JP2563318B2 - Position control device for industrial machinery - Google Patents

Position control device for industrial machinery

Info

Publication number
JP2563318B2
JP2563318B2 JP62086652A JP8665287A JP2563318B2 JP 2563318 B2 JP2563318 B2 JP 2563318B2 JP 62086652 A JP62086652 A JP 62086652A JP 8665287 A JP8665287 A JP 8665287A JP 2563318 B2 JP2563318 B2 JP 2563318B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
position control
command value
position command
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62086652A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63250701A (en
Inventor
浩司 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
Priority to JP62086652A priority Critical patent/JP2563318B2/en
Publication of JPS63250701A publication Critical patent/JPS63250701A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2563318B2 publication Critical patent/JP2563318B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工機、工作機械等の産業機械の位置
制御装置の係り、特に系の速応性と安定性とを向上させ
つつ高精度位置決めを達成できるようにしたものであ
る。
The present invention relates to a position control device for an industrial machine such as a laser beam machine or a machine tool, and particularly to a highly accurate positioning while improving the quick response and stability of the system. Is to achieve.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

工作機械、レーザ加工機等々の産業機械の位置制御装
置にはいわゆるソフトサーボ方式が広く採用されてい
る。
A so-called soft servo system is widely adopted for position control devices of industrial machines such as machine tools and laser beam machines.

従来の産業機械、例えば切断溶接を行うレーザ加工機
は第10図に示すようにレーザ発振器10、ビーム伝送路1
1、ビームスキャナ12、静止体たる梁部材5に沿ってビ
ームスキャナ12が取り付けられた可動体を移動させるた
めの駆動手段3、静止体たるレール6に沿ってビームス
キャナ12を移動させるための直交駆動手段13、絶対的な
静止体としての切断ステーション16、溶接ステーション
17等にワークを搬送するワーク搬送手段15、その他チラ
ーユニットやドライエア装置等から構成され、ビームス
キャナ12は切断ステーション16に対し直交2軸方向に位
置制御できるものと形成されていた。ここに、その1軸
の位置制御に係る制御対象としての駆動手段3は第9図
に示すように可動体35を図で左右方向に駆動させるため
のモータ32に連結されたスクリュー34とモーラ32に制御
電源を供給するプリアンプ31とから形成されていた。そ
して、位置制御装置としては、この駆動手段3と、モー
タ32に連結された検出器33の出力(モータ回転角速度
ω、モータ回転角θ)をフィードバック信号とし位置指
令値発生手段1からの位置指令値信号 を入力として駆動手段3に制御入力 を出力する制御手段2とから形成されていた。また、か
かる位置制御装置の制御系ブロックは第8図に示すよう
に表すことができた。すなわち、制御手段3は内側に比
較的高いゲイン の速度制御ループを含み外側に比較的低いゲイン の位置制御ループを形成するものであった。
A conventional industrial machine such as a laser beam machine for cutting and welding has a laser oscillator 10 and a beam transmission line 1 as shown in FIG.
1. Beam scanner 12, drive means 3 for moving a movable body to which beam scanner 12 is attached along beam member 5 as a stationary body, and orthogonal for moving beam scanner 12 along rail 6 as a stationary body. Drive means 13, cutting station 16 as an absolute stationary body, welding station
The beam scanner 12 is composed of a work transfer means 15 for transferring a work to 17 and the like, a chiller unit, a dry air device, etc., and the beam scanner 12 can be positionally controlled in two axial directions orthogonal to the cutting station 16. Here, the driving means 3 as a controlled object relating to the position control of the one axis, as shown in FIG. 9, is a screw 34 and a mora 32 connected to a motor 32 for driving the movable body 35 in the lateral direction in the figure. And a preamplifier 31 that supplies control power to the. The position control device uses the drive means 3 and the outputs of the detector 33 connected to the motor 32 (motor rotation angular velocity ω, motor rotation angle θ) as feedback signals to output the position command from the position command value generation means 1. Value signal Is input to drive means 3 as input And the control means 2 for outputting The control system block of such a position control device could be represented as shown in FIG. That is, the control means 3 has a relatively high gain inside. Relatively low gain outside including speed control loop To form the position control loop.

従って、速度制御ループが高いゲイン であるから外乱やパラメータの変動等に対する剛性が高
く、また、位置制御ループが低いゲイン であるためスクリュー34や可動体35等の機械系に過度の
衝撃(加速度)を与えないこと、また加工プログラム作
成上格別の注意をしなくともよい等の長所を有してい
た。
Therefore, the speed control loop has a high gain Therefore, it has high rigidity against disturbances and parameter fluctuations, and the gain of the position control loop is low. Therefore, it has an advantage that an excessive impact (acceleration) is not given to the mechanical system such as the screw 34 and the movable body 35, and that no special attention is required in creating a machining program.

