JP2009226520A - Positioning control apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning control apparatus which suppresses low frequency vibration of a leading end position of a loading machine and high frequency vibration of a command torque to enable positioning control having reduced noise even when a position command being made discrete and having a waveform changing step-wise is input. <P>SOLUTION: An optional discrete position command generation part 7 of the positioning control device generates a position command x<SB>zr</SB>having a waveform with an optional shape. A discrete position compensation device 8 and a discrete correction secondary filter 9 output the position command x<SB>zr</SB>input from the optional discrete position command generation part 7 as a position command x<SB>zrf</SB>using a transfer function F<SB>d</SB>(z) and a transfer function F<SB>f</SB>(z), respectively. A discrete feedback control device 4 carries out the feedback control of the leading end position of the loading machine by inputting the position command x<SB>zrf</SB>and a signal x<SB>m</SB>for feedbacking a position of a motor which drives the loading machine. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータ等の駆動装置を用いて位置決めを行う位置決め制御装置に関し、特に柔軟アームを有する産業用機械のアーム先端の振動を抑制する位置決め制御装置に関するものである。   The present invention relates to a positioning control device that performs positioning using a driving device such as a motor, and more particularly to a positioning control device that suppresses vibration of an arm tip of an industrial machine having a flexible arm.

柔軟アームを有する産業用機械の位置決め制御を行う従来の位置決め制御装置には、例えば特許文献1に開示されているものがある。
図5は、特許文献1で開示された発明の一実施形態に係る位置決め制御装置のブロック図である。この従来の位置決め制御装置は、S字位置指令発生部101と、2次フィルタ102と、減算器103と、フィードバック制御器104とから構成されている。また、伝達関数105は、フィードバック制御器104の出力であるトルク指令からモータ位置までの伝達関数PM(s)、伝達関数106はトルク指令から柔軟アーム先端位置までの伝達関数PL(s)である。
A conventional positioning control device that performs positioning control of an industrial machine having a flexible arm is disclosed in Patent Document 1, for example.
FIG. 5 is a block diagram of a positioning control device according to an embodiment of the invention disclosed in Patent Document 1. This conventional positioning control device includes an S-shaped position command generator 101, a secondary filter 102, a subtractor 103, and a feedback controller 104. The transfer function 105 is a transfer function P M (s) from the torque command, which is an output of the feedback controller 104, to the motor position, and the transfer function 106 is a transfer function P L (s) from the torque command to the flexible arm tip position. It is.

この従来の位置決め制御装置では、S字位置指令発生部101により生成された元の位置指令xrが2次フィルタ102を通過することによってフィードバック制御系の位置指令xrfが生成される。そして、フィードバックされたモータの位置xmと位置指令xrfとの偏差を減算器103によって演算し、フィードバック制御器104ではその偏差が最小になるようにトルク指令を生成する。 In this conventional positioning control device, the original position command x r generated by the S-shaped position command generation unit 101 passes through the secondary filter 102, and the position command x rf of the feedback control system is generated. The subtractor 103 calculates a deviation between the fed back motor position x m and the position command x rf, and the feedback controller 104 generates a torque command so that the deviation is minimized.

S字位置指令XrおよびこのS字位置指令Xr(t)の速度パターンVr(t)の時間関数を図6に示す。S字位置指令発生部101により発生されるS字形状の元の位置指令Xr(t)を図6(a)に、速度パターンVr(t)を図6(b)に示す。図6において、taは加速時間、tdは加速開始から減速開始までの時間、teは指令時間であり、そして、減速時間(te−td)と加速時間taが等しくなっている。
ここで、柔軟アームの固有振動数がωzで、柔軟アームの固有振動減衰係数がζzである場合は、2次フィルタ102の伝達関数
FIG. 6 shows the time function of the S pattern command X r and the speed pattern V r (t) of the S pattern command X r (t). The original S-shaped position command X r (t) generated by the S-shaped position command generator 101 is shown in FIG. 6A, and the speed pattern V r (t) is shown in FIG. 6B. In FIG. 6, t a is the acceleration time, t d is the time to start decelerating from the acceleration start, t e is the instruction time, and deceleration time (t e -t d) and acceleration time t a is equal Yes.
Here, when the natural frequency of the flexible arm is ω z and the natural vibration damping coefficient of the flexible arm is ζ z , the transfer function of the secondary filter 102 is used.

