JP3232252B2 - Positioning control device and positioning control method - Google Patents
Positioning control device and positioning control methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等におけ
る位置決めサーボシステムの位置決め制御装置及び位置
決め制御方法に関するものである。The present invention relates to a positioning control device and a positioning control method for a positioning servo system in a machine tool or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、レーザ加工機の様に位置決め速
度や加工送り速度が高速を要求される工作機械において
は、予め設定された位置指令データに基づきサーボモー
タが制御されて、ワークを支持した加工テーブルや加工
ヘッドが位置決め制御されるようになっている。この位
置決め制御を、その制御系のゲインを高くしたりフィー
ドフォワード制御等を取り入れたりすることなく高精度
に行うための技術として、いわゆる周波数領域逆伝達関
数補正制御方法と呼ばれるものが従来より知られてい
る。この制御方法は、位置指令データによって制御され
た結果得られる実際の移動位置データと、理想的な移動
量を与える理想位置指令データとから周波数領域での伝
達関数を算出し、その伝達関数に基づき位置指令データ
の周波数特性を補正するものである。2. Description of the Related Art For example, in a machine tool requiring a high positioning speed and a high machining feed speed, such as a laser beam machine, a servo motor is controlled based on preset position command data to support a work. The positioning of the processing table and the processing head is controlled. As a technique for performing this positioning control with high accuracy without increasing the gain of the control system or incorporating feedforward control, a so-called frequency-domain inverse transfer function correction control method has been conventionally known. ing. This control method calculates a transfer function in the frequency domain from actual movement position data obtained as a result of control by the position command data and ideal position command data giving an ideal movement amount, and based on the transfer function, This is to correct the frequency characteristics of the position command data.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、周波数領域
での逆伝達関数補正制御方法では、伝達関数の算出に際
してFFT(高速フーリエ変換)処理が必要になる。こ
のFFT処理は時間がかかるものであり、位置決め制御
を高速に行うことが困難であった。特に、加工テーブル
や加工ヘッドの動作速度が高速になると、その動作速度
に対してFFT処理を確実に追随して行うことができな
くなって、高精度な位置決め制御を行い得なくなるとい
う問題があった。However, the inverse transfer function correction control method in the frequency domain requires FFT (Fast Fourier Transform) processing when calculating the transfer function. This FFT processing takes time, and it has been difficult to perform positioning control at high speed. In particular, when the operation speed of the processing table or the processing head becomes high, the FFT processing cannot be reliably performed with respect to the operation speed, and there is a problem that high-precision positioning control cannot be performed. .
【0004】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、位置決め制御を、その
制御系のゲインを高くしたりフィードフォワード制御等
を取り入れたりすることなく、高速かつ高精度に行うこ
とができる位置決め制御装置及び位置決め制御方法を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-speed positioning control without increasing the gain of the control system or incorporating feedforward control. Another object of the present invention is to provide a positioning control device and a positioning control method that can be performed with high accuracy.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の位置決め制御装置の発明では、補正後
の位置指令データと、その補正後の位置指令データに基
づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実移動位
置データとを記憶する位置データ記憶手段と、前記記憶
された補正後の位置指令データと実移動位置データとに
基づき、現時点での伝達関数時間要素を求める伝達関数
時間要素演算手段と、前記求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データを補正する位置指令データ補正
手段とを有し、補正後の位置指令データに基づき制御対
象を位置決め制御するようにしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a positioning control device for positioning a control target based on corrected position command data and the corrected position command data. Position data storage means for storing actual movement position data obtained as a result of the control, and a transfer function time for obtaining a transfer function time element at the present time based on the stored corrected position command data and actual movement position data. Element calculating means, and position command data correcting means for correcting position command data based on the obtained transfer function time element, wherein the position of the control target is controlled based on the corrected position command data. is there.
【0006】請求項2の発明では、請求項1において、
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ最新のものから過去複数
個分記憶しておくものである。According to the second aspect of the present invention, in the first aspect,
The position data storage means stores the corrected position command data and the actual movement position data for each of a plurality of past data from the latest one.
【0007】請求項3の発明では、請求項2において、
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ少なくとも5つ分記憶し
ておくものである。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect,
The position data storage means stores at least five corrected position command data and at least five actual movement position data.
【0008】請求項4の発明では、請求項1〜3のいず
れかにおいて、前記位置指令データの微分データを算出
する第1の微分データ算出手段と、位置データ記憶手段
に記憶された実移動位置データの微分データを算出する
第2の微分データ算出手段とを設け、前記伝達関数時間
要素演算手段は、補正後の位置指令データと実移動位置
データ及びその微分データとに基づき伝達関数時間要素
を求め、前記位置指令データ補正手段は、求められた伝
達関数時間要素と位置指令データ及びその微分データと
に基づき、位置指令データを補正するものである。According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the first differential data calculating means for calculating differential data of the position command data, and the actual moving position stored in the position data storing means. A second differential data calculating means for calculating differential data of the data, wherein the transfer function time element calculating means calculates a transfer function time element based on the corrected position command data, the actual movement position data and the differential data thereof. The position command data correcting means corrects the position command data based on the obtained transfer function time element, the position command data and its differential data.
