JP2833730B2 - 位置制御装置 - Google Patents
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- JP2833730B2 JP2833730B2 JP5049473A JP4947393A JP2833730B2 JP 2833730 B2 JP2833730 B2 JP 2833730B2 JP 5049473 A JP5049473 A JP 5049473A JP 4947393 A JP4947393 A JP 4947393A JP 2833730 B2 JP2833730 B2 JP 2833730B2
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/32—Automatic controllers electric with inputs from more than one sensing element; with outputs to more than one correcting element
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/42—Servomotor, servo controller kind till VSS
- G05B2219/42055—Pi control for speed
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- G—PHYSICS
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B2219/42064—Position, speed and acceleration
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、各種電動機の駆動装
置、例えば、サーボコントローラ、主軸コントローラ、
数値制御装置の位置制御装置に関するものである。
置、例えば、サーボコントローラ、主軸コントローラ、
数値制御装置の位置制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１３は、従来における位置制御装置に
おいて、サーボシステムの制御信号の流れを伝達関数を
用いて示したブロック図である。図１３において、１は
位置ループゲイン演算部、２は速度ループ比例積分補償
部、３はイナーシャ部、４は積分器をそれぞれ示す。図
１３において、位置指令は、位置フィードバック信号と
の偏差をとられた後、位置ループゲイン演算部１により
増幅され、速度指令を出力する。該速度指令は速度フィ
ードバック信号との偏差をとられた後、さらに、速度ル
ープ比例積分補償部２により増幅され、トルク指令を出
力する。該トルク指令は、負荷トルク減少分以外は、イ
ナーシャ部３の成分に応じたモータの速度となる。該速
度は、上記のように速度フィードバック信号として負帰
還される。また、該速度の積分器４による時間積分であ
る位置は上記位置フィードバック信号として取り出され
る。
おいて、サーボシステムの制御信号の流れを伝達関数を
用いて示したブロック図である。図１３において、１は
位置ループゲイン演算部、２は速度ループ比例積分補償
部、３はイナーシャ部、４は積分器をそれぞれ示す。図
１３において、位置指令は、位置フィードバック信号と
の偏差をとられた後、位置ループゲイン演算部１により
増幅され、速度指令を出力する。該速度指令は速度フィ
ードバック信号との偏差をとられた後、さらに、速度ル
ープ比例積分補償部２により増幅され、トルク指令を出
力する。該トルク指令は、負荷トルク減少分以外は、イ
ナーシャ部３の成分に応じたモータの速度となる。該速
度は、上記のように速度フィードバック信号として負帰
還される。また、該速度の積分器４による時間積分であ
る位置は上記位置フィードバック信号として取り出され
る。
【０００３】上記システムにおいて、実際に機械を稼働
させた場合、速度ループ応答は位置ループ応答に比べ十
分高いため、等価的に、機械の動作としては、図１４
（Ａ），（Ｂ）に示される位置ループの応答に近似され
る。図１４（Ａ）に示した位置ループの特性は、数３に
示す伝達関数Ｇ（Ｓ）となる。
させた場合、速度ループ応答は位置ループ応答に比べ十
分高いため、等価的に、機械の動作としては、図１４
（Ａ），（Ｂ）に示される位置ループの応答に近似され
る。図１４（Ａ）に示した位置ループの特性は、数３に
示す伝達関数Ｇ（Ｓ）となる。
【０００４】
【数３】
【０００５】次に、図１４（Ｂ）について説明する。ｔ
0 時間で所定の位置へ移動（移動距離Ｓ）するという位
置指令が与えられたとき、実際の機械（モータ）の動き
は、位置ループの追従遅れ（位置ループ時定数）にて追
従する。このときの位置に関する速度指令入力として
は、図に示した如く与えられることになり、この面積が
所定の位置となる（時間×速度）。このような入力に対
し、モータの速度は下図に示すような１次遅れの動きと
なり、また、モータが発生するトルクは加速開始時と減
速開始時に急峻なトルクを発生することになる。
0 時間で所定の位置へ移動（移動距離Ｓ）するという位
置指令が与えられたとき、実際の機械（モータ）の動き
は、位置ループの追従遅れ（位置ループ時定数）にて追
従する。このときの位置に関する速度指令入力として
は、図に示した如く与えられることになり、この面積が
所定の位置となる（時間×速度）。このような入力に対
し、モータの速度は下図に示すような１次遅れの動きと
なり、また、モータが発生するトルクは加速開始時と減
速開始時に急峻なトルクを発生することになる。
【０００６】上記位置制御装置においては、位置ループ
が１次遅れの１時定数を持ち、指令に追従していたた
め、同時２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）にて真円を描くと、図１５
に示すように実際のモータの奇跡は、１次遅れの時定数
だけ内側にはいった円を描く。このときの半径減少量Δ
Ｒは数４により示される。
が１次遅れの１時定数を持ち、指令に追従していたた