Figure 2009226520
におけるパラメータを
ω1=ωz (2)
および
ζ1=ζz (3)
および
Figure 2009226520
The parameter at ω 1 = ω z (2)
And ζ 1 = ζ z (3)
and

Figure 2009226520
を満たすように設定する。
図7には、2次フィルタ102を用いずに位置決め制御装置を駆動した場合のシミュレーション結果を示し、図8には、(2)〜(4)式の設定にて図5に示す従来の位置決め制御装置を駆動した場合のシミュレーション結果を示す。2次フィルタ102を用いない場合は、図7に示すように、モータの位置が目標の位置に到達しても負荷先端の位置は固有振動数ωzで大きく振動し続ける。しかし、(1)式に示した2次フィルタ102を用いることで、図8に示すように、負荷先端の残留振動が抑制されていることがわかる。
特開2004−272749号公報
Figure 2009226520
Set to satisfy.
FIG. 7 shows a simulation result when the positioning control device is driven without using the secondary filter 102, and FIG. 8 shows the conventional positioning shown in FIG. 5 by setting the equations (2) to (4). The simulation result at the time of driving a control apparatus is shown. Without the second-order filter 102, as shown in FIG. 7, the position of the even load tip position of the motor has reached the position of the target continues to vibrate largely the natural frequency omega z. However, it can be seen that residual vibration at the tip of the load is suppressed by using the secondary filter 102 shown in the equation (1), as shown in FIG.
JP 2004-272749 A

近年、サーボシステムはディジタル制御されており、上述した位置決め制御装置もディジタル制御されることが一般的である。ここで、図5に示す位置決め制御装置をディジタル制御系の離散化位置決め制御装置として表すと図9に示すようになる。すなわち、積分要素1/sがTs/(1−z-1)に変換され、微分要素sが(1−z-1)/Tsに変換されている。ただし、zはz変換演算子、Tsはサンプル周期である。 In recent years, servo systems are digitally controlled, and the above-described positioning control device is generally digitally controlled. Here, if the positioning control device shown in FIG. 5 is represented as a discrete positioning control device of a digital control system, it is as shown in FIG. That is, the integral element 1 / s is converted to T s / (1-z −1 ), and the differential element s is converted to (1−z −1 ) / T s . However, z is a z conversion operator and T s is a sample period.

この離散化位置決め制御装置は、離散化S字位置指令発生部1と、離散化2次フィルタ2と、離散化減算器3と、離散化フィードバック制御器4とから構成されている。また伝達関数5は、離散化フィードバック制御器4の出力であるトルク指令からモータ位置までの伝達関数PM(s)、伝達関数6はトルク指令から柔軟アーム先端位置までの伝達関数PL(s)である。 This discretized positioning control device is composed of a discretized S-shaped position command generator 1, a discretized secondary filter 2, a discretized subtractor 3, and a discretized feedback controller 4. The transfer function 5 is a transfer function P M (s) from the torque command that is the output of the discretization feedback controller 4 to the motor position, and the transfer function 6 is a transfer function P L (s) from the torque command to the flexible arm tip position. ).

この離散化位置決め制御装置では、離散化S字位置指令発生部1により生成された元の位置指令xzrが離散化2次フィルタ2を通過することによってフィードバック制御系の位置指令xzrfが生成される。そして、フィードバックされたモータの位置xmと位置指令xrfとの偏差を減算器103によって演算し、離散化フィードバック制御器4ではその偏差が最小になるようにトルク指令を生成する。
特に、離散化2次フィルタ2は次式で表される。
In this discretization positioning control device, position command x ZrF the feedback control system by discretizing S-position command generating section original position command x zr generated by 1 passes through the discrete secondary filter 2 is generated The The subtractor 103 calculates the deviation between the fed back motor position x m and the position command x rf, and the discretization feedback controller 4 generates a torque command so that the deviation is minimized.
In particular, the discretized secondary filter 2 is expressed by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