【0009】請求項5の位置決め制御方法の発明では、
補正後の位置指令データと、その補正後の位置指令デー
タに基づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実
移動位置データとを記憶しておき、その記憶された補正
後の位置指令データと実移動位置データとに基づき、現
時点での伝達関数時間要素を求め、その求められた伝達
関数時間要素に基づき位置指令データを補正し、その補
正後の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御
するようにしたものである。According to a fifth aspect of the invention, there is provided a positioning control method comprising:
The corrected position command data and the actual movement position data obtained as a result of positioning control of the control object based on the corrected position command data are stored, and the stored corrected position command data and the actual movement position data are stored. Based on the position data, the current transfer function time element is obtained, the position command data is corrected based on the obtained transfer function time element, and the position of the control target is controlled based on the corrected position command data. It was done.
【0010】従って、請求項1〜5の発明は、次のよう
な作用を奏する。請求項1及び5の発明によれば、位置
指令データは伝達関数時間要素に基づき補正される。そ
して、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が
位置決め制御される。また、補正後の位置指令データ
と、その補正後の位置指令データに基づき制御対象を位
置決め制御した結果得られる実移動位置データとが記憶
される。そして、その記憶された補正後の位置指令デー
タと実移動位置データとに基づき、現時点での伝達関数
時間要素が求められ、その求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データが補正される。Therefore, the first to fifth aspects of the present invention have the following effects. According to the first and fifth aspects of the invention, the position command data is corrected based on the transfer function time element. Then, the position of the control target is controlled based on the corrected position command data. Further, the corrected position command data and the actual movement position data obtained as a result of performing positioning control of the control target based on the corrected position command data are stored. Then, a transfer function time element at the present time is obtained based on the stored corrected position command data and actual movement position data, and the position command data is corrected based on the obtained transfer function time element.
【0011】このように、過去の補正後の位置指令デー
タと実移動位置データとに基づき求められた伝達関数時
間要素によって、現時点での位置指令データが補正さ
れ、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が位
置決め制御される。つまり、逆伝達関数補正制御が周波
数領域でなく時間領域だけで行われているので、演算処
理時間のかかるFFTや逆FFT等を行うことなく、簡
単な演算を行うだけでよい。As described above, the current position command data is corrected by the transfer function time element obtained based on the past corrected position command data and the actual moving position data, and the corrected position command data is added to the corrected position command data. The control target is positioned based on the control. That is, since the inverse transfer function correction control is performed only in the time domain and not in the frequency domain, it is only necessary to perform a simple calculation without performing an FFT, an inverse FFT, or the like that requires a long processing time.
【0012】請求項2の発明によれば、刻々と変化する
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められる。According to the invention of claim 2, since the transfer function time element that changes every moment is sequentially obtained based on a plurality of immediately preceding data, an appropriate transfer function time element is always obtained.
【0013】請求項3の発明によれば、過去のデータを
少なくとも5つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。According to the third aspect of the present invention, it is only necessary to store at least five pieces of past data, and it is not necessary to store a large amount of data. Therefore, it is necessary to provide a large-capacity data storage means. Absent.
【0014】請求項4の発明によれば、微分データを算
出することにより、位置決め制御時において位置指令デ
ータの速度分や加速度分等を反映させることができる。
このため、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測した
ことになり、位置決め制御をより高精度に行うことがで
きる。According to the fourth aspect of the present invention, by calculating the differential data, it is possible to reflect the speed and acceleration of the position command data during the positioning control.
For this reason, the behavior that may occur in the future of the device is reliably predicted, and the positioning control can be performed with higher accuracy.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態の
位置決め制御装置の制御ブロック図を示すものである。
なお、この位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機に
おいて、ワークを支持した加工テーブルをX軸方向へ位
置決め制御するとともに、加工ヘッド27をY軸及びZ
軸方向へ位置決め制御するために用いられるものであ
る。各軸方向の駆動手段としてはそれぞれ例えばACサ
ーボモータが用いられ、各サーボモータは、それぞれX
軸用コントローラ11、Y軸用コントローラ12及びZ
軸用コントローラ13によって制御されるようになって
いる。これらのコントローラ11,12,13は、CP
U(中央処理装置)、制御プログラム等を記憶したRO
M及び各種情報を記憶するRAM等によって構成されて
いる。なお、3つのコントローラ11,12,13の構
成は同じであるので、この図1では、X軸用コントロー
ラ11及び同コントローラ11によって制御されるX軸
用サーボモータ14のみを示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a control block diagram of the positioning control device of the present embodiment.
This positioning control device controls the position of a processing table supporting a work in the X-axis direction in a laser processing machine, for example.
It is used for controlling the positioning in the axial direction. For example, an AC servomotor is used as the driving means in each axis direction.
Axis controller 11, Y axis controller 12, and Z
It is controlled by the axis controller 13. These controllers 11, 12, 13 are
U (central processing unit), RO storing control programs, etc.