め、同時２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）にて真円を描くと、図１５
に示すように実際のモータの奇跡は、１次遅れの時定数
だけ内側にはいった円を描く。このときの半径減少量Δ
Ｒは数４により示される。
【０００７】
【数４】
【０００８】このとき、Ｒは円弧の半径、Ｆは接線方向
スピードである。現在、この遅れのために発生する半径
誤差ΔＲを補正するために、図１６に示すフィードフォ
ワード制御が用いられている。このフィードフォワード
制御を用いることにより、半径減少量ΔＲは数５に示さ
れるようになる。
スピードである。現在、この遅れのために発生する半径
誤差ΔＲを補正するために、図１６に示すフィードフォ
ワード制御が用いられている。このフィードフォワード
制御を用いることにより、半径減少量ΔＲは数５に示さ
れるようになる。
【０００９】
【数５】
【００１０】このフィードフォワード制御部７を用いて
フィードフォワード係数αを１とすることによって、１
次遅れを１次微分で打ち消すことになり、指令に対し遅
れのないモータ奇跡が得られることになる。
フィードフォワード係数αを１とすることによって、１
次遅れを１次微分で打ち消すことになり、指令に対し遅
れのないモータ奇跡が得られることになる。
【００１１】ここで、ｋｐは位置ループのゲイン、１／
ｋｐは位置ループの時定数、Ｓはラプラス演算子である
（以下、同様）。
ｋｐは位置ループの時定数、Ｓはラプラス演算子である
（以下、同様）。
【００１２】その他、この発明に関連する参考技術文献
として、特開昭６０−２０９８１２号公報に開示されて
いる「加減速制御方式」がある。
として、特開昭６０−２０９８１２号公報に開示されて
いる「加減速制御方式」がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フ
ィードフォワード制御は、指令を微分して加算するた
め、指令の演算誤差等にも微分がかかり、振動成分の多
い波形となってしまい、その結果、α＝１にすると機械
振動を誘発しやすく、αの１００％の補正は難しく、滑
らかな応答波形は得られず、機械に対し振動を与えてし
まうという問題点があった。
ィードフォワード制御は、指令を微分して加算するた
め、指令の演算誤差等にも微分がかかり、振動成分の多
い波形となってしまい、その結果、α＝１にすると機械
振動を誘発しやすく、αの１００％の補正は難しく、滑
らかな応答波形は得られず、機械に対し振動を与えてし
まうという問題点があった。
【００１４】また、上記フィードフォワード制御では、
指令に対する追従性に対して効果はあるが、位置フィー
ドバック系への外乱に対する抑制効果がないという問題
点があった。この問題点を解消するため、位置フィード
バックへの外乱に対する抑制効果を上げるためには、位
置ループゲインｋｐを高くすることが必要であるが、図
１４に示したトルク波形に示すように、モータの速度変
化がきつくなり、機械に与えるショックが大きくなると
共に、高周波の成分（機械系の共振、ノイズ）をひろい
やすくなるため、安定的にゲインが上がらないという問
題点があった。
指令に対する追従性に対して効果はあるが、位置フィー
ドバック系への外乱に対する抑制効果がないという問題
点があった。この問題点を解消するため、位置フィード
バックへの外乱に対する抑制効果を上げるためには、位
置ループゲインｋｐを高くすることが必要であるが、図
１４に示したトルク波形に示すように、モータの速度変
化がきつくなり、機械に与えるショックが大きくなると
共に、高周波の成分（機械系の共振、ノイズ）をひろい
やすくなるため、安定的にゲインが上がらないという問
題点があった。
【００１５】さらに、図１７は、１次系によるハイゲイ
ン化と本発明による高次系との比較を示すグラフであ
る。従来における１次系でのハイゲイン化では、制御に
必要な帯域を上げると図１７（Ａ）の点線によって示し
た系になってしまい、高周波の外乱成分もゲイン化が上
がるため振動しやすくなる。すなわち、従来における１
次遅れ系では減衰の特性が−２０ｄＢの特性であるた
め、ゲインを上昇させると必要な帯域幅も上がるが、高
周波成分のゲインもそれに比例して高くなり、高周波ノ
イズの影響を受けやすい系を構成するという問題点があ
った。
ン化と本発明による高次系との比較を示すグラフであ
る。従来における１次系でのハイゲイン化では、制御に
必要な帯域を上げると図１７（Ａ）の点線によって示し
た系になってしまい、高周波の外乱成分もゲイン化が上
がるため振動しやすくなる。すなわち、従来における１
次遅れ系では減衰の特性が−２０ｄＢの特性であるた
め、ゲインを上昇させると必要な帯域幅も上がるが、高
周波成分のゲインもそれに比例して高くなり、高周波ノ
イズの影響を受けやすい系を構成するという問題点があ
った。
【００１６】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、内部の制御ループゲインを適
切な値にとることにより、応答性が高く、安定した制御
ループが得られ、さらに、滑らかな応答波形が得られ、
機械に対し振動を与えない位置制御装置を得ることを目
的とする。
るためになされたもので、内部の制御ループゲインを適
切な値にとることにより、応答性が高く、安定した制御
ループが得られ、さらに、滑らかな応答波形が得られ、
機械に対し振動を与えない位置制御装置を得ることを目
的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明は、可動部の位
置を検出する位置検出手段により検出された位置情報を
フィードバックする位置制御装置において、第２の制御
ループを内部に有することにより、位置制御ループを２
次系にする第１，第２の制御ループを具備するものであ
る。
置を検出する位置検出手段により検出された位置情報を
フィードバックする位置制御装置において、第２の制御
ループを内部に有することにより、位置制御ループを２
次系にする第１，第２の制御ループを具備するものであ
る。
【００１８】また、前記２次系の位置制御ループ特性の
伝達関数は、
伝達関数は、
【００１９】
【数６】