しかして、加工プログラムに基づいて位置指令値発生
手段1から位置指定値信号を出力すれば可動体35を静止
体としての梁部材5に沿って自動位置決めをしつつ金属
体等のワークに所定形状のレーザ切断を施すことができ
た。なお、直交駆動手段13、ワーク搬送手段15について
も同様な構成の位置制御装置が設けられていた。
Then, if the position command value generating means 1 outputs a position designation value signal based on the machining program, the movable body 35 is automatically positioned along the beam member 5 as a stationary body while a predetermined shape is formed on a work such as a metal body. Laser cutting was possible. Incidentally, the orthogonal drive means 13 and the work transfer means 15 were also provided with position control devices having similar configurations.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来産業機械の位置制御装置には
次のような問題点を有していた。
However, the position control device for the conventional industrial machine described above has the following problems.

すなわち、速応性と系の安定性とを独立設定できない
から、そのいずれかが不十分のまま実施しなければなら
ず、またそのような状態で妥協したとしてもその比較考
量作業自体に多くの労力と時間とを費やす欠点があっ
た。さらに、制御位置精度が位置制御ループのゲイン の最大値により規制されてしまうという問題があった。
In other words, since quick response and system stability cannot be set independently, it must be carried out with either of them being insufficient, and even if a compromise is made in such a state, much effort is required for the comparison work itself. And there was a drawback of spending time. Furthermore, the control position accuracy is the gain of the position control loop. There was a problem that it was regulated by the maximum value of.

以下に、高精度時代にあって重大視されてきた上記の
後者問題を詳説すると、第8図に示す従来の位置制御系
における位置制御ループの特性 は、一次遅れのソフトサーボであるから、 と近似することができる。
The latter problem, which has been emphasized in the high precision era, will be described in detail below. The characteristics of the position control loop in the conventional position control system shown in FIG. Is a soft servo with a primary delay, Can be approximated by

ここに、階段状の速度指令値(Vo/S)に対する速度の
応答特性V(t)は、 (ただし、Pは−ωotとする。以下同じ。)となるか
ら、これに必要とする加速度 は式(2)を1階微分することによって、 として求められた。
Here, the speed response characteristic V (t) with respect to the stepwise speed command value (V o / S ) is (However, P is -ω o t. The same applies to the following.) Therefore, the acceleration required for this Is the first-order differentiation of equation (2), Was asked for.

従って、機械系の最大送り速度をVo maxとすれば位置
制御系の発生する最大加速度 は、 で規定された。
Therefore, if the maximum feed rate of the mechanical system is V o max , the maximum acceleration generated by the position control system Is Stipulated in.

一方、機械系の観点から見ると、許容最大加速度Amax
はその構成さら定まるから上記最大加速度 との関係では、 でなければならない。これがため位置制御ループのゲイ
ンの最大値 は、 と制約されることになる。
On the other hand, from the viewpoint of the mechanical system, the maximum allowable acceleration A max
Is the maximum acceleration above because the configuration is determined In relation to Must. Because of this, the maximum value of the gain of the position control loop Is Will be constrained.

また、上記レーザ加工機において駆動手段3と直交駆
動手段13とを同時に位置制御した場合におけるビームス
キャナ12の位置付け精度すなわち形状精度を、例えば真
円を描いたときの半径減少率δで表せば半径減少率δ
は、次の式で求められた。
Further, the positioning accuracy, that is, the shape accuracy of the beam scanner 12 when the driving means 3 and the orthogonal driving means 13 are simultaneously position-controlled in the above laser processing machine, for example, if the radius reduction rate δ when a perfect circle is drawn, Reduction rate δ
Was calculated by the following formula.

なお、Rは指令円の半径(mm)、ΔRは半径の減少量
(mm)であり、Voは送り速度(mm/sec)である。
Incidentally, R represents the radius of the command circle (mm), ΔR is the amount of decrease in radius (mm), the V o is the feed rate (mm / sec).

