JP2816045B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボット，ＮＣ工作機
械等の位置決め制御装置に関し、特に短時間に高精度の
位置決めを実現する位置決め制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の位置決め制御装置によれば、図１
に示すように、速度制御手段１を用いて電動機により制
御対象２の位置を制御する場合、位置検出手段３を用い
て検出した位置に対し、移動距離が目標値として入力さ
れる位置−速度関数発生手段４の出力を、速度制御手段
１の速度指令として与えている。したがって、現在位置
に応じた速度指令により、制御対象２が速度制御され、
位置決めされる。位置−速度関数は、目標位置において
零に設定されているので、最終的には電動機は停止す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
従来の位置制御装置は、位置制御系の一巡伝達関数に基
づく応答遅れのため、与えられた移動距離に必要な速度
指令を与えても、図２に示すように電動機速度５はそれ
ぞれの位置において速度指令６に比し応答が遅れる。そ
のため、現在位置に必要な速度となり得ず、大きい位置
誤差が発生する。この誤差は、加速のとき負、減速のと
き正の値となるが、図２に示すように加減速の応答が異
なるため、正負打ち消すことができず、また負荷変化に
対して正負の違いが大となり、大きな位置誤差を発生す
る主たる原因となっている。

【０００４】本発明の目的は、上述のような問題を解決
し、位置誤差が零となるように動作する高性能な位置決
め制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、位置制御系の
フィードバックループのみを用いるのではなく、移動距
離が与えられた場合、その与えられた距離移動するのに
必要な時間−速度関数を発生し、位置制御系より応答の
早い速度制御系の速度指令として与える。その結果生ず
る位置誤差をフィードバックし、時間−位置関数より計
算した位置基準値に対し、位置検出値との偏差を補正す
ることにより、位置誤差を減少するよう動作させる。同
時に、あらかじめ計測した負荷変化、すなわち電動機電
流の変化に対し発生する位置誤差を零とするのに必要な
調整量を数式化して用意しておき、電動機電流の変化に
対して発生する位置誤差を補償するように、速度基準値
を補正する。これらの機能により、位置誤差が零となる
ように動作する位置決め制御装置を実現できる。

【０００６】図３は、本発明の位置決め制御装置の全体
構成を示すブロック図である。図において、７は速度制
御手段で、速度基準値８により速度制御する。９は電流
制御手段で、速度制御系のマイナループを構成し、電動
機電流を制御する。１０は制御対象で、位置を出力とし
ている。１１は時間−速度関数発生手段で、移動距離を
目標値として入力し、時間に対する速度基準値８を出力
としている。１２は時間−位置関数発生手段で、速度指
令を積分演算し、位置指令を発生する。１３は位置検出
手段で、位置検出値を出力する。突き合わせ点１４によ
り位置指令と位置検出値との偏差を求め、最終的に速度
基準値８に速度補正信号を与える。ただこの方法では、
制御対象１０の負荷が変化すると、それに基づく位置決
め誤差が発生する。そこで、負荷すなわち電動機電流が
変化した場合、位置誤差を零とする補償量すなわち誤差
補償関数を、誤差関数発生手段１５により発生し、その
値により突き合わせ点１４で求められた偏差に対し、位
置誤差補償手段１６を用いて速度基準値８を補正する。

【０００７】以上、移動距離が与えられると、時間−速
度関数発生手段１１の速度基準値８により速度制御され
位置決めが進むが、時間−位置関数発生手段１２の出力
する位置指令と位置検出手段１３の出力する位置検出値
との偏差すなわち位置誤差が発生する。この位置誤差は
負荷電流の増加に対し増大する。そこで、電動機電流に
基づく位置誤差を補償して、基準位置と実際の位置の差
すなわち位置誤差がなくなるように制御する。