【００２０】となるものである。
【００２１】また、可動部の位置を検出する位置検出手
段により検出された位置情報をフィードバックする位置
制御装置において、第２の制御ループおよび第３の制御
ループを内部に有することにより、位置制御ループを３
次系にする第１，第２，第３の制御ループを具備するも
のである。
段により検出された位置情報をフィードバックする位置
制御装置において、第２の制御ループおよび第３の制御
ループを内部に有することにより、位置制御ループを３
次系にする第１，第２，第３の制御ループを具備するも
のである。
【００２２】また、前記３次系の位置制御ループ特性の
伝達関数は、
伝達関数は、
【００２３】
【数７】
【００２４】となるものである。
【００２５】また、この発明は、位置指令から位置フィ
ードバックとの差分をとり、位置ループゲインを乗じて
指令の速度指令を出力し、前記指令の速度指令と指令の
速度フィードバックとの差分をとり、ゲインを乗じて指
令の加速度成分を出力し、前記指令の加速度成分を積分
することにより指令の速度フィードバック成分を出力
し、前記指令の速度フィードバック成分を積分すること
により、指令の位置フィードバック成分を出力するもの
である。
ードバックとの差分をとり、位置ループゲインを乗じて
指令の速度指令を出力し、前記指令の速度指令と指令の
速度フィードバックとの差分をとり、ゲインを乗じて指
令の加速度成分を出力し、前記指令の加速度成分を積分
することにより指令の速度フィードバック成分を出力
し、前記指令の速度フィードバック成分を積分すること
により、指令の位置フィードバック成分を出力するもの
である。
【００２６】また、位置指令から位置フィードバックと
の差分をとり、位置ループゲインを乗じて第２の制御ル
ープの指令（指令の速度指令成分）を出力し、前記第２
の制御ループの指令から位置のフィードバックの微分成
分（指令の速度フィードバック成分）との差分に第２の
制御ループゲインを乗じて第３の制御ループの指令を出
力し、前記第３の制御ループの指令から位置フィードバ
ックの２回微分成分（指令の加速度フィードバック成
分）との差分に第３の制御ループゲインを乗じ、これを
積分することにより指令の加速度フィードバック成分を
出力するものである。
の差分をとり、位置ループゲインを乗じて第２の制御ル
ープの指令（指令の速度指令成分）を出力し、前記第２
の制御ループの指令から位置のフィードバックの微分成
分（指令の速度フィードバック成分）との差分に第２の
制御ループゲインを乗じて第３の制御ループの指令を出
力し、前記第３の制御ループの指令から位置フィードバ
ックの２回微分成分（指令の加速度フィードバック成
分）との差分に第３の制御ループゲインを乗じ、これを
積分することにより指令の加速度フィードバック成分を
出力するものである。
【００２７】
【作用】この発明は、位置制御ループ内に第２の制御ル
ープ、あるいは、第２，第３の制御ループを持つことに
より、位置制御ループの次数を上げ、第２の制御ループ
ゲインと第３の制御ループゲインを、位置ループゲイン
に対しオーバーシュートをおこさない最小なゲインの値
とする。
ープ、あるいは、第２，第３の制御ループを持つことに
より、位置制御ループの次数を上げ、第２の制御ループ
ゲインと第３の制御ループゲインを、位置ループゲイン
に対しオーバーシュートをおこさない最小なゲインの値
とする。
【００２８】
〔実施例１〕次に、この発明の第１の実施例について説
明する。図１は、第２の制御ループを内部に有する位置
制御装置の構成を示す。図１において、１は位置ループ
ゲイン演算部（ｋｐ）、１ａは第２の制御ループゲイン
演算部（ｋｐ１）、４は積分器、１０は第１の制御ルー
プ、１１は第２の制御ループを示す。図１は、内部に第
２の制御ループ１１を有することにより、伝達関数Ｇ
（ｓ）は、以下の数８に示す２次系の位置ループ特性に
なる。
明する。図１は、第２の制御ループを内部に有する位置
制御装置の構成を示す。図１において、１は位置ループ
ゲイン演算部（ｋｐ）、１ａは第２の制御ループゲイン
演算部（ｋｐ１）、４は積分器、１０は第１の制御ルー
プ、１１は第２の制御ループを示す。図１は、内部に第
２の制御ループ１１を有することにより、伝達関数Ｇ
（ｓ）は、以下の数８に示す２次系の位置ループ特性に
なる。
【００２９】
【数８】
【００３０】上記数８において、オーバーシュートのな
い特性を得るには、ζ≧１にする必要がある。また、オ
ーバーシュートのおきない限界であるζ＝１にするため
には、以下の数９に設定すればよい。
い特性を得るには、ζ≧１にする必要がある。また、オ
ーバーシュートのおきない限界であるζ＝１にするため
には、以下の数９に設定すればよい。
【００３１】
【数９】
【００３２】上記数９を数８へ代入することにより、２
次の位置ループの伝達特性は、以下の数１０となる。
次の位置ループの伝達特性は、以下の数１０となる。
【００３３】
【数１０】
【００３４】このときの半径減少ΔＲは、数１１に示さ
れる。
れる。
【００３５】
【数１１】
【００３６】従って、従来における１次遅れの位置ルー
プの半径減少量の半分にすることが可能となる。また、
フィードフォワードの効果として、７０％（α＝０．
７）のフィードフォワードをかけた効果を奏する。
プの半径減少量の半分にすることが可能となる。また、
フィードフォワードの効果として、７０％（α＝０．
７）のフィードフォワードをかけた効果を奏する。
【００３７】次に、動作について説明する。図２は、図
１に示した位置制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。まず、位置指令（Ａ）から位置フィードバック
（Ｄ）との差分をとり（Ｓ２０１）、その差分に対して
位置ループゲインｋｐを乗じて指令の速度指令（Ｂ）を
出力する（Ｓ２０２）。次に、指令の速度指令（Ｂ）と
指令の速度フィードバック（Ｃ）との差分をとり（Ｓ２
０３）、該差分に対してゲインｋｐ１を乗じて指令の加
速度成分を出力する（Ｓ２０４）。さらに、指令の加速
度成分を積分（１／Ｓ）することにより、指令の速度フ
ィードバック成分（Ｃ）を出力し（Ｓ２０５）、該指令