このシミュレーション結果を図10、図11に示す。図10は離散化2次フィルタ2を用いない場合、図11は離散化2次フィルタ2を用いた場合の結果である。
負荷先端の位置は、2次フィルタ2を用いることで連続系でシミュレーションした場合と同等に抑制しているが、図11に示すように、指令トルク波形に高周波の振動が現れていることが確認できる。これは、(5)式に示す2次フィルタには2回の微分演算が含まれており、位置指令の波形が離散的(階段状)に変化するディジタル制御系では、その変化が指令トルクにまで現れるためである。
一般的に、モータの位置として、エンコーダのパルス量をフィードバックする場合、位置指令としてはパルス量を入力する。離散化S字位置指令発生部1の出力する位置指令の1サンプル周期当りの変化量をΔxzrとした場合、離散化2次フィルタ2を通過した位置指令の1サンプル周期当りの変化量Δxzrfは次式となる。
The simulation results are shown in FIGS. FIG. 10 shows the results when the discretized secondary filter 2 is not used, and FIG. 11 shows the results when the discretized secondary filter 2 is used.
The position of the load tip is suppressed to the same level as in the case of simulation in the continuous system by using the secondary filter 2, but it is confirmed that high-frequency vibration appears in the command torque waveform as shown in FIG. it can. This is because the secondary filter shown in equation (5) includes two differential operations. In a digital control system in which the waveform of the position command changes discretely (stepped), the change becomes the command torque. It is because it appears until.
Generally, when the encoder pulse amount is fed back as the motor position, the pulse amount is input as the position command. If the amount of change per sample period of the position command outputted from the discretization S-position command generating unit 1 and a [Delta] x zr, the position command which has passed through the discrete secondary filter 2 1 sample periods per variation [Delta] x ZrF Is as follows.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

よって、離散化フィードバック制御器4の応答が十分に速いとするなら、上記の位置指令変化量Δxzrに対する指令トルクの変化Δτは次式となる。ただし、XRはモータ1回転当りのエンコーダ分解能である。 Therefore, if the response of the discretization feedback controller 4 is sufficiently fast, the command torque change Δτ with respect to the position command change amount Δx zr is expressed by the following equation. However, X R is the encoder resolution per one rotation of the motor.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

つまり、位置指令xzrの1サンプル周期当りの変化量Δxzrに比例してトルク微振動の振幅Δτも増加することがわかる。さらに、アームの固有振動数ωzが低く、サンプル周期Tsが短くなるほど、指令トルクに現れる高周波の振動の振幅が大きくなる。
ここで、(7)式においてω2の値を小さく設定することで、1サンプル周期当りのトルクリプルを小さくできるが、ω2の値を(4)式以外の設定値で決定すると、離散化2次フィルタ2のF(z)の出力が周波数ω2で振動するため、最小でも(4)式におけるk=1の場合に制約され、十分に高周波振動の抑制ができない。
That is, it can be seen that the amplitude Δτ of the torque slight vibration increases in proportion to the change amount Δx zr per sample period of the position command x zr . Furthermore, the lower the natural frequency ω z of the arm and the shorter the sample period T s , the higher the amplitude of the high frequency vibration that appears in the command torque.
Here, the torque ripple per sample period can be reduced by setting the value of ω 2 small in the equation (7). However, if the value of ω 2 is determined by a setting value other than the equation (4), the discretization 2 Since the output of F (z) of the secondary filter 2 vibrates at the frequency ω 2 , it is limited to the case of k = 1 in the equation (4) at the minimum, and the high-frequency vibration cannot be sufficiently suppressed.

このように離散系で表した場合、トルク指令値が振動的となり、機械系から大きな動作音が発生するなどの問題が生じる。特に、近年のマイコンの高性能化からサンプリング周期が短くなる傾向にあるため、この問題が顕著に現れることとなる。
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、離散化され階段状に波形が変化する位置指令が入力された場合でも、負荷機械の位置決めすべき先端位置の低周波振動を抑制すると共に、指令トルクの高周波振動を抑制し、騒音の少ない位置決め制御を行うことを可能とする位置決め制御装置を提供することにある。
When expressed in a discrete system in this way, the torque command value becomes oscillating, causing problems such as the generation of loud operating noise from the mechanical system. In particular, since the sampling period tends to be shortened due to the recent high performance of microcomputers, this problem becomes prominent.
The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a tip of a load machine to be positioned even when a position command whose waveform is changed in a staircase pattern is input. An object of the present invention is to provide a positioning control device capable of performing low-noise positioning control while suppressing low-frequency vibration of a position and suppressing high-frequency vibration of a command torque.