しかして、式(6)のように、一定の送り速度Voで一
定の半径Rの円を描くことを考えると半径減少率δは1/
ωo 2に比例する。(ωo 2に反比例する)こととなる。一
方、位置制御ループのゲインの最大値はωo maxは式
(5)の通り機械系と関係で制約された。つまり、式
(1)で近似される位置制御系では機械系で定まる許容
最大加速度Amaxと最大送り速度Vo maxとによってゲイン
の最大値ωo maxの上限が決まるから、機械系(Amax,Vo
max)が固定されるとゲイン最大値ωo maxの上限が制
約され、それ以上にゲインを高くとれないという関係と
なり、結局精度(δ)は、ゲイン最大値ωo maxで制限
されそれ以上の精度向上を達成できないという問題があ
った。
Therefore, considering that a circle with a constant radius R is drawn at a constant feed speed V o as in equation (6), the radius reduction rate δ is 1 /
proportional to ω o 2 . (Inversely proportional to ω o 2 ). On the other hand, the maximum value of the gain of the position control loop, ω o max, was constrained in relation to the mechanical system as shown in equation (5). That is, since the upper limit of the maximum value omega o max gain by the permissible maximum acceleration A max and maximum feed speed V o max which is determined by the mechanical system in the position control system is approximated by the equation (1) is determined, the mechanical system (A max , V o
If (max ) is fixed, the upper limit of the maximum gain ω o max is constrained, and the gain cannot be set higher than that. In the end, the accuracy (δ) is limited by the maximum gain ω o max and There was a problem that accuracy improvement could not be achieved.

しかして、機械系に大幅な改変を施すことなく精度が
そのゲイン最大値ωo maxで制限されてしまうことがな
い位置制御装置の開発が強く望まれていた。
Therefore, there has been a strong demand for the development of a position control device in which the accuracy is not limited by the maximum gain value ω o max without making a large modification to the mechanical system.

ここに、本発明の目的とするところは速応性と安定性
とを向上させつつ高精度位置決めを達成できる産業機械
の位置制御装置を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a position control device for an industrial machine that can achieve high-precision positioning while improving quick response and stability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記従来の問題点を除去すべく鑑みなされ
たもので、最適制御理論に基づき、かつ評価関数 の重み関数を固定化された定数でなく系の状態に即応さ
せた特殊な重み関数 とすることによって予見特性を著しく改善したものであ
る。
The present invention has been made in consideration of the above conventional problems, and is based on the optimal control theory and has an evaluation function. Special weighting function that adapts the weighting function of the system to the state of the system instead of a fixed constant By doing so, the prediction characteristics are remarkably improved.

すなわち、前出第8図に示した従来の速度制御ループ
を含む位置制御系に対し第1図に示す位置指令値発生手
段1、制御手段2、制御対象たる駆動手段3から形成さ
れた速度制御系を考える。この速度制御系は連続時間系
における状態方程式が微分方程式(=ay+bv)で表さ
れる。一方、サンプリング周期Ts(sec)の離散時間系を
表すと、系の状態変数ベクトル は、 ただし、 なお、Eは−ω・Tsとする。
That is, the speed control formed from the position command value generating means 1, the control means 2 and the drive means 3 as the control target shown in FIG. 1 in the position control system including the conventional speed control loop shown in FIG. Consider the system. In this speed control system, the state equation in the continuous time system is expressed by the differential equation (= ay + bv). On the other hand, when expressing a discrete-time system with a sampling period Ts (sec) , the state variable vector of the system is Is However, Note that E is −ω c · Ts.

である。 Is.

また、評価関数 を式(8)の通り定める。Also, the evaluation function Is defined as in equation (8).

ただし、 ここに、本発明の特徴的技術事項は重み関数 を固定化された定数とするのでなく系の状態に即応すべ
く、 =1,2,……,M =定数 で表される変数とする。
However, Here, the characteristic technical matter of the present invention is a weighting function. Instead of using a fixed constant, to immediately respond to the state of the system, i = 1,2, ..., M Z = variable.

従って、式(7)で表された系の状態変数ベクトル に対して、式(8)で示した二次形式の評価関数 を最小化するような制御入力ベクトル は、最適制御理論を用いて、 と表すことができる。Therefore, the state variable vector of the system expressed by equation (7) With respect to, the quadratic form evaluation function shown in equation (8) Control input vector that minimizes Using optimal control theory, It can be expressed as.

ただし、 は、L=1,2,3,…,Mに対応するM個の定数マトリクスで
あり以下の通り求められる大きさである。
However, Is a matrix of M constants corresponding to L = 1, 2, 3, ..., M, and has a size obtained as follows.

また、 は定数である。 Also, Is a constant.

さらに、境界条件は、 なお、前記 とおき、 の収束値である。Furthermore, the boundary condition is In addition, the above Toki, Is the convergence value of.