M and a RAM for storing various information. Since the three controllers 11, 12, and 13 have the same configuration, FIG. 1 shows only the X-axis controller 11 and the X-axis servomotor 14 controlled by the controller 11.
【0016】X軸用サーボモータ14の出力軸にはボー
ルねじ15が連結され、このボールねじ15にはキャリ
ッジ16が螺合されている。キャリッジ16には図示し
ない加工テーブルが連結されている。従って、サーボモ
ータ14の駆動に伴うボールねじ15の回転により、キ
ャリッジ16が加工テーブルとともにX軸方向へ移動さ
れる。本実施形態では、サーボモータ14及びキャリッ
ジ16等が、制御対象となる。位置検出部17は、サー
ボモータ14の回転角度の検出に基づき、キャリッジ1
6の移動位置を求める。A ball screw 15 is connected to the output shaft of the X-axis servo motor 14, and a carriage 16 is screwed to the ball screw 15. A working table (not shown) is connected to the carriage 16. Accordingly, the carriage 16 is moved in the X-axis direction together with the processing table by the rotation of the ball screw 15 accompanying the driving of the servomotor 14. In the present embodiment, the servomotor 14, the carriage 16, and the like are control targets. The position detector 17 detects the rotation angle of the servomotor 14 and
6 is obtained.
【0017】位置データプログラム部18には、X軸、
Y軸及びZ軸の3軸方向における目標移動位置データが
予めプログラムされている。位置指令データ分配部19
は、位置データプログラム部18から入力した目標移動
位置データを、X軸、Y軸及びZ軸の各軸方向における
位置指令データr(t) に分配して、各コントローラ1
1,12,13に出力する。The position data program unit 18 has an X axis,
Target movement position data in three directions of the Y axis and the Z axis are programmed in advance. Position command data distribution unit 19
Distributes the target movement position data input from the position data program unit 18 to position command data r (t) in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
1, 12 and 13.
【0018】ここで、X軸用コントローラ11について
説明すると、第1の微分データ算出部20は、位置指令
データ分配部19から入力した位置指令データr(t) を
時間tで1階微分したデータr'(t)と、時間tで2階微
分したデータr"(t)とを算出する。言い換えれば、第1
の微分データ算出部20は、位置指令データr(t) の速
度分と加速度分とを算出する。そして、第1の微分デー
タ算出部20は、位置指令データr(t) 及び同データr
(t) の微分データr'(t),r"(t)を位置指令データ補正
部21に出力する。Here, the X-axis controller 11 will be described. The first differential data calculating section 20 performs first-order differentiation of the position command data r (t) input from the position command data distribution section 19 with time t. r ′ (t) and data r ″ (t) that is second-order differentiated at time t are calculated.
The differential data calculator 20 calculates the speed component and the acceleration component of the position command data r (t). Then, the first differential data calculator 20 calculates the position command data r (t) and the same data r
The differential data r ′ (t) and r ″ (t) of (t) are output to the position command data correction unit 21.
【0019】位置指令データ補正部21は、第1の微分
データ算出部20から入力した位置指令データr(t) 及
び微分データr'(t),r"(t)と、後述する伝達関数時間
要素演算部22から入力した伝達関数時間要素α1 ,α
2 ,α3 とに基づき、下記式(1)に従って、補正後の
位置指令データi(t) を求める。そして、位置指令デー
タ補正部21は、求めた補正後の位置指令データi(t)
を減算器23に出力する。 i(t) =α1 ・r(t) +α2 ・r'(t)+α3 ・r"(t) …(1) また、減算器23は、前記位置検出部17からキャリッ
ジ16の移動位置データ(実移動位置データ)O(t) を
入力する。そして、減算器23は、入力した補正後の位
置指令データi(t) と実移動位置データO(t) との差を
求めて、その差をサーボモータ駆動部24に出力する。
サーボモータ駆動部24は、入力値に基づきサーボモー
タ14を駆動制御する。The position command data correction section 21 receives the position command data r (t) and the differential data r '(t), r "(t) input from the first differential data calculation section 20 and a transfer function time to be described later. Transfer function time elements α1, α input from the element operation unit 22
2 and α3, the corrected position command data i (t) is obtained according to the following equation (1). Then, the position command data correction unit 21 calculates the corrected position command data i (t)
Is output to the subtractor 23. i (t) = α1 · r (t) + α2 · r ′ (t) + α3 · r ″ (t) (1) Further, the subtractor 23 outputs the movement position data (actual Then, the subtracter 23 calculates the difference between the input corrected position command data i (t) and the actual movement position data O (t), and calculates the difference. Output to the servo motor drive unit 24.
The servo motor drive unit 24 controls the drive of the servo motor 14 based on the input value.