の速度フィードバック成分（Ｃ）を積分（１／Ｓ）する
ことにより、指令の位置フィードバック成分を出力する
（Ｓ２０６）。
１に示した位置制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。まず、位置指令（Ａ）から位置フィードバック
（Ｄ）との差分をとり（Ｓ２０１）、その差分に対して
位置ループゲインｋｐを乗じて指令の速度指令（Ｂ）を
出力する（Ｓ２０２）。次に、指令の速度指令（Ｂ）と
指令の速度フィードバック（Ｃ）との差分をとり（Ｓ２
０３）、該差分に対してゲインｋｐ１を乗じて指令の加
速度成分を出力する（Ｓ２０４）。さらに、指令の加速
度成分を積分（１／Ｓ）することにより、指令の速度フ
ィードバック成分（Ｃ）を出力し（Ｓ２０５）、該指令
の速度フィードバック成分（Ｃ）を積分（１／Ｓ）する
ことにより、指令の位置フィードバック成分を出力する
（Ｓ２０６）。
【００３８】〔実施例２〕次に、この発明による第２の
実施例を説明する。図３は、第２，第３の制御ループを
内部に有する位置制御装置の構成を示す。１は位置ルー
プゲイン演算部（ｋｐ）、１ａは第２の制御ループゲイ
ン演算部（ｋｐ１）、１ｂは第３の制御ループゲイン演
算部（ｋｐ２）、１０は第１の制御ループ、１１は第２
の制御ループ、１２は第３の制御ループである。
実施例を説明する。図３は、第２，第３の制御ループを
内部に有する位置制御装置の構成を示す。１は位置ルー
プゲイン演算部（ｋｐ）、１ａは第２の制御ループゲイ
ン演算部（ｋｐ１）、１ｂは第３の制御ループゲイン演
算部（ｋｐ２）、１０は第１の制御ループ、１１は第２
の制御ループ、１２は第３の制御ループである。
【００３９】図３に示した位置制御装置は、内部に第
２，第３の制御ループ１１，１２をもつことにより、伝
達関数Ｇ（ｓ）は、数１２に示す３次系の位置ループ特
性となる。
２，第３の制御ループ１１，１２をもつことにより、伝
達関数Ｇ（ｓ）は、数１２に示す３次系の位置ループ特
性となる。
【００４０】
【数１２】
【００４１】また、３次系の一般式は、数１３により表
わされる。
わされる。
【００４２】
【数１３】
【００４３】この３次系がオーバーシュートを起さない
ためには、Ｓ2 ＋２ζωns＋ωn2の共約複素根の実数部
に対し、Ｐr が小さいことが条件となる。従って、数１
４を充足させることが必要である。
ためには、Ｓ2 ＋２ζωns＋ωn2の共約複素根の実数部
に対し、Ｐr が小さいことが条件となる。従って、数１
４を充足させることが必要である。
【００４４】
【数１４】
【００４５】また、オーバーシュートをおこさない限界
値は、数１５となる。
値は、数１５となる。
【００４６】
【数１５】
【００４７】上記数１５を数１３に代入すると、数１６
となる。
となる。
【００４８】
【数１６】
【００４９】上記数１３と数１６により下記の数１７が
成立する。
成立する。
【００５０】
【数１７】
【００５１】数１７において、ζとωn を消却すること
により、数１８が得られる。
により、数１８が得られる。
【００５２】
【数１８】
【００５３】上記数１８を満足させるｋｐ１，ｋｐ２を
与えることにより、オーバーシュートのない３次系が得
られる。
与えることにより、オーバーシュートのない３次系が得
られる。
【００５４】ここで、ｋｐ2 が実根を持つ条件は、数１
９により数２０となる。
９により数２０となる。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
【数２０】
【００５７】このときのｋｐ２は重根となり、ｋｐ２＝
６ｋｐとなる。このｋｐ１（８／３ｋｐ）とｋｐ２を与
えたときの上記数８は、数２１となる。
６ｋｐとなる。このｋｐ１（８／３ｋｐ）とｋｐ２を与
えたときの上記数８は、数２１となる。
【００５８】
【数２１】
【００５９】このときの半径減少ΔＲは、下記の数２２
となる。
となる。
【００６０】
【数２２】
【００６１】上記数２２より、半径減少は、従来におけ
る１次遅れの半径減少の１／４にすることができる。す
なわち、位置ループゲインｋｐを２倍した効果が得ら
れ、また、フィードフォワードとして８７％（α＝０．
８７）をかけた効果が得られる。
る１次遅れの半径減少の１／４にすることができる。す
なわち、位置ループゲインｋｐを２倍した効果が得ら
れ、また、フィードフォワードとして８７％（α＝０．
８７）をかけた効果が得られる。
【００６２】次に、動作について説明する。図４は、図
２に示した位置制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。まず、位置指令（Ａ）から位置フィードバック
（Ｆ）との差分をとり（Ｓ４０１）、該差分に対して位
置ループゲインｋｐを乗じて第２の制御ループの指令
（指令の速度成分：Ｂ）を出力する（Ｓ４０２）。次
に、指令の速度指令成分（Ｂ）から位置フィードバック
の微分成分（指令の速度フィードバック成分：Ｅ）との
差分に第２の制御ループゲインｋｐ１を乗じて第３の制
御ループの指令（Ｃ）を出力し（Ｓ４０３）、該第３の
制御ループの指令（Ｃ）から位置のフィードバックの２
回微分成分（指令の加速度フィードバック成分：Ｄ）と
の差分に対して第３の制御ループゲインｋｐ２を乗じ、
これを積分することにより、指令の加速度フィードバッ
ク成分（Ｄ）を出力する（Ｓ４０４）。
２に示した位置制御装置の動作を示すフローチャートで
ある。まず、位置指令（Ａ）から位置フィードバック
（Ｆ）との差分をとり（Ｓ４０１）、該差分に対して位
置ループゲインｋｐを乗じて第２の制御ループの指令
（指令の速度成分：Ｂ）を出力する（Ｓ４０２）。次
に、指令の速度指令成分（Ｂ）から位置フィードバック
の微分成分（指令の速度フィードバック成分：Ｅ）との
差分に第２の制御ループゲインｋｐ１を乗じて第３の制
御ループの指令（Ｃ）を出力し（Ｓ４０３）、該第３の
制御ループの指令（Ｃ）から位置のフィードバックの２
回微分成分（指令の加速度フィードバック成分：Ｄ）と
の差分に対して第３の制御ループゲインｋｐ２を乗じ、
これを積分することにより、指令の加速度フィードバッ
ク成分（Ｄ）を出力する（Ｓ４０４）。