ここにおいて、式(10)(上記境界条件までを含む)
に式(7),(9)を代入して制御入力ベクトル を求めと、 ただし、 は定数である。
Here, equation (10) (including the above boundary conditions)
Substituting equations (7) and (9) into Asking for However, Is a constant.

しかして、式(7)で表される制御系の特性を持つ位
置制御系において、式(8)で示した評価関数 を最小化するよう制御するには、式(11)を実行するに
は、例えば第2図に示す制御ループを構成すればよい。
Therefore, in the position control system having the characteristics of the control system expressed by the formula (7), the evaluation function expressed by the formula (8) In order to perform the control so as to minimize the equation (11), the control loop shown in FIG. 2 may be configured, for example.

さらに、本発明の理解を深める観点から、制御手段2
をコンピュータを用いて実施する立場から詳説すると、
式(10)において、 等は定数であるからサンプリング毎に計算する必要がな
いが、 はサンプリング毎に変化する変数でありかつ は位置指令値の から までの値から計算される値である。従って、 はサンプリング毎に計算することが必要である。
Further, from the viewpoint of deepening the understanding of the present invention, the control means 2
From the standpoint of implementing using a computer,
In equation (10), Etc. are constants, so it is not necessary to calculate each sampling, Is a variable that changes from sampling to sampling and Is the position command value From It is a value calculated from the values up to. Therefore, Needs to be calculated for each sampling.

ここで、 は、式(10)から とおいて、 ただし、L=1,2,…,M−1 の一般式に基づいて求める。here, From equation (10) Anyway, However, it is obtained based on the general formula of L = 1, 2, ..., M-1.

すなわち、式(13)で以下のようになる。 That is, the following is obtained from the equation (13).

なお、 を用いて、予め計算しておくものとする。ここに、第2
図に見られるフィードフォーワードFFの構成は第3図に
如くすればよい。
In addition, Is calculated in advance. Here second
The structure of the feedforward FF shown in the figure may be as shown in FIG.

しかして、コンピュータによるサンプル値制御系の処
理としては、式(10)を、 ただし、 と書き直せるから、この式(14)に基づいて第4図に示
す手順で処理すればよいことが理解される。
Then, as the processing of the sample value control system by the computer, the equation (10) is However, Since it can be rewritten as follows, it is understood that the process shown in FIG. 4 can be performed based on the equation (14).

すなわち、実時間処理に入る前に前処理として を求めておき、次いで実時間処理では、 を求め、続いて より を求めて駆動手段3へ出力し、以下これを繰り返すこと
によって実施できる。
In other words, as a pre-processing before entering the real-time processing And then in real-time processing, When And then Than Is output to the driving means 3, and this is repeated thereafter.

これがため、本発明は、静止体に対して可動体を駆動
する駆動手段と位置指令値信号を出力する位置指令値発
生手段と駆動手段とともに として表される位置制御ループを形成する制御手段とか
ら構成された産業制御装置において、 前記制御手段を、前記位置指令値発生手段から出力さ
れる位置指令値信号 を入力信号としかつ前記静止体と可動体との関係で定ま
る状態変数 をフィードバック信号として規定した評価関数 を最小化するように求めた制御入力信号 を前記駆動手段に出力できるように構成し前記目的を達
成するのである。
Therefore, according to the present invention, the driving means for driving the movable body with respect to the stationary body, the position command value generating means for outputting the position command value signal, and the driving means are provided. In an industrial control device configured with a control unit that forms a position control loop, the control unit is a position command value signal output from the position command value generation unit. Is an input signal and is a state variable determined by the relationship between the stationary body and the movable body. Is defined as the feedback signal Control input signal sought to minimize Is configured to be output to the driving means to achieve the above object.

ただし、 である。また、 [R0(k+M)−X(k+M)T,[R0(j)−X(j)T,▲UT (j-1)▼ は、それぞれ [R0(k+M)−X(k+M)],[R0(j)−X(j)],U(j-1) の転置行列を表す。However, Is. Further, [R 0 (k + M) −X (k + M) ] T , [R 0 (j) −X (j) ] T , ▲ UT (j-1) ▼ are respectively [R 0 ( k + M) -X (k + M) ], [ R0 (j) -X (j) ], and U (j-1) .