【0020】一方、位置検出部17の出力であるキャリ
ッジ16の実移動位置データO(t)は、位置データ記憶
部25にも出力される。さらに、位置指令データ補正部
21の出力である補正後の位置指令データi(t) も、位
置データ記憶部25に出力される。位置データ記憶部2
5は、図2及び図3に示すように、過去5つ分の補正後
の位置指令データi(t1)〜i(t5)とこれに対応する実移
動位置データO(t1)〜O(t5)とをそれぞれ格納する。す
なわち、位置データ記憶部25は、最新のデータi(t)
,O(t) が入力されたとき、その最新の入力データi
(t) ,O(t) をt1の欄にi(t1),O(t1)として格納す
るとともに、t1〜t4の欄に格納されていたデータi
(t1)〜i(t4),O(t1)〜O(t4)を、それぞれt2〜t5
の欄に順にシフトして、i(t2)〜i(t5),O(t2)〜O(t
5)として格納し直す。なお、t5の欄に格納されていた
データi(t5),O(t5)は、使用済みのデータとして捨て
られる。On the other hand, the actual movement position data O (t) of the carriage 16 output from the position detection unit 17 is also output to the position data storage unit 25. Further, the corrected position command data i (t) output from the position command data correction unit 21 is also output to the position data storage unit 25. Position data storage unit 2
5 is the corrected position command data i (t1) to i (t5) for the past five and the corresponding actual movement position data O (t1) to O (t5) as shown in FIGS. ) Are stored. That is, the position data storage unit 25 stores the latest data i (t)
, O (t), the latest input data i
(t) and O (t) are stored as i (t1) and O (t1) in the column of t1, and the data i stored in the columns of t1 to t4.
(t1) to i (t4) and O (t1) to O (t4) are converted to t2 to t5, respectively.
Are sequentially shifted to i (t2) to i (t5) and O (t2) to O (t
Store again as 5). The data i (t5) and O (t5) stored in the column of t5 are discarded as used data.
【0021】第2の微分データ算出部26は、位置デー
タ記憶部25に格納されている各実移動位置データO(t
1)〜O(t5)を用いることにより、時間tで1階微分した
データO'(t1) ,O'(t2) ,O'(t3) ,O'(t4) と、時
間tで2階微分したデータO"(t1) ,O"(t2) ,O"(t
3) とを算出する。例えば、図2に示すように、1階微
分データO'(t1) は、実移動位置データO(t1)とO(t2)
との間に存在する単位時間当たりの位置変化量(つまり
速度分)を表し、2階微分データO"(t1) は、1階微分
データO'(t1) とO'(t2) との間に存在する単位時間当
たりの速度変化量(つまり加速度分)を表す。言い換え
れば、第2の微分データ算出部26は、5つの実移動位
置データO(t1)〜O(t5)に基づき、過去4つ分の実速度
データO'(t1) 〜O'(t4) と、過去3つ分の実加速度デ
ータO"(t1) 〜O"(t3) とを算出する。そして、第2の
微分データ算出部26は、それぞれ3つの実移動位置デ
ータO(t1)〜O(t3)、1階微分データO'(t1) 〜O'(t
3) 及び2階微分データO"(t1) 〜O"(t3) を伝達関数
時間要素演算部22に出力する。また、前記位置データ
記憶部25は、格納している補正後の位置指令データi
(t1)〜i(t5)のうちの3つのデータi(t1)〜i(t3)を伝
達関数時間要素演算部22に出力する。The second differential data calculator 26 stores the actual movement position data O (t) stored in the position data storage 25.
By using 1) to O (t5), data O ′ (t1), O ′ (t2), O ′ (t3), and O ′ (t4) that are first-order differentiated at time t, and second-order data at time t Differentiated data O "(t1), O" (t2), O "(t
3) is calculated. For example, as shown in FIG. 2, the first-order differential data O ′ (t1) is obtained by comparing actual movement position data O (t1) and O (t2).
And the second-order differential data O "(t1) represents the position change amount per unit time (that is, the speed) existing between the first-order differential data O '(t1) and O' (t2). In other words, the second differential data calculation unit 26 calculates the speed change amount per unit time (i.e., the amount of acceleration) existing on the basis of the five actual movement position data O (t1) to O (t5). The four actual speed data O '(t1) to O' (t4) and the past three actual acceleration data O "(t1) to O" (t3) are calculated. The data calculation unit 26 calculates three actual movement position data O (t1) to O (t3) and first order differential data O ′ (t1) to O ′ (t
3) and the second-order differential data O "(t1) to O" (t3) are output to the transfer function time element calculation unit 22. The position data storage unit 25 stores the corrected position command data i
The three data i (t1) to i (t3) of (t1) to i (t5) are output to the transfer function time element calculation unit 22.
【0022】伝達関数時間要素演算部22は、入力した
各データO(t1)〜O(t3),O'(t1)〜O'(t3) ,O"(t1)
〜O"(t3) ,i(t1)〜i(t3)に基づき、下記の3つの
式(2)に従って、伝達関数時間要素α1 ,α2 ,α3
を求める。そして、伝達関数時間要素演算部22は、求
めた伝達関数時間要素α1 ,α2 ,α3 を、前記位置指
令データ補正部21に出力する。 i(t1)=α1 ・O(t1)+α2 ・O'(t1) +α3 ・O"(t1) i(t2)=α1 ・O(t2)+α2 ・O'(t2) +α3 ・O"(t2) i(t3)=α1 ・O(t3)+α2 ・O'(t3) +α3 ・O"(t3) …(2) 次に、上記のように構成された位置決め制御装置の作用
について、図4のフローチャートに従って説明する。こ
の位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機の加工動作
プログラムに従った加工動作の開始に伴って、動作を開
始される。The transfer function time element operation unit 22 receives the input data O (t1) to O (t3), O '(t1) to O' (t3), and O "(t1).