【０００８】

【作用】移動距離が与えられると、時間積分値が丁度そ
の移動距離となるような、図４（Ａ）に示す時間−速度
関数１７を、時間−速度関数発生手段１１により発生す
る。この速度関数を、速度制御系の速度基準値８として
与えて制御し、制御対象が位置決めされる。この場合、
速度制御系の応答遅れのため、実際の速度はその刻々の
速度基準値に対し、図４（Ａ）の１８の応答に示すよう
に応答遅れを発生する。この加速期間と減速期間の応答
遅れの違いから、位置決め誤差を発生する。そこで、速
度基準値８の積分から、時間−位置関数発生手段１２に
より、時間に対する位置基準値を発生し、位置検出手段
１３の位置信号と、突き合わせ点１４により突き合わ
せ、偏差すなわち位置誤差を求める。その結果、求めら
れた位置誤差の信号により、速度指令値８を直接修正す
るならば、図４（Ａ）の応答１８に基づく誤差は減少す
る。しかしながら、図４（Ｂ）に示すように、電動機負
荷電流Ｉ_L がΔＩ_L 増加すると、電動機電流波形は１９
から２０に変わるので、電動機速度波形は図４（Ａ）の
２１のようになる。図４（Ａ）において、波形１７と２
１の面積の差が位置誤差に比例するので、負荷の増加に
より、加速期間の応答速度の遅れと減速期間の応答速度
の進みにより、位置誤差はさらに増加する傾向にある。
そこで、負荷の変化に対する位置誤差を零とする補償量
を、あらかじめ計測し関数式化しておき、その関数を誤
差関数発生手段１５により発生し、位置誤差補償手段１
６に与えて、その出力により速度指令８を修正する。そ
の結果、負荷変化に対しても加速時と減速時に発生する
位置誤差を補償するので、停止時の位置誤差をほとんど
零にすることができる。

【０００９】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の実施例を詳細
に説明する。図５は、本発明の一実施例のブロック図で
ある。図において、２２は時間−速度関数発生手段で、
移動距離が与えられると、それを満足する時間−速度関
数を発生する。定トルク直線加速の場合の加速，定速お
よび減速の各期間における、時間−速度関数を表１の左
側に示す。

【００１０】

【表１】

【００１１】速度制御系は、速度制御手段２３，電流制
御手段２４、電力変換器２５，電動機２６，回転パルス
発生器２７，位置制御対象２８，電流検出手段２９，速
度検出手段３０から成り、電流制御系をマイナループに
もつ速度フィードバック系から構成されている。電動機
速度は、時間−速度関数発生手段２２により作られた、
速度基準値に応じて制御される。この場合、図４（Ａ）
に示したように、時間−速度関数１７、すなわち速度基
準値に比し、実際の電動機速度１８は応答が遅れるため
位置誤差を発生する。そこで、表１の右側に示すような
時間−位置関数を、時間−位置関数発生手段３１により
発生し、それを基準値として、位置検出手段３２により
得られた、位置の帰還値と突き合わせ、その結果の位置
誤差信号を、位置誤差補償手段３３に与え、その出力に
より速度制御系の速度基準値を補正する。ところが、た
とえば電動機負荷が増加すると、これに対応して位置誤
差が増加するので、各負荷すなわち電動機電流に対して
位置誤差が零となるように、位置誤差補正手段３３の補
償定数を調整したとする。この電動機電流に対する位置
誤差補償手段３３の調整量をグラフに示すと図６のよう
な関数になる。それゆえ、負荷電流を電流検出手段２９
により検出し、その値に対する調整量すなわち図６に示
すような負荷電流に対する関数を誤差関数発生手段３４
で発生し、その関数に応じて位置誤差補償手段３３の係
数を変化させ、その結果を用いて速度基準値を補正する
ことにより、位置決め誤差をほとんど零にすることがで
きる。