〔作用〕[Action]

以上のように構成された本発明では評価関数 の第2項に係る重み関数 は固定的な定数でなく状態に応じた補正項としての特殊
な重み関数 としているから優れた予見制御特性を図れ速応性と安定
性とを確保しながら高精度な産業機械の位置決め制御が
できる。
In the present invention configured as described above, the evaluation function Weighting function for the second term of Is not a fixed constant but a special weighting function as a correction term according to the state Therefore, excellent preview control characteristics can be achieved, and high-accuracy industrial machine positioning control can be performed while ensuring quick response and stability.

また、評価関数 は、制御対象に制御入力ベクトル を出力することによって実行され、しかも を満足する簡単な制御系によって具現化できる。Also, the evaluation function Is the control input vector for the controlled object Is executed by outputting Can be realized by a simple control system that satisfies

〔実施例〕〔Example〕

本発明に係る産業機械の位置制御装置の実施例につい
て図面を参照しながら説明する。
An embodiment of a position control device for an industrial machine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、第1実施例は前出第9図に示した機械系とする
が、第2および第3実施例については前出第9図に示し
た機械系の他これと同様に構成された前記直交駆動手段
13の機械系およびその位置制御装置も作動させるものと
する。従って、第2および第3実施例の場合には第1図
および第2図に示す位置制御装置が2系列設けられてい
る場合と理解できる。
The first embodiment is the mechanical system shown in FIG. 9 above, but the second and third embodiments are the same as the mechanical system shown in FIG. Orthogonal drive means
The 13 mechanical systems and their position controls shall also be activated. Therefore, in the case of the second and third embodiments, it can be understood that two positions of the position control device shown in FIGS. 1 and 2 are provided.

(第1実施例) 第1実施例は第1図、第2図で示した位置制御系を形
成して直線軌跡を描く場合であって、ランプ状の位置指
令値(R=20mm)を入力したときの応答性を明らかとし
たものである。
(First Embodiment) The first embodiment is a case where the position control system shown in FIGS. 1 and 2 is formed to draw a linear locus, and a ramp-shaped position command value (R = 20 mm) is input. The responsiveness when it was done was clarified.

ここに、本発明に係る予見位置制御系と従来の位置制
御系との応答波形を比較しながら説明すると、第5図に
示したように同じランプ状の位置指令信号Rを加えても
予見系の加速度(Y3)と従来系の加速度(X3)の最大値
は略同一の値としながら位置指令信号Rの対する制御系
の応答性は予見系の場合(Y1)には信号Rとほとんど同
期的(詳しくは、先行)にコントロールされるのに比較
して従来系の場合(X1)には時間遅れを生じ最終的には
約260m secという大きな遅れとなることから本発明の速
応性が優れていることが理解される。これは、初期にお
いて約60m secだけ先行してコントロールできるからで
あり、途次においても重み関係 が即応的に変更されるのでリニヤ状となったことに基づ
く効果といえる。速度(Y2,X2)の関係についても最大
値に変わりはないが、時間遅れを生じている。
The response waveforms of the preview position control system according to the present invention and the conventional position control system will be described below in comparison with each other. Even if the same ramp-shaped position command signal R is added as shown in FIG. The maximum value of the acceleration (Y 3 ) of the previous system and the maximum value of the acceleration (X 3 ) of the conventional system are almost the same value, but the response of the control system to the position command signal R is the same as the signal R in the case of the preview system (Y 1 ). Compared to being controlled almost synchronously (specifically, in advance), in the case of the conventional system (X 1 ), there is a time delay and finally a large delay of about 260 m sec, so the speed of the present invention is high. It is understood that the responsiveness is excellent. This is because it is possible to control in advance by about 60 m sec in the initial stage, and the weight Can be said to be an effect based on the fact that it became linear. There is no change in the maximum value for the relationship between speeds (Y 2 , X 2 ), but there is a time delay.

このように、本実施例の場合には、従来系の応答性が
大幅な時間遅れを生じていたのに対して極めて高速かつ
同期的にコントロールされかつ加速度の最大値(Y3,X
3)を不変とする安定性を確保しながら位置精度が高い
という効果が確認された。
As described above, in the case of the present embodiment, the response of the conventional system causes a significant time delay, while it is controlled extremely quickly and synchronously and the maximum value of the acceleration (Y3, X
It was confirmed that the position accuracy is high while maintaining the stability of 3).

なお、実施条件は次の通りである。 The implementation conditions are as follows.

サンプリング時間Ts=0.002sec 予見期間M=30times 位置制御ループのゲインω=20rad/S 速度制御ループのゲインω=120rad/S 定数 Z=0.3 また、従来系のゲインω=14.41rad/Sである。Gain of the sampling time Ts = 0.002sec foreseeable period M = 30times position control loop omega o = 20 rad / gain of S Speed control loop ω c = 120rad / S Constant Z = 0.3 Further, the gain ω 1 of the conventional system is 14.41 rad / S.