OO ”(t3), i (t1) to i (t3) and transfer function time elements α1, α2, α3 according to the following three equations (2).
Ask for. Then, the transfer function time element calculation unit 22 outputs the obtained transfer function time elements α1, α2, α3 to the position command data correction unit 21. i (t1) = α1 · O (t1) + α2 · O ′ (t1) + α3 · O ″ (t1) i (t2) = α1 · O (t2) + α2 · O ′ (t2) + α3 · O ″ (t2) i (t3) = α1 · O (t3) + α2 · O ′ (t3) + α3 · O ″ (t3) (2) Next, the operation of the positioning control device configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG. The operation of this positioning control device is started, for example, in accordance with the start of a processing operation according to a processing operation program of a laser processing machine.
【0023】加工動作プログラムに従った加工動作が開
始されると、先ず位置データ記憶部25のt1〜t5の
欄に、デフォルト値としてのデータi(t1)〜i(t5),O
(t1)〜O(t5)が設定されるとともに、伝達関数時間要素
α1,α2,α3がデフォルト値により仮決定される
(ステップS1)。すなわち、加工開始時には、位置デ
ータ記憶部25内に伝達関数時間要素α1,α2,α3
を算出するのに必要なデータが格納されていないからで
ある。次に、位置データプログラム部18内の3軸方向
における目標移動位置データが位置指令データ分配部1
9に入力され、それがX軸、Y軸及びZ軸の各軸方向に
おける位置指令データr(t) に分配されて、各第1の微
分データ算出部20に取り込まれる(ステップS2)。When the machining operation according to the machining operation program is started, first, data i (t1) to i (t5), O as default values are stored in columns t1 to t5 of the position data storage unit 25.
(t1) to O (t5) are set, and the transfer function time elements α1, α2, α3 are provisionally determined by default values (step S1). That is, at the start of machining, the transfer function time elements α1, α2, α3 are stored in the position data storage unit 25.
This is because the data necessary for calculating is not stored. Next, the target movement position data in the three axis directions in the position data program unit 18 is stored in the position command data distribution unit 1.
9 is distributed to position command data r (t) in each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and is taken into each first differential data calculation unit 20 (step S2).
【0024】続いて、第1の微分データ算出部20に
て、位置指令データr(t) の1階微分データr'(t)及び
2階微分データr"(t)が算出される(ステップS3)。
次に、これらのデータr(t) ,r'(t),r"(t)と前記伝
達関数時間要素α1 ,α2 ,α3 とに基づき、上記式
(1)に従って、位置指令データ補正部21にて補正後
の位置指令データi(t) が算出される(ステップS
4)。Subsequently, the first differential data calculator 20 calculates first differential data r '(t) and second differential data r "(t) of the position command data r (t) (step). S3).
Next, based on the data r (t), r '(t), and r "(t) and the transfer function time elements α1, α2, α3, the position command data correction unit 21 according to the above equation (1). Calculates the corrected position command data i (t) (step S).
4).
【0025】そして、補正後の位置指令データi(t) に
基づきサーボモータ14が制御されて、例えばキャリッ
ジ16が所望のX軸方向における位置に移動される(ス
テップS5)。Then, the servo motor 14 is controlled based on the corrected position command data i (t), for example, to move the carriage 16 to a desired position in the X-axis direction (step S5).
【0026】次に、補正後の位置指令データi(t) と、
位置検出部17によって検出されたキャリッジ16の実
移動位置データO(t) とが、位置データ記憶部25のt
1の欄にi(t1),O(t1)として格納される(ステップS
6)。このとき、t1〜t4の欄に格納されていたデー
タi(t1)〜i(t4),O(t1)〜O(t4)は、それぞれt2〜
t5の欄に順にシフトされて、i(t2)〜i(t5),O(t2)
〜O(t5)として格納し直される。Next, the corrected position command data i (t),
The actual movement position data O (t) of the carriage 16 detected by the position detection unit 17 is
1 are stored as i (t1) and O (t1) (step S
6). At this time, the data i (t1) to i (t4) and O (t1) to O (t4) stored in the columns of t1 to t4 respectively become t2 to t2.
Shifted to the column of t5 in order, i (t2) to i (t5), O (t2)
OO (t5).