上記課題を解決するために、請求項1に係る位置決め制御装置は、比較的剛性の低い連結体で連結された負荷機械をモータにより駆動するディジタル制御された位置決め制御装置において、任意形状の波形を有する位置指令を生成可能な位置指令発生部と、前記位置指令を前記負荷機械の固有振動をキャンセルするように補償して第1位置指令として出力する位置指令補償部と、前記第1位置指令の振動波形を平滑して第2位置指令として出力する平滑フィルタと、前記第2位置指令と前記負荷機械を駆動するモータの位置をフィードバックする信号とを入力してフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを有し、前記負荷機械の先端位置を前記第2位置指令に追従させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a positioning control device according to claim 1 is a digitally controlled positioning control device that drives a load machine connected by a relatively low-rigidity coupling body with a motor. A position command generating unit capable of generating a position command, a position command compensating unit that compensates the position command so as to cancel the natural vibration of the load machine and outputs the position command as a first position command, and A smoothing filter that smoothes the vibration waveform and outputs it as a second position command; and a feedback control unit that performs feedback control by inputting the second position command and a signal that feeds back the position of the motor that drives the load machine. And having the tip position of the load machine follow the second position command.

上記のように構成された位置決め制御装置は、離散化され階段状に波形が変化する位置指令が入力された場合でも、負荷機械の先端位置の低周波振動を抑制すると共に、指令トルクの高周波振動を抑制することができ、騒音の少ない位置決め制御を行うことができる。
また、請求項2に係る位置決め制御装置は、請求項1に係る位置決め制御装置において、位置指令補償部のフィルタの伝達関数Fd(z)が、
The positioning control device configured as described above suppresses low-frequency vibration at the tip position of the load machine and suppresses high-frequency vibration of the command torque even when a position command whose waveform is changed in a stepped manner is input. Therefore, positioning control with less noise can be performed.
Further, the positioning control device according to claim 2 is the positioning control device according to claim 1, wherein the transfer function F d (z) of the filter of the position command compensation unit is

Figure 2009226520
により表され、伝達関数Fd(z)におけるω1を負荷機械の固有振動数ωzとし、ζ1を負荷機械の固有振動減衰係数ζzとし、Tsをサンプル周期とすることを特徴とする。
Figure 2009226520
Ω 1 in the transfer function F d (z) is the natural frequency ω z of the load machine, ζ 1 is the natural vibration damping coefficient ζ z of the load machine, and T s is the sample period. To do.

上記のように構成された位置決め制御装置は、フィードバック制御部に入力される第2位置指令の1サンプル周期当りの変化量を、2次以上のフィルタによって自由に制御できるため、離散化されて階段状に波形が変化する位置指令が入力された場合でも、指令トルクに現れる高周波振動を抑制しつつ、負荷機械の先端の低周波振動を抑制することができる。
また、請求項3に係る位置決め制御装置は、請求項1または請求項2に係る位置決め制御装置において、平滑フィルタの伝達関数Ff(z)は、
Since the positioning control device configured as described above can freely control the amount of change per one sample period of the second position command input to the feedback control unit by a second-order or higher filter, it is discretized and has a staircase. Even when a position command whose waveform changes in a shape is input, it is possible to suppress low-frequency vibration at the tip of the load machine while suppressing high-frequency vibration appearing in the command torque.
The positioning control device according to claim 3 is the positioning control device according to claim 1 or claim 2, wherein the transfer function F f (z) of the smoothing filter is:

Figure 2009226520
により表され、伝達関数Ff(z)におけるω3を次式で決定する事を特徴とする。
Figure 2009226520
And ω 3 in the transfer function F f (z) is determined by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

上記のように構成された位置決め制御装置は、負荷機械の固有振動数に応じてフィルタ時定数が変化するため、負荷機械の固有振動数によらず安定してトルク高周波振動を抑制することができる。
また、請求項4に係る位置決め制御装置は、請求項1または請求項2に係る位置決め制御装置において、平滑フィルタの伝達関数Ff(z)が
In the positioning control device configured as described above, since the filter time constant changes according to the natural frequency of the load machine, it is possible to stably suppress high-frequency torque vibration regardless of the natural frequency of the load machine. .
A positioning control device according to a fourth aspect is the positioning control device according to the first or second aspect, wherein the transfer function F f (z) of the smoothing filter is

Figure 2009226520
により表され、前記伝達関数Ff(z)におけるNを次式で計算される値に最も近い整数とする事を特徴とする。
N=n・ωz・Ts (1≦n:nは整数) (12)
上記のように構成された位置決め制御装置は、請求項3に記載の平滑フィルタよりも小さい時定数でトルクの高周波振動を抑制することができる。
Figure 2009226520
And N in the transfer function F f (z) is an integer closest to the value calculated by the following equation.
N = n · ω z · T s (1 ≦ n: n is an integer) (12)
The positioning control device configured as described above can suppress high-frequency vibrations of torque with a time constant smaller than that of the smoothing filter according to claim 3.