【００１２】以上の説明において、位置制御対象２８の
現在位置を、位置検出手段３２により検出したが、この
方法の代わりに、回転位置パルス発生器２７の単位時間
のパルス数をカウンタ３５等を用いて計数し、図５の点
線で示すように位置検出信号として用いても、実質的に
同様の制御をすることができる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
移動距離を速度基準値として速度制御系に与えるので、
従来の方法に比し数〜１０倍程度応答性よく速度制御で
きるので、短時間にかつ精度の良い位置決めができる。
なお、電動機負荷が増加することに基づく位置決め誤差
増加の問題に対しては、位置決め誤差を零とするのに必
要な調整量を関数発生し、これを用いて位置誤差が零に
なるよう補償するように、速度基準値を補正するので、
極めて高い位置決め精度が得られる。実際、本発明の位
置決め制御装置を試作し、実験した結果では、位置誤差
補償しない場合の位置決め精度が、３．３％であったの
に対し、誤差関数発生手段を用いて位置誤差補償した場
合の位置決め精度は、０．１％以内に向上した。なお、
位置検出手段の入力として、回転パルス発生器のパルス
積分を用いる方法では、位置検出器が不要となり、経済
的効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の位置決め制御装置のブロック図である。

【図２】従来の位置決め制御装置の制御系の位置−速度
関数および応答を示す図である。

【図３】本発明の原理を示すブロック図である。

【図４】時間−速度関数および負荷電流が増加した場合
の応答の変化を示す図である。

【図５】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図６】電動機負荷電流に対する位置誤差補正量のグラ
フを示す図である。

【符号の説明】

１ 速度制御手段 ２ 制御対象 ３ 位置検出手段 ４ 位置−速度関数発生手段 ５ 電動機速度応答 ６ 位置−速度関数 ７ 速度制御手段 ８ 速度基準値 ９ 電流制御手段 １０ 制御対象 １１ 時間−速度関数発生手段 １２ 時間−位置関数発生手段 １３ 位置検出手段 １４ 突き合わせ点 １５ 誤差関数発生手段 １６ 位置誤差補償手段 １７ 速度指令 １８ 応答速度 １９ 電動機電流応答波形 ２０ 負荷増加時の電流応答波形 ２１ 負荷補償後の応答速度 ２２ 時間−速度関数発生手段 ２３ 速度制御手段 ２４ 電流制御手段 ２５ 電力変換器 ２６ 可変速電動機 ２７ 回転パルス発生器 ２８ 位置制御対象 ２９ 電流検出手段 ３０ 速度検出手段 ３１ 時間−位置関数発生手段 ３２ 位置検出手段 ３３ 位置誤差補償手段 ３４ 誤差関数発生手段 ３５ カウンタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動機により駆動される移動体の位置を制
   御する目的で、移動距離指令と、移動体の現在位置検出
   信号と、電動機速度検出信号と、電動機電流検出信号と
   が入力され、移動体駆動用電動機に対して操作信号を出
   力する位置決め制御装置であって、 位置決め制御装置は、時間−速度関数発生手段と、速度
   制御手段と、時間−位置関数発生手段と、誤差関数発生
   手段を備え、 前記時間−速度関数発生手段は、前記移動距離指令が入
   力され、時間の関数で変化する速度指令パターンを、前
   記速度制御手段に対して出力するものであり、 前記時間−位置関数発生手段は、前記時間−速度関数発
   生手段の出力が入力され、時間の関数で変化する位置指
   令パターンを出力するものであり、 前記誤差関数発生手段は、前記電動機電流検出信号が入
   力され、位置誤差の実測結果に基づいて作成された、電
   流をパラメータとする関数式を用いて位置誤差補償量を
   出力するものであり、 前記速度制御手段は、前記時間−速度関数発生手段の出
   力信号と、前記時間−位置関数発生手段の出力信号と前
   記現在位置検出信号の偏差量と、前記誤差関数発生手段
   の出力信号との三者の和信号を速度指令として入力し、
   別途入力される前記電動機速度検出信号との偏差信号と
   を用いて電動機を速度制御するものである、 ことを特徴とする位置決め制御装置。