【００６３】次に、図５〜図１０は、この発明による他
の実施例を示す説明図である。図５に示す構成にあって
は、２次の高次系にするときに内側に作る第２の制御ル
ープ１１を速度ループの前に持つことにより、制御内部
での処理ループとすることができ、外側のループは外部
の位置検出器のデータを用いて構成（クローズド仕様で
は、機械端からの位置フィードバック）する。そのた
め、内部の第２の制御ループ１１は応答性が第１の制御
ループ１０に比べ高いが動作を安定させることができ
る。図中、５は速度ループである。
の実施例を示す説明図である。図５に示す構成にあって
は、２次の高次系にするときに内側に作る第２の制御ル
ープ１１を速度ループの前に持つことにより、制御内部
での処理ループとすることができ、外側のループは外部
の位置検出器のデータを用いて構成（クローズド仕様で
は、機械端からの位置フィードバック）する。そのた
め、内部の第２の制御ループ１１は応答性が第１の制御
ループ１０に比べ高いが動作を安定させることができ
る。図中、５は速度ループである。
【００６４】図６に示す構成にあっては、内側に作る第
２の制御ループ１１のフィードバックデータは、外部の
位置検出器のデータを用いて構成するため、制御ループ
は第１（１０），第２（１１）とも同様な安定度にな
る。しかし、１パルス応答の特性を例にとると、１パル
スの指令がきたとき、機械が動作しない状態では、１パ
ルス×ｋｐ×ｋｐ１の指令が速度指令としてモータを駆
動することができ、より早い応答が可能となる。また、
トルク指令としての前向きのゲインが向上する。
２の制御ループ１１のフィードバックデータは、外部の
位置検出器のデータを用いて構成するため、制御ループ
は第１（１０），第２（１１）とも同様な安定度にな
る。しかし、１パルス応答の特性を例にとると、１パル
スの指令がきたとき、機械が動作しない状態では、１パ
ルス×ｋｐ×ｋｐ１の指令が速度指令としてモータを駆
動することができ、より早い応答が可能となる。また、
トルク指令としての前向きのゲインが向上する。
【００６５】図７は、図５に示した構成の３次系であ
り、応答性が高く、高周波の減衰が高い特徴を持つ。図
８は、図６に示した構成の３次系であり、より前向きの
ゲインが向上する（１パルス×ｋｐ×ｋｐ１×ｋｐ
２）。
り、応答性が高く、高周波の減衰が高い特徴を持つ。図
８は、図６に示した構成の３次系であり、より前向きの
ゲインが向上する（１パルス×ｋｐ×ｋｐ１×ｋｐ
２）。
【００６６】図９（Ａ）に示す構成にあっては、１次系
において、図９（Ｂ）に示すような構成になるため、位
置制御ループは、位置指令と位置フィードバックとの差
分をｋｐ倍した成分を速度指令として与えることしかで
きない。しかし、２次系に構成することにより指令に対
する速度成分だけでなく、トルク成分も自動的に作るこ
とが可能となる。そのため、最も応答性の必要なトルク
ループの指令に対し、速度の偏差を比例積分制御して作
るトルク指令だけでなく、速度フィードバックから推定
されるトルク情報に基づいて指令のトルクとの誤差を求
め、事前にトルク指令として補正することができる。そ
のため、よりロバストな速度ループ特性が得られる。図
中、６は微分器である。
において、図９（Ｂ）に示すような構成になるため、位
置制御ループは、位置指令と位置フィードバックとの差
分をｋｐ倍した成分を速度指令として与えることしかで
きない。しかし、２次系に構成することにより指令に対
する速度成分だけでなく、トルク成分も自動的に作るこ
とが可能となる。そのため、最も応答性の必要なトルク
ループの指令に対し、速度の偏差を比例積分制御して作
るトルク指令だけでなく、速度フィードバックから推定
されるトルク情報に基づいて指令のトルクとの誤差を求
め、事前にトルク指令として補正することができる。そ
のため、よりロバストな速度ループ特性が得られる。図
中、６は微分器である。
【００６７】図１０に示す構成にあっては、図９に示し
たものと同様の３次系での指令トルク成分を用いた補正
ループである。
たものと同様の３次系での指令トルク成分を用いた補正
ループである。
【００６８】このように、上記実施例によれば、位置制
御ループを２次、３次と高次にし、内部の制御ループゲ
インを適切な値にとることにより、応答性が高く安定し
た制御ループを得ることができる。このため、図１１に
示すように、位置のステップ応答においても、より高次
の位置制御ループにすることにより、滑らかな応答波形
が得られ、機械に対し振動を与えない。
御ループを２次、３次と高次にし、内部の制御ループゲ
インを適切な値にとることにより、応答性が高く安定し
た制御ループを得ることができる。このため、図１１に
示すように、位置のステップ応答においても、より高次
の位置制御ループにすることにより、滑らかな応答波形
が得られ、機械に対し振動を与えない。
【００６９】また、スムージング入力（加減速回路）
を、時定数“０”の状態にして、そのときのモータの速
度波形を観測すると、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に１次系と３次系では応答特性が異なる。また、上記実
施例においては、３次系までを例にとって説明している
が、４次系以上の高次系にて構成することもできる。
を、時定数“０”の状態にして、そのときのモータの速
度波形を観測すると、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に１次系と３次系では応答特性が異なる。また、上記実
施例においては、３次系までを例にとって説明している
が、４次系以上の高次系にて構成することもできる。
【００７０】上記の如く高次系にすることにより、図１
７（Ｂ）に示すように制御に必要な帯域（応答性）が上
がるとともに制御には必要のない、むしろ外乱成分とな
ってしまう高周波成分に対する減衰が高くなる。すなわ
ち、高次系については、２次系では−４０ｄＢ、３次系
では−６０ｄＢの減衰特性を持つため、ゲインを上昇さ
せても高周波成分のゲインの減衰率が高いため、高周波
ノイズの影響を受けにくい安定した系を構成できる。
７（Ｂ）に示すように制御に必要な帯域（応答性）が上