本発明に係る位置決め制御装置は、任意形状の波形を有する位置指令を生成可能な位置指令発生部と、前記位置指令を前記負荷機械の固有振動をキャンセルするように補償して第1位置指令として出力する位置指令補償部と、前記第1位置指令の振動波形を平滑して第2位置指令として出力する平滑フィルタと、前記第2位置指令と前記負荷機械を駆動するモータの位置をフィードバックする信号とを入力してフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを有し、前記負荷機械の先端位置を前記第2位置指令に追従させるため、離散化され階段状に波形が変化する位置指令が入力された場合でも、負荷機械先端の低周波振動を抑制すると共に、指令トルクの高周波振動を抑制することができ、騒音の少ない位置決め制御を行うことが可能となる。   A positioning control device according to the present invention includes a position command generation unit capable of generating a position command having a waveform of an arbitrary shape, and compensates the position command so as to cancel the natural vibration of the load machine as a first position command. A position command compensation unit for outputting, a smoothing filter for smoothing the vibration waveform of the first position command and outputting it as a second position command, and a signal for feeding back the second position command and the position of the motor driving the load machine And a feedback control unit for performing feedback control, and a position command having a discrete and stepped waveform is input to cause the tip position of the load machine to follow the second position command. Even in this case, low-frequency vibration at the tip of the load machine can be suppressed, and high-frequency vibration of the command torque can be suppressed, enabling positioning control with less noise. To become.

(第1の実施形態)
以下、本発明に係る位置決め制御装置の第1の実施形態について図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の位置決め制御装置を示すブロック図である。図1において、図9中の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。
本実施形態の位置決め制御装置は、S字形状の波形を有する位置指令だけでなく、任意形状の波形を有する位置指令を用いた場合でも、産業機械の柔軟アーム先端等の負荷機械先端の振動を抑制することができるようにし、また、位置指令の波形が離散的に変化する場合でも、指令トルクに現れる高周波の振動を抑制することができるようにしたものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a positioning control device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a positioning control device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The positioning control device according to the present embodiment can vibrate the tip of a load machine such as a flexible arm tip of an industrial machine even when a position command having an arbitrary waveform is used as well as a position command having an S-shaped waveform. In addition, it is possible to suppress high-frequency vibrations appearing in the command torque even when the waveform of the position command changes discretely.

本実施形態の位置決め制御装置における従来の位置決め制御装置と異なる構成は、図9における離散化S字位置指令発生部1を離散化任意位置指令発生部7に置き換え、離散化2次フィルタ2をF(z)の分子に相当する離散化位置補償器8と離散化修正2次フィルタ9に置き換えたことである。
図1中の離散化位置補償器8の伝達関数Fd(z)と離散化修正2次フィルタ9の伝達関数Ff(z)は次式で表される。
The configuration different from the conventional positioning control device in the positioning control device of the present embodiment is that the discretized S-position command generation unit 1 in FIG. This is replaced with a discretized position compensator 8 and a discretized modified secondary filter 9 corresponding to the numerator of (z).
Transmission of discrete positions compensator 8 in FIG. 1 function F d (z) and the transfer function F f discretization modified secondary filter 9 (z) is expressed by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

上記の離散化修正2次フィルタ9を通過したときの位置指令xzrfの1サンプリング周期中の変化量Δxzrfは次式となる。 The amount of change Δx zrf during one sampling period of the position command x zrf when it passes through the discretized modified secondary filter 9 is expressed by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

上式において、ω3を小さく設定すればΔxzrfを小さくできることがわかり、Δxzrfの大きさを任意に制御できることがわかる。例えば、離散化修正2次フィルタ9を通過した振動振幅Δxzrfを離散化任意位置指令発生部7の出力に現れる振動振幅Δxzr以下にする場合、ω3は次式で決定すればよい。 In the above equation, it can be seen that if ω 3 is set small, Δx zrf can be reduced, and the magnitude of Δx zrf can be arbitrarily controlled. For example, to the following vibration amplitude [Delta] x zr appearing vibration amplitude [Delta] x ZrF passing through the discrete corrected secondary filter 9 to an output of the discretization arbitrary position command generator section 7, omega 3 may be determined by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

