請求項1に記載の発明によると、複数のトルクフィードフォワード信号を選択して、位置制御または速度制御に最適なトルクフィードフォワード信号を使用でき、また、量子化と差分による信号の劣化も小さく且つ遅れのないトルクフィードフォワード信号を使用でき、指令追従特性を改善することができる。
請求項2記載の発明によると、差分により作成したトルクフィードフォワード信号とその信号をフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、遅れなく且つ静かに機械を動作させることができる。
請求項3記載の発明によると、差分により作成したトルクフィードフォワード信号とその信号をフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、また、最後にフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、更に静かに機械を動作させることができる。
請求項4記載の発明および請求項11記載の発明によると、遅れの小さいフィルタと遅れの大きいフィルタの2種類のフィルタを通したトルクフィードフォワード信号を使用でき、遅れが小さく且つ静かに機械を動作させることができる。
請求項5記載の発明および請求項6記載の発明によると、複数のトルクフィードフォワード信号を選択して、位置制御または速度制御に最適なトルクフィードフォワード信号を使用できる。
請求項7記載の発明および請求項8記載の発明によると、2つのトルクフィードフォワード信号を切り替えるタイミングをトルクフィードフォワード信号の時間的変化率により判別でき、速度の変極点以外は静かに動作し且つ遅れのない動作を実現できる。
請求項9記載の発明および請求項10記載の発明によると、位置決め時に不要なトルクフィードフォワード信号が出力されないため、オーバシュートのない動作を実現できる。
請求項2記載の発明によると、差分により作成したトルクフィードフォワード信号とその信号をフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、遅れなく且つ静かに機械を動作させることができる。
請求項3記載の発明によると、差分により作成したトルクフィードフォワード信号とその信号をフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、また、最後にフィルタ処理したトルクフィードフォワード信号を使用でき、更に静かに機械を動作させることができる。
請求項4記載の発明および請求項11記載の発明によると、遅れの小さいフィルタと遅れの大きいフィルタの2種類のフィルタを通したトルクフィードフォワード信号を使用でき、遅れが小さく且つ静かに機械を動作させることができる。
請求項5記載の発明および請求項6記載の発明によると、複数のトルクフィードフォワード信号を選択して、位置制御または速度制御に最適なトルクフィードフォワード信号を使用できる。
請求項7記載の発明および請求項8記載の発明によると、2つのトルクフィードフォワード信号を切り替えるタイミングをトルクフィードフォワード信号の時間的変化率により判別でき、速度の変極点以外は静かに動作し且つ遅れのない動作を実現できる。
請求項9記載の発明および請求項10記載の発明によると、位置決め時に不要なトルクフィードフォワード信号が出力されないため、オーバシュートのない動作を実現できる。
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において1は制御対象であり、2は制御対象の位置および速度を検出する検出器を表す。検出器2からの速度は、タコジェネ等の速度検出器信号やエンコーダ等の位置検出器信号を差分近似で微分した信号が相当する。100はデジタルサーボ制御装置を表し、位置指令xrefと位置検出値xと速度検出値vを入力し、制御演算をデジタルで演算することで電流Iをモータに出力する。
3は位置制御手段、4は速度制御手段、5は電流制御手段を表し、それぞれの手段は比例あるいは比例積分制御を行う。6は速度FF作成手段を表し、位置指令を微分し速度フィードフォワード信号vffを作成する。7はトルクFF作成手段を表し、速度フィードフォワード信号vffをさらに微分し、制御対象1のイナーシャJを乗じてトルクフィードフォワード信号tff1を作成する。
3は位置制御手段、4は速度制御手段、5は電流制御手段を表し、それぞれの手段は比例あるいは比例積分制御を行う。6は速度FF作成手段を表し、位置指令を微分し速度フィードフォワード信号vffを作成する。7はトルクFF作成手段を表し、速度フィードフォワード信号vffをさらに微分し、制御対象1のイナーシャJを乗じてトルクフィードフォワード信号tff1を作成する。
本発明が特許文献1と異なる部分は、第1のトルクフィードフォワード信号tff1を入力し、フィルタ処理を行い、第2のトルクフィードフォワード信号tff2を出力するフィルタ処理手段8と、第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2を入力し、あるタイミングにより第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2の切替処理を行い、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを出力する切替手段9を備えた部分である。