がるとともに制御には必要のない、むしろ外乱成分とな
ってしまう高周波成分に対する減衰が高くなる。すなわ
ち、高次系については、２次系では−４０ｄＢ、３次系
では−６０ｄＢの減衰特性を持つため、ゲインを上昇さ
せても高周波成分のゲインの減衰率が高いため、高周波
ノイズの影響を受けにくい安定した系を構成できる。
【００７１】
【発明の効果】以上のように、この発明による位置制御
装置は、応答性が高く、かつ、高周波成分の影響を受け
ない安定した位置ループ特性が得られるため、モータの
応答波形については、滑らかな加減速波形が得られ、機
械に対してショックのない安定した制御が実現する。そ
のため、従来における位置ループゲインｋｐに対して
も、より高い位置ループゲインをとることができ、サー
ボループ制御のハイゲイン化が達成できる。
装置は、応答性が高く、かつ、高周波成分の影響を受け
ない安定した位置ループ特性が得られるため、モータの
応答波形については、滑らかな加減速波形が得られ、機
械に対してショックのない安定した制御が実現する。そ
のため、従来における位置ループゲインｋｐに対して
も、より高い位置ループゲインをとることができ、サー
ボループ制御のハイゲイン化が達成できる。
【図１】この発明による位置制御装置の構成を示す説明
図である。
図である。
【図２】図１に示した位置制御装置の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図３】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】図３に示した位置制御装置の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図５】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図６】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図７】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図８】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図９】この発明による位置制御装置の他の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図１０】この発明による位置制御装置の他の構成を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１１】１次系〜３次系の位置制御装置における速度
とステップ応答波形の関係を示すグラフである。
とステップ応答波形の関係を示すグラフである。
【図１２】スムージング入力を時定数“０”の状態にし
たときのモータの速度波形を示すグラフである。
たときのモータの速度波形を示すグラフである。
【図１３】従来における位置制御装置の構成を示す説明
図である。
図である。
【図１４】従来における位置制御装置の位置ループ特性
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図１５】従来における位置制御装置のモータ軌跡を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１６】従来におけるフィードフォワード制御を示す
説明図である。
説明図である。
【図１７】従来における１次系のハイゲイン化と高次系
の比較を示すグラフである。
の比較を示すグラフである。
１ 位置ゲイン演算部 １ａ 第２の制御ループゲイン演算部 １ｂ 第３の制御ループゲイン演算部 ４ 積分器 ５ 速度ループ ６ 微分器 １０ 第１の制御ループ １１ 第２の制御ループ １２ 第３の制御ループ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−70203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−214905（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−113808（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138906（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−94204（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−202706（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/12 G05B 11/00 - 11/60
Claims (4)
- 【請求項１】 可動部の位置を検出する位置検出手段に
より検出された位置情報をフィードバックする位置制御
装置において、 第２の制御ループを内部に有することにより、位置制御
ループを２次系にする第１，第２の制御ループを具備す
ることを特徴とする位置制御装置。 - 【請求項２】 前記２次系の位置制御ループ特性の伝達
関数は、 【数１】 となることを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。 - 【請求項３】 可動部の位置を検出する位置検出手段に
より検出された位置情報をフィードバックする位置制御
装置において、 第２の制御ループおよび第３の制御ループを内部に有す
ることにより、位置制御ループを３次系にする第１，第
２，第３の制御ループを具備することを特徴とする位置
制御装置。 - 【請求項４】 前記３次系の位置制御ループ特性の伝達
関数は、 【数２】 となることを特徴とする請求項３記載の位置制御装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5049473A JP2833730B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 位置制御装置 |