上式においてn=1とすれば、ΔxzrfとΔxzrを同じにすることができる。
なお、(13)式においてω1、ζ1は従来手法と同様にして、下記の式を満たすように設定する。
ω1=ω2 (17)
ζ1=ζ2 (18)
図1に示す位置決め制御装置において(16)〜(18)式でFd(z)とFf(z)のパラメータを決定した場合のシミュレーション結果を図2に示す。図11に示した従来の位置決め制御装置の結果に対して、指令トルクに現れるトルク微振動の振幅が抑制され、アーム先端の振動は同等に抑制されていることが確認できる。また、トルク微振動の振幅Δxzrfは離散化位置補償器8および離散化修正2次フィルタ9を用いない場合(図10参照)と同等であることも確認できる。
If in the above formula with n = 1, it can be the same [Delta] x ZrF and [Delta] x zr.
In the equation (13), ω 1 and ζ 1 are set so as to satisfy the following equation in the same manner as in the conventional method.
ω 1 = ω 2 (17)
ζ 1 = ζ 2 (18)
FIG. 2 shows a simulation result when the parameters of F d (z) and F f (z) are determined by the equations (16) to (18) in the positioning control device shown in FIG. As compared with the result of the conventional positioning control device shown in FIG. 11, it can be confirmed that the amplitude of the fine torque vibration appearing in the command torque is suppressed, and the vibration at the arm tip is suppressed equally. It can also be confirmed that the amplitude Δx zrf of the torque slight vibration is equivalent to the case where the discretized position compensator 8 and the discretized modified secondary filter 9 are not used (see FIG. 10).

このように、本実施形態に係る位置決め制御装置は、離散化フィードバック制御器4に入力される位置指令の1サンプル周期当りの変化量Δxzrfを自由に制御できるため、離散化されて階段状に変化する位置指令が入力された場合でも、指令トルクに現れる高周波振動を抑制しつつ、負荷機械の先端の低周波振動を抑制することができる。 As described above, the positioning control apparatus according to the present embodiment can freely control the change amount Δx zrf per one sample period of the position command input to the discretization feedback controller 4, so that it is discretized and stepped. Even when a changing position command is input, it is possible to suppress low-frequency vibration at the tip of the load machine while suppressing high-frequency vibration appearing in the command torque.

(第2の実施形態)
以下、本発明に係る位置決め制御装置の第2の実施形態について図面に基づいて説明する。図3は本発明の第2の実施形態の位置決め制御装置を示すブロック図である。図3において、図1中の構成要素と同一の構成要素には同一の番号を付し、説明を省略する。
本実施形態の位置決め制御装置が、従来の位置決め制御装置と異なる構成は、図1における離散化修正2次フィルタ9を移動平均フィルタ10に置き換えたことである。移動平均フィルタ10の伝達関数Fma(z)は次式となる。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of a positioning control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing a positioning control apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The configuration in which the positioning control device of this embodiment is different from the conventional positioning control device is that the discretized modified secondary filter 9 in FIG. The transfer function F ma (z) of the moving average filter 10 is as follows.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

(19)式においてNは移動平均の段数である。移動平均フィルタ10を通過後に現れる位置指令の波形の微振動の振幅Δxzrfは次式となる。 In the equation (19), N is the number of moving average stages. The amplitude Δx zrf of the fine vibration of the position command waveform that appears after passing through the moving average filter 10 is expressed by the following equation.

Figure 2009226520
Figure 2009226520

上式より、離散化任意位置指令発生部7の出力する位置指令xzrの1サンプルあたりの変化量Δxzrに対して移動平均フィルタ通過後の位置指令の変化量Δxzrfを小さくするには次のように移動平均フィルタの段数Nを決定すればよい。
N=n・ωz・Ts (1≦n:nは整数) (21)
上式においてn=1とすれば、ΔxzrfとΔxzrを同じにすることができる。
Following the above equation, the smaller the change amount [Delta] x ZrF position command after passing through the moving average filter to discretization arbitrary position command generator section 7 variation [Delta] x zr per sample of the output to the position command x zr of The number N of moving average filter stages may be determined as follows.
N = n · ω z · T s (1 ≦ n: n is an integer) (21)
If in the above formula with n = 1, it can be the same [Delta] x ZrF and [Delta] x zr.