(第2実施例) この実施例も第1図、第2図で示した位置制御系にお
いて平面上に円軌跡を描く場合であって、第1実施例の
場合と同じくランプ状の位置(半径)指令値(R=10m
m)を入力したときの応答性と精度を明らかとしたもの
である。
(Second Embodiment) This embodiment is also a case where a circular locus is drawn on a plane in the position control system shown in FIGS. 1 and 2, and the ramp-shaped position (radius) is the same as in the first embodiment. ) Command value (R = 10m
The responsiveness and accuracy when inputting m) are clarified.

第1実施例の場合と同様に本発明に係る予見位置制御
系と従来の位置制御系とを比較すれば、第6図(dRx,dR
yについては作図便宜上5倍のスケーリングをしてい
る)に見られるように形状精度は予見の場合にはdRy
(=R−Ry)が110μmであるのに対して従来系の場合
にはdRy(=R−RX)が812μmであり、本発明の場合に
著しい精度向上が確認されている。この場合にも第1実
施例の場合と同様に最大加速度は両系ともに略同じであ
った。
Similar to the case of the first embodiment, comparing the preview position control system according to the present invention with the conventional position control system, FIG. 6 (dRx, dR
As for y, the shape accuracy is dRy in the case of foreseeing, as shown in (5 times scaling for drawing convenience).
While (= R−Ry) is 110 μm, in the case of the conventional system, dRy (= R−R X ) is 812 μm, and in the case of the present invention, a remarkable improvement in accuracy is confirmed. Also in this case, the maximum acceleration was substantially the same in both systems as in the case of the first embodiment.

なお、この実施条件は、Ts,M,ω0c, Zおよびωともに第1実施例の前記実施条件と同一で
ある。また、円軌跡描画の同期を執るための波形(Si
n)周波数は1Hzである。
Note that this implementation condition is Ts, M, ω 0 , ω c , Both Z and ω 1 are the same as the execution conditions of the first embodiment. In addition, the waveform (Si
n) The frequency is 1Hz.

(第3実施例) この実施例は、第2実施例の円軌跡に代えて6m/min速
度でコーナ形状を描く場合である。直交コーナーに対
し、第7図に示されたようにY軸長(20mm)に対して予
見系がX軸方向に2.63mmにずれる、一方従来系ではX軸
方向に5.44mmのずれを生じ、ここにおいても予見系の精
度を著しく向上させることができた。
(Third Embodiment) In this embodiment, a corner shape is drawn at a speed of 6 m / min instead of the circular locus of the second embodiment. With respect to the orthogonal corner, as shown in Fig. 7, the preview system shifts to 2.63mm in the X-axis direction with respect to the Y-axis length (20mm), while the conventional system causes a shift of 5.44mm in the X-axis direction. Here too, the accuracy of the prediction system could be significantly improved.

なお、この実施例の実施条件は、Ts,M,ω0c, Zおよびωともに前記第1実施例および第2実施例の
場合と同じである。
The implementation conditions of this example are Ts, M, ω 0 , ω c , Both Z and ω 1 are the same as those in the first and second embodiments.

ここに、本実施例の場合も第2実施例の場合と同様
に、従来系において予見系と同じ形状精度を出すには理
論上、位置制御ループを略2.6倍に上げなければならな
かった。さらに、その場合には同一のランプ状位置入力
に対する従来系の最大加速度は本発明に係る予見系の2.
6倍となり、その制御的、機械的不具合から実用的に具
現化が至難であったことを付言する。
In the case of the present embodiment as well, in the same way as the case of the second embodiment, theoretically the position control loop had to be increased to about 2.6 times in order to obtain the same shape accuracy as the preview system in the conventional system. Further, in that case, the maximum acceleration of the conventional system for the same ramp-shaped position input is 2.
It becomes 6 times, and it is added that it was practically difficult to realize due to its control and mechanical defects.