| GB9404743A GB2276019B (en) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | Position control system |
| DE4408105A DE4408105C2 (de) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | Positionsregler und zugehöriges Verfahren zur Positionsregelung |
| SG9601993A SG79890A1 (en) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | Position control system and position control method and thereof |
| GB9609707A GB2299871B (en) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | Position control system |
| US08/208,480 US5589748A (en) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | Position control system and position control method thereof |
| KR1019940004679A KR0137340B1 (ko) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | 위치제어시스템 및 그 위치제어방법 |
| CN94104253A CN1070621C (zh) | 1993-03-10 | 1994-03-10 | 位置控制系统及其位置控制方法 |
| HK98102165.8A HK1003128B (en) | 1993-03-10 | 1998-03-16 | Position control system |
| HK98105609A HK1006600A1 (en) | 1993-03-10 | 1998-06-18 | Position control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5049473A JP2833730B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06259137A JPH06259137A (ja) | 1994-09-16 |
| JP2833730B2 true JP2833730B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=12832128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5049473A Expired - Lifetime JP2833730B2 (ja) | 1993-03-10 | 1993-03-10 | 位置制御装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5589748A (ja) |
| JP (1) | JP2833730B2 (ja) |
| KR (1) | KR0137340B1 (ja) |
| CN (1) | CN1070621C (ja) |
| DE (1) | DE4408105C2 (ja) |
| GB (1) | GB2276019B (ja) |
| HK (1) | HK1006600A1 (ja) |
| SG (1) | SG79890A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3628119B2 (ja) * | 1996-07-24 | 2005-03-09 | ファナック株式会社 | サーボモータの制御方法 |
| JP3297643B2 (ja) * | 1997-10-14 | 2002-07-02 | 東芝機械株式会社 | 送り駆動系のサーボ制御方法およびサーボ制御装置 |
| US6320345B1 (en) * | 1998-03-05 | 2001-11-20 | Nikon Corporation | Command trajectory for driving a stage with minimal vibration |
| US6008610A (en) * | 1998-03-20 | 1999-12-28 | Nikon Corporation | Position control apparatus for fine stages carried by a coarse stage on a high-precision scanning positioning system |
| US6260282B1 (en) | 1998-03-27 | 2001-07-17 | Nikon Corporation | Stage control with reduced synchronization error and settling time |
| GB9815830D0 (en) * | 1998-07-22 | 1998-09-16 | Renishaw Plc | Method of and apparatus for reducing vibrations on probes carried by coordinate measuring machines |
| GB2354087B (en) * | 1999-05-14 | 2003-04-02 | Mitsubishi Electric Corp | Servo control apparatus |
| SG84531A1 (en) * | 1999-05-20 | 2001-11-20 | Univ Singapore | Disturbance attenuation in a precision servomechanism by a frequency-separated acceleration soft sensor |