図4に図3の構成でのシミュレーション結果を示す。指令トルクの微振動とアーム先端の振動とが共に抑制されている。また、アーム先端が目標位置まで達する時間が第1の実施例で示したシミュレーション結果(図2参照)と比べて短くなっている。これは、図1に示す離散化修正2次フィルタ9と図3に示す移動平均フィルタ10とでは、微振動を抑制するための時定数が、移動平均フィルタ10の方が小さくてすむためであり、その分全体的な遅れが小さくなったものである。
以上説明したように、離散化され階段状に変化する任意形状の波形を有する位置指令が入力された場合でも、位置決め制御装置は、柔軟アーム先端の低周波振動を抑制すると共に、指令トルクの高周波振動を抑制することができ、騒音の少ない位置決め制御を行うことが可能となる。
FIG. 4 shows a simulation result in the configuration of FIG. Both the minute vibration of the command torque and the vibration of the arm tip are suppressed. Further, the time for the arm tip to reach the target position is shorter than the simulation result (see FIG. 2) shown in the first embodiment. This is because the discretized modified secondary filter 9 shown in FIG. 1 and the moving average filter 10 shown in FIG. The overall delay has been reduced accordingly.
As described above, even when a position command having an arbitrary-shaped waveform that is discretized and changes stepwise is input, the positioning control device suppresses low-frequency vibrations at the tip of the flexible arm and generates a high-frequency command torque. Vibration can be suppressed and positioning control with less noise can be performed.

産業用機械のアーム先端の位置決めを始めとする、モータ等の駆動装置を用いた位置決めを行う際に、振動を抑制して騒音の少ない位置決め制御を行うことができる。   When positioning using a driving device such as a motor such as positioning of an arm tip of an industrial machine, positioning control with less noise can be performed while suppressing vibration.

本発明の第1の実施形態の位置決め制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the positioning control apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 同実施形態の位置決め制御装置を用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of using the positioning control apparatus of the embodiment. 本発明の第2の実施形態の位置決め制御装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the positioning control apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態の位置決め制御装置を用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of using the positioning control apparatus of the embodiment. 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。It is a block diagram which shows the structure of the conventional positioning control apparatus. S字位置指令および、このS字位置指令の速度パターンの時間関数を示す図である。It is a figure which shows the time function of the speed pattern of S character position command and this S character position command. 図5に示す従来の位置決め制御装置において、2次フィルタを用いない場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when not using a secondary filter in the conventional positioning control apparatus shown in FIG. 図5に示す従来の位置決め制御装置において、2次フィルタを用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of using a secondary filter in the conventional positioning control apparatus shown in FIG. 離散系で表した、従来の離散化位置決め制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional discretization positioning control apparatus represented with a discrete system. 図9に示す従来の離散化位置決め制御装置において、離散化2次フィルタを用いない場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result when not using a discretization secondary filter in the conventional discretization positioning control apparatus shown in FIG. 図9に示す従来の離散化位置決め制御装置において、離散化2次フィルタを用いた場合のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result at the time of using the discretization secondary filter in the conventional discretization positioning control apparatus shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 離散化S字位置指令発生部
2 離散化2次フィルタ
3 離散化減算器
4 離散化フィードバック制御器
5 トルク指令からモータ位置までの伝達関数
6 トルク指令から負荷先端までの伝達関数
7 離散化任意位置指令発生部
8 離散化位置補償器
9 離散化修正2次フィルタ
10 移動平均フィルタ
101 S字位置指令発生部
102 2次フィルタ
103 減算器
104 フィードバック制御器
105 トルク指令からモータ位置までの伝達関数
106 トルク指令から負荷先端までの伝達関数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discrete S-shaped position command generation part 2 Discrete secondary filter 3 Discretization subtractor 4 Discrete feedback controller 5 Transfer function from torque command to motor position 6 Transfer function from torque command to load tip 7 Discretization arbitrary Position command generator 8 Discretized position compensator 9 Discretized modified secondary filter 10 Moving average filter 101 S-shaped position command generator 102 Secondary filter 103 Subtractor 104 Feedback controller 105 Transfer function 106 from torque command to motor position Transfer function from torque command to load tip

Claims (4)