従って、この実施例によれば、式(8)に定めたよう
に評価関数 を系の状態に即応させた変数としているから、従来系の
位置制御装置に対して産業機械の位置付け精度を飛躍的
に向上することができる。一方、精度を同じとするとき
には本発明に係る予見系の加速度は従来系に対し1/2.6
以下とすることができる。
Therefore, according to this embodiment, the evaluation function as defined in equation (8) Since is a variable adapted to the state of the system, it is possible to dramatically improve the positioning accuracy of the industrial machine as compared with the position control device of the conventional system. On the other hand, when the accuracy is the same, the acceleration of the prediction system according to the present invention is 1 / 2.6 that of the conventional system.
It can be:

このことは、従来の産業機械の機械系と同一の機械系
において位置制御ループゲインの最大値を決する許容最
大加速度と最大送り速度が制約されていてもその位置制
御ループゲインの最大値により定まった精度以上の形状
精度を達成することができるから機械系に何らの改変を
加えずして高精度、高速加工を保障できるという効果を
意味するものである。また、既設の機械系にも容易に適
用できるという産業上の実際的利益を有する。もとより
系の安定性は確保されている。
This is determined by the maximum value of the position control loop gain even if the allowable maximum acceleration and the maximum feed rate that determine the maximum value of the position control loop gain are restricted in the same mechanical system as the conventional industrial machine. Since it is possible to achieve a shape precision higher than the precision, it means that high precision and high speed machining can be guaranteed without any modification to the mechanical system. In addition, it has a practical industrial advantage that it can be easily applied to existing mechanical systems. Naturally, the stability of the system is secured.

さらに、以上の実施例ではレーザ加工機について開示
したが本発明の産業機械はこれに限定されない。すなわ
ち位置指令値発生手段1と制御手段2と駆動手段3とか
ら形成されかつ として表される位置制御ループを形成する産業機械であ
ればよいから刃物の位置制御を行う工作機械、本体に対
し腕の姿態を制御するロボット、製図板に対するペン位
置制御をする製図機等々にもそのまま適用される。
Further, although the laser processing machine is disclosed in the above embodiments, the industrial machine of the present invention is not limited to this. That is, the position command value generating means 1, the control means 2 and the driving means 3 are formed and As long as it is an industrial machine that forms a position control loop, the machine tool that controls the position of the blade, the robot that controls the posture of the arm with respect to the main body, the drawing machine that controls the pen position on the drawing board, etc. It is applied as it is.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は、適応性と安定性とを向上させつつ産業機械
の高精度位置決めを達成できるという優れた効果を有す
る。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an excellent effect that highly precise positioning of an industrial machine can be achieved while improving adaptability and stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る産業機械の位置制御装置のブロッ
ク図、第2図は同じく詳細ブロック図、第3図は同じく
フィードフォワードの演算回路構成図、第4図は同じく
制御対象たる駆動手段に出力する制御入力ベクトル を求めるフローチャート、第5図、第6図、第7図は第
2図、第3図、第4図のブロック図等により実施した場
合の精度等結果を示すグラフであって、第5図は直線軌
跡を描く第1実施例、第6図は円軌跡を描く第2実施
例、第7図はコーナを描く第3実施例の場合である。お
よび第8図、第9図、第10図は従来の産業機械を示し第
8図は主に機械系を示す概略構成図、第9図はブロック
図、第10図はレーザ加工機の全体構成図である。 1……位置指令値発生手段、2……制御手段、3……制
御対象である駆動手段、5……静止体たる梁部材、35…
…可動体。
FIG. 1 is a block diagram of a position control device for an industrial machine according to the present invention, FIG. 2 is a detailed block diagram of the same, FIG. 3 is a feedforward arithmetic circuit configuration diagram, and FIG. 4 is a drive means that is also a control target. Control input vector to output to FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 7 are graphs showing the results of accuracy and the like in the case of carrying out by the block diagrams of FIG. 2, FIG. 3, and FIG. The first embodiment draws a straight line trajectory, FIG. 6 shows the second embodiment draws a circle trajectory, and FIG. 7 shows the third embodiment draws a corner. FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10 show a conventional industrial machine, FIG. 8 is a schematic configuration diagram mainly showing a mechanical system, FIG. 9 is a block diagram, and FIG. 10 is an overall configuration of a laser processing machine. It is a figure. 1 ... Position command value generating means, 2 ... Control means, 3 ... Driving means to be controlled, 5 ... Beam member as stationary body, 35 ...
… Movable body.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】静止体に対して可動体を駆動する駆動手段
と、この駆動手段の位置を指令するための位置指令値信
号を出力する位置指令値発生手段と、前記駆動手段とと
もにX(k+1)=Φ・X(k)+G・U(k)として表される位置制
御ループを形成する制御手段と、を備えて構成された産
業機械の位置制御装置において、 前記制御手段は、前記位置指令値発生手段から出力され
る位置指令値信号R0(k)を入力信号とし、かつ前記静止
体と可動体との関係で定まる状態変数X(k)をフィードバ
ック信号として規定した評価関数 が最小化するように求めた制御入力ベクトルU(k)を前記
駆動手段に出力するように構成されたことを特徴とする
産業機械の位置制御装置。 ただし、 X(k):系の状態変数ベクトル(n×1) Φ:制御対象の係数行列(n×n) G:入力行列(n×m) U(k):制御入力ベクトル(m×1) R0(k):拡大位置指令値信号 FM:最終値行列(n×n) Q:半正定対称行列(n×n) H(i):正定対称行列(m×m) i=1,…,M(Mは予見期間すなわちサンプリング回数) である。また、 [R0(k+M)−X(k+M)T,[Ro(j)−X(j)T,U▲T (j-1)▼ は、それぞれ [R0(k+M)−X(k+M)],[R0(j)−X(j)],U(j-1) の転置行列を表す。
1. A driving means for driving a movable body with respect to a stationary body, a position command value generating means for outputting a position command value signal for commanding the position of the driving means, and X (k +1) = Φ · X (k) + G · U (k) , a control means forming a position control loop, and a position control device for an industrial machine, the control means comprising: An evaluation function in which the position command value signal R 0 (k) output from the position command value generating means is used as an input signal, and the state variable X (k) determined by the relationship between the stationary body and the movable body is defined as a feedback signal. A position control device for an industrial machine, which is configured to output a control input vector U (k) obtained so as to minimize to the drive means. Where X (k) : System state variable vector (n × 1) Φ: Control target coefficient matrix (n × n) G: Input matrix (n × m) U (k) : Control input vector (m × 1) ) R 0 (k) : Enlarged position command value signal F M : Final value matrix (n × n) Q: Semi-positive definite symmetric matrix (n × n) H (i) : Positive definite symmetric matrix (m × m) i = 1 , ..., M (M is the prediction period, that is, the number of samplings). Also, [R 0 (k + M) −X (k + M) ] T , [R o (j) −X (j) ] T , U ▲ T (j-1) ▼ are respectively [R 0 ( k + M) -X (k + M) ], [ R0 (j) -X (j) ], and U (j-1) .
JP62086652A 1987-04-07 1987-04-07 Position control device for industrial machinery Expired - Lifetime JP2563318B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62086652A JP2563318B2 (en) 1987-04-07 1987-04-07 Position control device for industrial machinery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62086652A JP2563318B2 (en) 1987-04-07 1987-04-07 Position control device for industrial machinery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63250701A JPS63250701A (en) 1988-10-18
JP2563318B2 true JP2563318B2 (en) 1996-12-11