最終的なトルクフィードフォワード信号tffは、制御対象1の制御に使用するものである。
最終的なトルクフィードフォワード信号tffは、制御対象1の制御に使用するものである。
次に、各手段毎のデジタル演算の方法について説明する。以下、サンプリング時間はTs、今回のサンプリングをk番目、n回前のサンプリングをk−nと定義し、変数sのk−n番目のサンプリング時の値をs(k−n)と表記することにする。
まず、位置制御手段3では、式(4)に表すように、位置指令xref(k)と位置検出値x(k)の差に位置ループゲインKpを乗じる計算を行い、速度指令vref(k)を出力する。
vref(k)=Kp・{xref(k)−x(k)} ・・・ (4)
まず、位置制御手段3では、式(4)に表すように、位置指令xref(k)と位置検出値x(k)の差に位置ループゲインKpを乗じる計算を行い、速度指令vref(k)を出力する。
vref(k)=Kp・{xref(k)−x(k)} ・・・ (4)
次に、速度制御手段4では、式(5)に表すように、速度指令vref(k)と速度検出値v(k)の差に速度FF作成手段6の出力である速度フィードフォワード信号vff(k)を加算し、その加算した値に速度ループ比例ゲインKvを乗じsref(k)を算出する。
sref(k)=Kv・{vref(k)−v(k)+vff(k)} ・・・ (5)
ここで、v(k)は位置検出値x(k)の差分近似による微分で求めても良い。
sref(k)=Kv・{vref(k)−v(k)+vff(k)} ・・・ (5)
ここで、v(k)は位置検出値x(k)の差分近似による微分で求めても良い。
次に、式(6)に表すように、sref(k)に積分制御ゲインKiおよびサンプリング時間Tsを乗じ、前回値に加算することにより積分演算を行いsi(k)を算出する。
si(k)=si(k−1)+Ts・Ki・sref(k) ・・・ (6)
si(k)=si(k−1)+Ts・Ki・sref(k) ・・・ (6)
次に、式(7)に表すように、sref(k)とsi(k)を加算することでトルク指令tref(k)を算出する。
tref(k)=sref(k)+si(k) ・・・ (7)
tref(k)=sref(k)+si(k) ・・・ (7)
次に、電流制御手段5では、トルク指令tref(k)と最終的なトルクフィードフォワード信号tff(k)を加算したものを入力し、単位変換および制御演算を行い電流値I(k)を計算する。
ここで、電流制御手段5内部の処理は、実際には交流を直流に変換するなど複雑な処理が行われるが、電流制御手段5内部の処理方法は本発明に全く関係がなく、どのような処理をしても良いためここでは説明を省略する。
ここで、電流制御手段5内部の処理は、実際には交流を直流に変換するなど複雑な処理が行われるが、電流制御手段5内部の処理方法は本発明に全く関係がなく、どのような処理をしても良いためここでは説明を省略する。
速度FF作成手段6では、式(8)に表すように、位置指令xref(k)を差分近似で微分し、速度フィードフォワード信号vff(k)を算出する。
vff(k)={xref(k)−xref(k−1)}/Ts ・・・ (8)
vff(k)={xref(k)−xref(k−1)}/Ts ・・・ (8)
トルクFF作成手段7では、式(9)に表すように、速度フィードフォワード信号vff(k)を差分近似で微分し、イナーシャJnを乗じて第1のトルクフィードフォワード信号tff1(k)を算出する。
tff1(k)=Jn・{vff(k)−vff(k−1)}/Ts ・・・ (9)
tff1(k)=Jn・{vff(k)−vff(k−1)}/Ts ・・・ (9)
フィルタ処理手段8では、第1のトルクフィードフォワード信号tff1(k)を入力し、式(10)に示すフィルタ演算を行い、第2のトルクフィードフォワード信号tff2(k)を出力する。
tff2(k)=(1−exp(−Ts/Tf))・tff1(k)
+exp(−Ts/Tf)・tff2(k−1) ・・・ (10)
ここで、Tfはフィル時定数を表すものとする。
Tfの値は、最終的なトルクフィードフォワード信号tffがきれいになり、結果として動作音が小さくなるような適当な値を設定すればよい。
なお、本実施例では、一次遅れフィルタをZ変換により離散化した演算を行っているが、フィルタ処理手段8で使用するフィルタ処理はどのようなものでも良く、例えば2次フィルタや移動平均フィルタを使用しても良い。
tff2(k)=(1−exp(−Ts/Tf))・tff1(k)
+exp(−Ts/Tf)・tff2(k−1) ・・・ (10)
ここで、Tfはフィル時定数を表すものとする。
Tfの値は、最終的なトルクフィードフォワード信号tffがきれいになり、結果として動作音が小さくなるような適当な値を設定すればよい。
なお、本実施例では、一次遅れフィルタをZ変換により離散化した演算を行っているが、フィルタ処理手段8で使用するフィルタ処理はどのようなものでも良く、例えば2次フィルタや移動平均フィルタを使用しても良い。
切替手段9では、第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2を入力し、式(11)および式(12)に示す切替処理を行い、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを出力する。