【0027】次に、位置データ記憶部25内の実移動位
置データO(t1)〜O(t5)に基づき、1階微分データO'
(t1) ,O'(t2) ,O'(t3) ,O'(t4) 及び2階微分デ
ータO"(t1) ,O"(t2) ,O"(t3) が、第2の微分デー
タ算出部26にて算出される(ステップS7)。Next, based on the actual movement position data O (t1) to O (t5) in the position data storage unit 25, first order differential data O '
(t1), O '(t2), O' (t3), O '(t4) and second-order differential data O "(t1), O" (t2), O "(t3) are second differential data The calculation is performed by the calculation unit 26 (step S7).
【0028】続いて、3つの実移動位置データO(t1)〜
O(t3)、3つの1階微分データO'(t1) 〜O'(t3) 、3
つの2階微分データO"(t1) 〜O"(t3) 、及び位置デー
タ記憶部25内の3つの補正後の位置指令データi(t
1),i(t2),i(t3)に基づき、上記式(2)に従って、
伝達関数時間要素演算部22にて、伝達関数時間要素α
1 ,α2 ,α3 が算出される(ステップS8)。次に、
加工動作プログラムが終了したか否かが判断され(ステ
ップS9)、終了した場合には全ての処理が終了する。
一方、加工動作プログラムが終了していない場合には、
前記ステップS2に戻って、ステップS2〜S9の動作
が繰り返される。Subsequently, three actual movement position data O (t1) to
O (t3), three first-order differential data O '(t1) to O' (t3), 3
Two second-order differential data O "(t1) to O" (t3) and three corrected position command data i (t) in the position data storage unit 25.
1), i (t2) and i (t3), according to the above equation (2),
In the transfer function time element calculation unit 22, the transfer function time element α
1, α2 and α3 are calculated (step S8). next,
It is determined whether or not the machining operation program has been completed (step S9), and when it has been completed, all the processes are completed.
On the other hand, if the machining operation program has not been completed,
Returning to step S2, the operations of steps S2 to S9 are repeated.
【0029】以上のように、本実施形態では、上記式
(1)に示したように、位置指令データr(t) に伝達関
数時間要素αを乗算することによって得られた補正後の
位置指令データi(t) に基づいてサーボモータ14を制
御するようにしている。As described above, in the present embodiment, as shown in the above equation (1), the corrected position command obtained by multiplying the position command data r (t) by the transfer function time element α. The servo motor 14 is controlled based on the data i (t).
【0030】つまり、位置決め制御において、目標値を
R、入力値をI、出力値をO、伝達関数をGとした場
合、伝達関数Gは次式(3)で表すことができる。 G=O/I …(3) この場合、出力値Oが目標値Rと等しくなれば、言い換
えればG=R/Iが成立すれば、位置決め制御が理想的
に行われていることになる。このG=R/Iは、I=
(1/G)・Rと変形することができる。つまり、前記
式(1)において、補正後の位置指令データi(t) を入
力値I、位置指令データr(t) を目標値Rと置き換えれ
ば、伝達関数時間要素αは(1/G)と置き換えること
ができる。従って、伝達関数時間要素αの値を求めるこ
とにより、サーボモータ14に対して理想的な入力値i
(t) を与えることができる。That is, in the positioning control, if the target value is R, the input value is I, the output value is O, and the transfer function is G, the transfer function G can be expressed by the following equation (3). G = O / I (3) In this case, if the output value O becomes equal to the target value R, in other words, if G = R / I holds, the positioning control is ideally performed. This G = R / I is given by I =
(1 / G) · R. That is, in the equation (1), if the corrected position command data i (t) is replaced with the input value I and the position command data r (t) is replaced with the target value R, the transfer function time element α becomes (1 / G) Can be replaced by Therefore, by calculating the value of the transfer function time element α, the ideal input value i for the servomotor 14 is obtained.
(t).
【0031】伝達関数時間要素αの値は前記式(2)に
従って求めることができる。すなわち、上記式(3)の
G=O/Iは、I=(1/G)・Oと変形することがで
きる。従って、上記式(2)において、過去の3つの位
置指令データi(t1)〜i(t3)を入力値I、過去の3つの
実移動位置データO(t1)〜O(t3)を出力値Oと置き換え
れば、αは(1/G)と置き換えることができる。従っ
て、過去の3つの入力値と出力値とに基づき、式(2)
に従って連立方程式を解くことにより、伝達関数時間要
素αを求めることができる。つまり、この伝達関数時間
要素αは、刻々と変化する位置決め制御系の動特性を表
すものであり、直前の入出力値より求められた時間領域
での伝達関数を表すものである。従って、この伝達関数
時間要素αを先の式(1)に代入すれば、サーボモータ
14に対して理想的な入力値i(t) を与えることができ
る。The value of the transfer function time element α can be obtained according to the above equation (2). That is, G = O / I in the above equation (3) can be transformed into I = (1 / G) · O. Therefore, in the above equation (2), the past three position command data i (t1) to i (t3) are input values I, and the past three actual movement position data O (t1) to O (t3) are output values. If replaced with O, α can be replaced with (1 / G). Therefore, based on the past three input values and output values, equation (2)
By solving the simultaneous equations according to the above equation, the transfer function time element α can be obtained. That is, the transfer function time element α represents the dynamic characteristic of the positioning control system that changes every moment, and represents the transfer function in the time domain obtained from the immediately preceding input / output value. Therefore, by substituting the transfer function time element α into the above equation (1), an ideal input value i (t) can be given to the servomotor 14.