| US6313591B1 (en) * | 2000-02-17 | 2001-11-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Delay time modeling filter for cascaded regulator structure |
| JP4014162B2 (ja) * | 2003-08-06 | 2007-11-28 | ヤマザキマザック株式会社 | 工作機械の位置制御装置及び工作機械の位置制御方法 |
| DE102004024243B4 (de) * | 2004-05-11 | 2006-03-23 | Siemens Ag | Ansteuerung eines Antriebsmotors zum Anfahren einer vorgegebenen Soll-Position, insbesondere für ein Regalbediengerät, und ein entsprechendes Verfahren zur Ansteuerung |
| JP4837558B2 (ja) * | 2006-02-24 | 2011-12-14 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
| JP4630853B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2011-02-09 | 日立ビアメカニクス株式会社 | 移動体の位置決め制御装置及びレーザ加工装置 |
| JP5015703B2 (ja) * | 2007-09-12 | 2012-08-29 | オークマ株式会社 | 位置制御装置 |
| JP2012104047A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | Mitsubishi Electric Corp | サーボ制御器 |
| CN102064754A (zh) * | 2010-12-27 | 2011-05-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于高频脉冲信号的无刷直流电机的控制器 |
| JP6209176B2 (ja) | 2014-04-14 | 2017-10-04 | オークマ株式会社 | 位置制御装置 |
| JP5980890B2 (ja) * | 2014-12-10 | 2016-08-31 | ファナック株式会社 | 実験モード解析を用いたフィルタ自動調整機能を有するサーボ制御装置 |
| FR3062761B1 (fr) * | 2017-02-09 | 2020-11-06 | Valeo Equip Electr Moteur | Correcteur d'asservissement en vitesse d'une machine electrique tournante |
| JP6497408B2 (ja) * | 2017-04-14 | 2019-04-10 | 株式会社明電舎 | 電気慣性制御装置 |
| JP7531336B2 (ja) * | 2020-07-03 | 2024-08-09 | 芝浦機械株式会社 | 射出成形機およびその制御方法 |
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| US4139811A (en) * | 1976-10-26 | 1979-02-13 | Xerox Corporation | Method and means for increasing the stiffness of limited frequency servo systems |
| US4331910A (en) * | 1980-02-04 | 1982-05-25 | Fujitsu Fanuc Limited | Positioning control system |
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| JPS60209812A (ja) * | 1984-04-03 | 1985-10-22 | Fanuc Ltd | 加減速制御方式 |
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-
1993
- 1993-03-10 JP JP5049473A patent/JP2833730B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-03-10 DE DE4408105A patent/DE4408105C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-10 CN CN94104253A patent/CN1070621C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-10 GB GB9404743A patent/GB2276019B/en not_active Expired - Lifetime
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- 1994-03-10 US US08/208,480 patent/US5589748A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-03-10 KR KR1019940004679A patent/KR0137340B1/ko not_active Expired - Lifetime
-
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- 1998-06-18 HK HK98105609A patent/HK1006600A1/xx not_active IP Right Cessation
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