tff2の変化dtが閾値以上の時 tff=tff1 ・・・ (11)
tff2の変化dtが閾値未満の時 tff=tff2 ・・・ (12)
ここで、第2のトルクフィードフォワード信号tff2の変化dtは、どのように計算しても良いが、例えば、式(13)に示すように、今回の第2のトルクフィードフォワード信号tff2の値からnサンプリング前の第2のトルクフィードフォワード信号tff2の値を減じたものを変化dtとしてもよい。
dt=tff2(k)−tff2(k−n) ・・・ (13)
なお、閾値は、最終的なトルクフィードフォワード信号tffがきれいになり、結果として、指令追従がよく、動作音が小さくなるような適当な値を設定すればよい。
tff2の変化dtが閾値以上の時 tff=tff1 ・・・ (11)
tff2の変化dtが閾値未満の時 tff=tff2 ・・・ (12)
ここで、第2のトルクフィードフォワード信号tff2の変化dtは、どのように計算しても良いが、例えば、式(13)に示すように、今回の第2のトルクフィードフォワード信号tff2の値からnサンプリング前の第2のトルクフィードフォワード信号tff2の値を減じたものを変化dtとしてもよい。
dt=tff2(k)−tff2(k−n) ・・・ (13)
なお、閾値は、最終的なトルクフィードフォワード信号tffがきれいになり、結果として、指令追従がよく、動作音が小さくなるような適当な値を設定すればよい。
また、切替のタイミングによっては、指令終了後も最終的なトルクフィードフォワード信号tffが出力されてしまい、結果として機械がオーバシュートするという問題が発生する場合は、トルクFF作成手段7の出力である第1のトルクフィードフォワード信号tff1が0の時には、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを0とする処理を追加することで解決できる。
図7に本発明を使用した際のトルクフィードフォワード信号の例を示す。図中(a)が、入力される速度指令の波形である。図中(b)が、従来使用されていた第1のトルクフィードフォワードtff1に相当する波形である。図中(c)が、第1のトルクフィードフォワード信号tff1をフィルタ処理した第2のトルクフィードフォワード信号tff2を示す。図中(d)が、切替処理を行った後の最終的なトルクフィードフォワード信号tffとなる。
このように、第1のトルクフィードフォワード信号tff1とフィルタ処理した後の第2のトルクフィードフォワード信号を、あるタイミングで切り替えて使用するので、遅れもなく且つきれいな最終的なトルクフィードフォワード信号を作成することができ、結果として、指令追従性が高く、且つ動作時の音が静かな動きを実現することができるのである。
図2は、本発明の第2の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本発明におけるディジタルサーボ制御装置の第1の実施形態の構成と異なる部分は、切替手段9の出力であるトルクフィードフォワード信号ptffを入力し、フィルタ処理を行い、最終的なトルクフィードフォワード信号tffを出力する第2のフィルタ処理手段10を備えている点であり、その他の構成や作用は第1の実施例と同様である。
ここで、使用する第2のフィルタ処理手段10もどのようなものでも良く、例えば、第1のフィルタ処理手段8と同じ構成の一次のローパスフィルタとし、時定数を適当に設定すれば良い。
このように、最後にもう一度、別のフィルタ処理を実行するので、最終的なトルクフィードフォワード信号tffが、遅れは若干発生するものの、格段にきれいな信号になり、結果として、動作時の音がさらに静かな動きを実現することができるのである。
ここで、使用する第2のフィルタ処理手段10もどのようなものでも良く、例えば、第1のフィルタ処理手段8と同じ構成の一次のローパスフィルタとし、時定数を適当に設定すれば良い。
このように、最後にもう一度、別のフィルタ処理を実行するので、最終的なトルクフィードフォワード信号tffが、遅れは若干発生するものの、格段にきれいな信号になり、結果として、動作時の音がさらに静かな動きを実現することができるのである。
図3は、本発明の第3の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本発明におけるディジタルサーボ制御装置の第1の実施形態の構成と異なる部分は、トルクFF作成手段7の出力であるトルクフィードフォワード信号ptffを入力し、フィルタ処理を行い、第1のトルクフィードフォワード信号tff1を出力する第1のフィルタ処理手段8と、実施例1でのフィルタ処理手段8の代わりに、トルクFF作成手段7の出力であるトルクフィードフォワード信号ptffを入力し、フィルタ処理を行い、第2のトルクフィードフォワード信号tff2を出力する第2のフィルタ処理手段10を備えている点であり、その他の構成や作用は第1の実施例と同様である。
ここで、第1のフィルタ処理手段8と第2のフィルタ処理手段10は、別々の2種類のフィルタであり、通常、第1のフィルタ処理手段8は位相遅れの小さいフィルタとし、第2のフィルタ処理手段10は波形がきれいになるのに十分なフィルタを使用すればよい。それぞれのフィルタ手段でフィルタ処理された信号第1のトルクフィードフォワード信号tff1と第2のトルクフィードフォワード信号tff2を切替手段9で実施例1と同様に切り替えれば良い。