【0032】本実施形態の位置決め制御装置は上記のよ
うに動作するので、次のような効果を奏する。 (a)逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領域
だけで行われているので、処理時間のかかるFFTや逆
FFT等を行うことなく、上記式(1),(2)のよう
な簡単な演算式を用いるだけでよい。このため、位置決
め制御を高速かつ高精度に行うことができ、応答性に優
れた位置決め制御装置を安価に提供することができる。Since the positioning control device of the present embodiment operates as described above, the following effects are obtained. (A) Since the inverse transfer function correction control is performed only in the time domain and not in the frequency domain, it is not necessary to perform an FFT or an inverse FFT, which requires a long processing time, and the simple equations (1) and (2) can be used. It is only necessary to use simple arithmetic expressions. For this reason, positioning control can be performed at high speed and with high accuracy, and a positioning control device excellent in responsiveness can be provided at low cost.
【0033】(b)位置指令データの1階微分データ及
び2階微分データを算出することにより、位置決め制御
時において位置指令データの速度分と加速度分とを反映
させることができる。このため、装置の将来起こり得る
挙動を確実に予測したことになり、位置決め制御をより
高精度に行うことができる。(B) By calculating the first-order differential data and the second-order differential data of the position command data, it is possible to reflect the speed component and the acceleration component of the position command data during positioning control. For this reason, the behavior that may occur in the future of the device is reliably predicted, and the positioning control can be performed with higher accuracy.
【0034】(c)刻々と変化する伝達関数を直前の過
去の複数のデータに基づいて逐次求めるようにしている
ので、常に適正な伝達関数を位置指令データに反映させ
ることができる。(C) Since the ever-changing transfer function is sequentially obtained based on a plurality of immediately preceding data, an appropriate transfer function can always be reflected in the position command data.
【0035】(d)過去のデータを、演算に必要な最小
限の数、例えば5つ分だけ記憶しておくだけでよく、大
量に記憶しておく必要がないので、大容量のメモリを設
ける必要がない。(D) It is sufficient to store only the minimum number of past data required for the operation, for example, five, and it is not necessary to store a large amount, so a large-capacity memory is provided. No need.
【0036】尚、この発明における実施形態は例えば以
下のように変更してもよい。 (a)本発明の位置決め制御装置を、4軸以上を有する
装置の制御やロボット制御等、各種の位置決め制御に適
用すること。The embodiment of the present invention may be modified, for example, as follows. (A) The positioning control device of the present invention is applied to various positioning controls such as control of a device having four or more axes and robot control.
【0037】(b)過去のデータを6個以上記憶するよ
うにして、微分データとしては3階以上の微分データま
で求めてもよい。n階微分データまで求めた場合には、
それに対応して、伝達関数時間要素としてα1〜α(n-
1) まで求めるようにすればよい。(B) Six or more pieces of past data may be stored, and differential data up to the third order or more may be obtained as differential data. When the data of the nth order is obtained,
Correspondingly, α1 to α (n−
You can ask for up to 1).
【0038】[0038]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば次
のような優れた効果を奏する。請求項1及び5の発明に
よれば、逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領
域だけで行われているので、演算処理時間のかかるFF
Tや逆FFT等を行うことなく、簡単な演算を行うだけ
でよい。このため、位置決め制御を高速かつ高精度に行
うことができ、応答性に優れた位置決め制御装置を安価
に提供することができる。As described in detail above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained. According to the first and fifth aspects of the present invention, since the inverse transfer function correction control is performed only in the time domain and not in the frequency domain, the FF that requires a long processing time is used.
It is only necessary to perform a simple operation without performing T or inverse FFT. For this reason, positioning control can be performed at high speed and with high accuracy, and a positioning control device excellent in responsiveness can be provided at low cost.
【0039】請求項2の発明によれば、刻々と変化する
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められて、それが位置指令データに反映される。According to the second aspect of the present invention, since the transfer function time element that changes every moment is sequentially obtained based on a plurality of immediately preceding data, an appropriate transfer function time element is always obtained. This is reflected in the position command data.
【0040】請求項3の発明によれば、過去のデータを
少なくとも5つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。According to the third aspect of the present invention, it is only necessary to store at least five pieces of past data, and it is not necessary to store a large amount of data. Therefore, it is necessary to provide a large-capacity data storage means. Absent.
【0041】請求項4の発明によれば、微分データの算
出により、位置決め制御時において位置指令データの速
度分や加速度分等を反映させることができる。このた
め、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測したことに
なり、位置決め制御をより高精度に行うことができる。According to the fourth aspect of the present invention, by calculating the differential data, it is possible to reflect the speed and acceleration of the position command data during the positioning control. For this reason, the behavior that may occur in the future of the device is reliably predicted, and the positioning control can be performed with higher accuracy.