比較的剛性の低い連結体で連結された負荷機械をモータにより駆動するディジタル制御された位置決め制御装置において、
任意形状の波形を有する位置指令を生成可能な位置指令発生部と、前記位置指令を前記負荷機械の固有振動をキャンセルするように補償して第1位置指令として出力する位置指令補償部と、前記第1位置指令の振動波形を平滑して第2位置指令として出力する平滑フィルタと、前記第2位置指令と前記負荷機械を駆動するモータの位置をフィードバックする信号とを入力してフィードバック制御を行うフィードバック制御部とを有し、前記負荷機械の先端位置を前記第2位置指令に追従させる位置決め制御装置。
In a digitally controlled positioning control device for driving a load machine connected by a relatively low rigidity connecting body by a motor,
A position command generating unit capable of generating a position command having a waveform of an arbitrary shape, a position command compensating unit for compensating the position command so as to cancel the natural vibration of the load machine and outputting as a first position command; Feedback control is performed by inputting a smoothing filter that smoothes the vibration waveform of the first position command and outputs it as a second position command, and a signal that feeds back the second position command and the position of the motor that drives the load machine. A positioning control device that includes a feedback control unit and causes the tip position of the load machine to follow the second position command.
前記位置指令補償部の伝達関数Fd(z)は、
Figure 2009226520
により表され、前記伝達関数Fd(z)におけるω1を前記負荷機械の固有振動数ωzとし、ζ1を前記負荷機械の固有振動減衰係数ζzとし、Tsをサンプル周期とすることを特徴とする請求項1に記載の位置決め制御装置。
The transfer function F d (z) of the position command compensation unit is
Figure 2009226520
Ω 1 in the transfer function F d (z) is the natural frequency ω z of the load machine, ζ 1 is the natural vibration damping coefficient ζ z of the load machine, and T s is the sample period. The positioning control device according to claim 1.
前記平滑フィルタの伝達関数Ff(z)は、
Figure 2009226520
により表され、前記伝達関数Ff(z)におけるω3を次式で決定する事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。
Figure 2009226520
The transfer function F f (z) of the smoothing filter is
Figure 2009226520
The positioning control apparatus according to claim 1, wherein ω 3 in the transfer function F f (z) is determined by the following equation.
Figure 2009226520
前記平滑フィルタの伝達関数Ff(z)が
Figure 2009226520
により表され、前記伝達関数Ff(z)におけるNを、次式で計算される値に最も近い整数とする事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。
N=n・ωz・Ts (1≦n:nは整数)
The transfer function F f (z) of the smoothing filter is
Figure 2009226520
The positioning control device according to claim 1, wherein N in the transfer function F f (z) is an integer closest to a value calculated by the following equation.
N = n · ω z · T s (1 ≦ n: n is an integer)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101528090B1 (en) * 2011-01-06 2015-06-10 세이코 엡슨 가부시키가이샤 Robot and robot noise removal method
US20160209829A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Fanuc Corporation Motor controlling apparatus for suppressing vibrations
KR20200040663A (en) * 2018-10-10 2020-04-20 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤 Device and method for determining operation completion time of robot

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01292405A (en) * 1988-05-19 1989-11-24 Hitachi Ltd Digital position servo device
JP2004272749A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Yaskawa Electric Corp Positioning control device
JP2008004007A (en) * 2006-06-26 2008-01-10 Nagaoka Univ Of Technology Position controller, position control method, robot controller and robot control method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01292405A (en) * 1988-05-19 1989-11-24 Hitachi Ltd Digital position servo device
JP2004272749A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Yaskawa Electric Corp Positioning control device
JP2008004007A (en) * 2006-06-26 2008-01-10 Nagaoka Univ Of Technology Position controller, position control method, robot controller and robot control method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101528090B1 (en) * 2011-01-06 2015-06-10 세이코 엡슨 가부시키가이샤 Robot and robot noise removal method
US20160209829A1 (en) * 2015-01-16 2016-07-21 Fanuc Corporation Motor controlling apparatus for suppressing vibrations
US9766614B2 (en) * 2015-01-16 2017-09-19 Fanuc Corporation Motor controlling apparatus for suppressing vibrations
KR20200040663A (en) * 2018-10-10 2020-04-20 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤 Device and method for determining operation completion time of robot
KR102294070B1 (en) 2018-10-10 2021-08-26 니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤 Device and method for determining operation completion time of robot

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