このように、トルクFF作成手段7で計算されたトルクフィードフォワード信号ptffを2種類のフィルタ処理した信号をあるタイミングで切り替えて使用するので、2つのフィルタの調整により、指令追従性能と、動作時の音を調整することができるのである。
また、実施例2同様に、最後にもう一度、第3のフィルタ処理を挿入(図示しない)しても良い。この場合、最終的なトルクフィードフォワード信号tffが、遅れは若干発生するものの、格段にきれいな信号になり、結果として、動作時の音がさらに静かな動きを実現することができるのである。
このように、トルクFF作成手段7で計算されたトルクフィードフォワード信号ptffを2種類のフィルタ処理した信号をあるタイミングで切り替えて使用するので、2つのフィルタの調整により、指令追従性能と、動作時の音を調整することができるのである。
また、実施例2同様に、最後にもう一度、第3のフィルタ処理を挿入(図示しない)しても良い。この場合、最終的なトルクフィードフォワード信号tffが、遅れは若干発生するものの、格段にきれいな信号になり、結果として、動作時の音がさらに静かな動きを実現することができるのである。
図4は、本発明の第4の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本発明におけるディジタルサーボ制御装置の第1の実施形態の構成と異なる部分は、実施例1での位置指令xref入力の位置制御系に対し、速度指令vref入力の速度制御系である点であり、その他の構成や作用は第1の実施例と同様である。速度制御時にも、本発明は問題なく使用でき、位置制御時のみならず速度制御時も、同様の効果を得ることができるのである。
図5は、本発明の第5の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本発明におけるディジタルサーボ制御装置の第2の実施形態の構成と異なる部分は、実施例2での位置指令xref入力の位置制御系に対し、速度指令vref入力の速度制御系である点であり、その他の構成や作用は第2の実施例と同様である。速度制御時にも、本発明は問題なく使用でき、位置制御時のみならず速度制御時も、同様の効果を得ることができるのである。
図6は、本発明の第6の実施例を示すディジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本発明におけるディジタルサーボ制御装置の第3の実施形態の構成と異なる部分は、実施例3での位置指令xref入力の位置制御系に対し、速度指令vref入力の速度制御系である点であり、その他の構成や作用は第3の実施例と同様である。速度制御時にも、本発明は問題なく使用でき、位置制御時のみならず速度制御時も、同様の効果を得ることができるのである。
トルクフィードフォワード信号とフィルタ処理した信号をあるタイミングで切り替えて使用するだけで、従来の課題を解決でき、指令追従性が向上し、且つ、動作音も小さくすることが可能であるため、精密位置決めや精密加工という用途にも適用できる。
1 制御対象
2 検出器
3 位置制御手段
4 速度制御手段
5 電流制御手段
6 速度FF作成手段
7 トルクFF作成手段
8 第一フィルタ処理手段
9 切替手段
10 第二フィルタ処理手段
30 位置ループ
32 速度ループ積分要素
34 速度フィードバックゲイン
36 電流ループ
38 サーボモータ電気部
40 サーボモータ機械部
42 積分
44 位置のフィードフォワード項
46 速度のフィードフォワード項
100 デジタルサーボ制御装置
2 検出器
3 位置制御手段
4 速度制御手段
5 電流制御手段
6 速度FF作成手段
7 トルクFF作成手段
8 第一フィルタ処理手段
9 切替手段
10 第二フィルタ処理手段
30 位置ループ
32 速度ループ積分要素
34 速度フィードバックゲイン
36 電流ループ
38 サーボモータ電気部
40 サーボモータ機械部
42 積分
44 位置のフィードフォワード項
46 速度のフィードフォワード項
100 デジタルサーボ制御装置
Claims (11)
- トルクフィードフォワード作成手段を備えたディジタルサーボ制御装置において、
複数のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれかを選択したトルクフィードフォワード信号を出力する切替手段を備え、
前記切替手段の出力信号に基づいて、位置制御または速度制御することを特徴とするディジタルサーボ制御装置。 - 前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力するフィルタ処理手段を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である第1のトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、
前記切替手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタルサーボ制御装置。 - 前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード作成手段の出力であるトルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第1のトルクフィードフォワード信号を出力する第1のフィルタ処理手段と、