Family

ID=13892962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62086652A Expired - Lifetime JP2563318B2 (en) 1987-04-07 1987-04-07 Position control device for industrial machinery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2563318B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60142404A (en) * 1983-12-28 1985-07-27 Fujitsu Ltd Constituting method of control system
JPS61249101A (en) * 1985-04-27 1986-11-06 Fuji Electric Co Ltd Optimum control system

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63250701A (en) 1988-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0012620B1 (en) Closed loop type numerical-controlled machine tool
KR100354878B1 (en) Servo control method for orbital machining with cutting tool and servo control system for orbital machining
US5920169A (en) Servomotor control method
JPH0549284A (en) Method of controlling speed of synchronous type ac servo-motor
JP4796936B2 (en) Processing control device
US5936366A (en) Servo adjustment method and apparatus thereof
KR0180953B1 (en) Method of controlling the normal direction of the main shaft of the numerical machine tool
JP2563318B2 (en) Position control device for industrial machinery
JPH0452908A (en) Tool deformation correcting system
JP2559107B2 (en) Position control method
JPH05165509A (en) Routing method for deburring robot
JP2676506B2 (en) Motion control method for laser processing
JPS61163406A (en) Robot control device
JP4982170B2 (en) Machining control device and machining control program
JPH07200034A (en) Device and method for controlling acceleration/ deceleration for working head
JPS61217802A (en) Robot controller
JP2709056B2 (en) Position control method
JP2515549B2 (en) Arc trajectory control device for multi-axis servo mechanism
JP3520142B2 (en) Quadrant projection correction parameter determination device
JP3350687B2 (en) Robot control method and robot control device
JPH0789298B2 (en) Position control device
Wang et al. Precision RIC Contouring Control Method for Polar Coordinate Motion Systems
JP2858696B2 (en) Preview control method
JPH048473A (en) Chopping control system
JP2579911B2 (en) High-speed NC processing machine by copying operation

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070919

Year of fee payment: 11