【図1】 本発明の一実施形態における位置決め制御装
置の制御ブロック図。FIG. 1 is a control block diagram of a positioning control device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 位置データ記憶部に格納された各データを示
す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing each data stored in a position data storage unit.
【図3】 補正後の位置指令データと実移動位置データ
とを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing corrected position command data and actual movement position data.
【図4】 位置決め制御装置の動作を示すフローチャー
ト。FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the positioning control device.
11…X軸用コントローラ、12…Y軸用コントロー
ラ、13…Z軸用コントローラ、14…制御対象として
のX軸用サーボモータ、16…制御対象としてのキャリ
ッジ、17…位置検出部、20…第1の微分データ算出
手段としての第1の微分データ算出部、21…位置指令
データ補正手段としての位置指令データ補正部、22…
伝達関数時間要素演算手段としての伝達関数時間要素演
算部、25…位置データ記憶手段としての位置データ記
憶部、26…第2の微分データ算出手段としての第2の
微分データ算出部。11 ... X-axis controller, 12 ... Y-axis controller, 13 ... Z-axis controller, 14 ... X-axis servomotor as control target, 16 ... Carriage as control target, 17 ... Position detector, 20 ... A first differential data calculating unit as differential data calculating means, 21... A position command data correcting unit as position command data correcting means, 22.
A transfer function time element operation unit as a transfer function time element operation unit; 25, a position data storage unit as a position data storage unit; 26, a second differential data calculation unit as a second differential data calculation unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−348316(JP,A) 特開 平8−227309(JP,A) 特開 平10−149210(JP,A) 特開 平7−295652(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/18 - 19/46 G05B 13/02,11/36,23/02 G05D 3/00 - 3/12 B23Q 15/00 - 15/28 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-6-348316 (JP, A) JP-A-8-227309 (JP, A) JP-A-10-149210 (JP, A) JP-A-7- 295652 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05B 19/18-19/46 G05B 13 / 02,11 / 36,23 / 02 G05D 3/00-3/12 B23Q 15/00-15/28
Claims (5)
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御した
結果得られる実移動位置データとを記憶する位置データ
記憶手段と、 前記記憶された補正後の位置指令データと実移動位置デ
ータとに基づき、現時点での伝達関数時間要素を求める
伝達関数時間要素演算手段と、 前記求められた伝達関数時間要素に基づき位置指令デー
タを補正する位置指令データ補正手段とを有し、補正後
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御する
ようにした位置決め制御装置。1. Position data storage means for storing position command data after correction and actual movement position data obtained as a result of positioning control of a control target based on the position command data after correction, and the stored correction Transfer function time element calculating means for obtaining a transfer function time element at the present time based on the subsequent position command data and actual movement position data; and position command data for correcting the position command data based on the obtained transfer function time element. A positioning control device having a correcting means, and performing positioning control of a control target based on the corrected position command data.
置指令データ及び実移動位置データをそれぞれ最新のも
のから過去複数個分記憶しておくものである請求項1に
記載の位置決め制御装置。2. The positioning control device according to claim 1, wherein said position data storage means stores the corrected position command data and actual movement position data for each of a plurality of past data from the latest one.
置指令データ及び実移動位置データをそれぞれ少なくと
も5つ分記憶しておくものである請求項2に記載の位置
決め制御装置。3. The positioning control device according to claim 2, wherein said position data storage means stores at least five corrected position command data and at least five actual movement position data.
する第1の微分データ算出手段と、位置データ記憶手段
に記憶された実移動位置データの微分データを算出する
第2の微分データ算出手段とを設け、前記伝達関数時間
要素演算手段は、補正後の位置指令データと実移動位置
データ及びその微分データとに基づき伝達関数時間要素
を求め、前記位置指令データ補正手段は、求められた伝
達関数時間要素と位置指令データ及びその微分データと
に基づき、位置指令データを補正する請求項1〜3のい
ずれかに記載の位置決め制御装置。4. A first differential data calculating means for calculating differential data of the position command data, and a second differential data calculating means for calculating differential data of actual movement position data stored in the position data storage means. Wherein the transfer function time element calculating means obtains a transfer function time element based on the corrected position command data and the actual movement position data and its differential data, and the position command data correcting means calculates the transfer function obtained. The positioning control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the position command data is corrected based on the time element, the position command data, and its differential data.
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御した
結果得られる実移動位置データとを記憶しておき、 その記憶された補正後の位置指令データと実移動位置デ
ータとに基づき、現時点での伝達関数時間要素を求め、 その求められた伝達関数時間要素に基づき位置指令デー
タを補正し、 その補正後の位置指令データに基づき制御対象を位置決
め制御するようにした位置決め制御方法。5. The corrected position command data and actual movement position data obtained as a result of positioning control of a control target based on the corrected position command data are stored, and the stored corrected position data is stored. The current transfer function time element is obtained based on the command data and the actual movement position data, the position command data is corrected based on the obtained transfer function time element, and the control target is determined based on the corrected position command data. A positioning control method for performing positioning control.
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JP31981796A JP3232252B2 (en) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Positioning control device and positioning control method |
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