前記トルクフィードフォワード作成手段の出力である前記トルクフィードフォワード信号を入力し、フィルタ処理を施した第2のトルクフィードフォワード信号を出力する第2のフィルタ処理手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載のディジタルサーボ制御装置。 - 前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した最終的なトルクフィードフォワード信号を出力することを特徴とする請求項2または4記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記切替手段が、前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号を入力し、いずれか一方を選択した前記トルクフィードフォワード信号を出力することを特徴とする請求項3記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項5記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記切替手段が、前記第2のトルクフィードフォワード信号の時間的変化率を算出し、予め設定された閾値と前記時間的変化率を比較し、比較結果に応じて前記第1のトルクフィードフォワード信号と前記第2のトルクフィードフォワード信号のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項6記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記ディジタルサーボ制御装置が、前記第1のトルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とすることを特徴とする請求項2または3記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記ディジタルサーボ制御装置が、前記トルクフィードフォワード信号が0の場合、最終的なトルクフィードフォワード信号を0とすることを特徴とする請求項4記載のディジタルサーボ制御装置。
- 前記第1のフィルタ処理手段と前記第2のフィルタ処理手段は、フィルタ特性が異なるものであることを特徴とする請求項4記載のディジタルサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005217734A JP2007034729A (ja) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | デジタルサーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005217734A JP2007034729A (ja) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | デジタルサーボ制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007034729A true JP2007034729A (ja) | 2007-02-08 |
Family
ID=37793907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005217734A Pending JP2007034729A (ja) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | デジタルサーボ制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007034729A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010125518A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
JP2017016178A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | セイコーエプソン株式会社 | ネットワークシステム、サーバー、及び、ネットワークシステムの制御方法 |
-
2005
- 2005-07-27 JP JP2005217734A patent/JP2007034729A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010125518A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Fanuc Ltd | レーザ加工装置 |
JP2017016178A (ja) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | セイコーエプソン株式会社 | ネットワークシステム、サーバー、及び、ネットワークシステムの制御方法 |
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