JP3234309B2 - Complex system path control method and apparatus - Google Patents

Complex system path control method and apparatus

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JP3234309B2
JP3234309B2 JP31114492A JP31114492A JP3234309B2 JP 3234309 B2 JP3234309 B2 JP 3234309B2 JP 31114492 A JP31114492 A JP 31114492A JP 31114492 A JP31114492 A JP 31114492A JP 3234309 B2 JP3234309 B2 JP 3234309B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、制御対象を所望の目標
値に追従させるため制御入力を発生する制御系を複数備
えてなる複合系の経路制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a route control method for a complex system including a plurality of control systems for generating a control input for causing a control target to follow a desired target value.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の経路制御方法は、種々の
数値制御装置等に採用されており、例えば工作機械等で
は上記経路制御方法が位置経路制御に採用されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, this kind of path control method has been employed in various numerical control devices and the like. For example, in a machine tool or the like, the above-described path control method is employed in position path control.

【0003】図31は工作機械の位置制御系モデルを示
すブロック図であり、このよう制御系を各軸毎に備え
て、例えば図32に示すような複合制御系を構成するこ
とになる。
FIG. 31 is a block diagram showing a position control system model of a machine tool. Such a control system is provided for each axis to form a composite control system as shown in FIG. 32, for example.

【0004】図31において、1は位置指令値発生手段
で、制御手段2に目標値を入力する。3は制御対象で、
制御手段2からの制御入力に対する被制御量を制御手段
にフィードバック入力する。なお、図中のWo,Wc
/Kはゲインを示し、K/S,1/S,Wa/Sは伝達
係数を示す。
In FIG. 31, reference numeral 1 denotes position command value generating means for inputting a target value to a control means 2. 3 is a control object,
A controlled amount to the control input from the control unit 2 control unit
Feedback input to 2 . Wo, Wc in the figure
/ K indicates a gain, and K / S, 1 / S and Wa / S indicate transfer coefficients.

【0005】図32において、1a,1bは各軸毎の位
置指令値発生手段で、各軸毎の制御手段2a,2bに目
標値を入力する。3a,3bは各軸毎の制御対象で、各
軸毎の制御手段2a,2bからの制御入力に対する被制
御量を制御手段a,bにフィードバック入力する。
In FIG. 32, reference numerals 1a and 1b denote position command value generating means for each axis, which input a target value to control means 2a and 2b for each axis. 3a, 3b in the controlled object for each axis and the feedback input to the control unit 2a, the control unit a controlled amount to the control input from 2b 2 a, 2 b of each axis.

【0006】このように従来の工作機械は、例えば2軸
で円軌跡を描こうとする時には、目標位置経路指令信号
を出力する位置指令信号発生手段1と物理的に移動する
ための手段を有する制御対象3と位置信号発生手段1か
らの各軸成分毎の位置指令値および制御対象の状態を表
わす状態量を入力として、対応する駆動手段からなる制
御対象にそれぞれ制御入力を出力するように形成された
制御手段2とから位置制御系が構成されていた。
[0006] As described above, the conventional machine tool has a position command signal generating means 1 for outputting a target position path command signal and a means for physically moving when attempting to draw a circular locus on two axes, for example. The apparatus is formed such that a position command value for each axis component from the object 3 and the position signal generating means 1 and a state quantity representing a state of the controlled object are input, and a control input is output to the controlled object including the corresponding driving means. And the control means 2 constitute a position control system.

【0007】従って、位置指令信号発生手段1a,1b
から各軸成分毎の位置指令値を出力すれば、各軸毎の制
御手段2a,2bに基づきそれぞれに対応した制御対象
を同時に位置制御して円軌跡を描くことができた。さ
て、各軸毎の位置制御系は、図31に示したように、比
較的低いゲインの位置制御ループとその内側に比較的高
いゲインの速度制御ループを有する制御系である。この
制御系の特徴は、速度制御ループの高いゲインにより制
御系の外乱に対する剛性を高く設定できるとともに、位
置制御ループはゲインが低いため機械系に過度の衝撃を
与えない応答が容易に得られることである。特に、速度
制御ループの補償器に積分特性を持たせることにより、
外乱に対する剛性を非常に高くでき、ステップ状のトル
ク外乱に対して位置誤差をなくすことができる。
Therefore, the position command signal generating means 1a, 1b
By outputting the position command value for each axis component from, it is possible to draw a circular locus by simultaneously controlling the position of the control target corresponding to each axis based on the control means 2a and 2b for each axis. As shown in FIG. 31, the position control system for each axis is a control system having a relatively low gain position control loop and a relatively high gain speed control loop inside the position control loop. The features of this control system are that the high gain of the speed control loop makes it possible to set the rigidity of the control system against disturbances high, and the position control loop has a low gain, so that a response that does not apply excessive impact to the mechanical system can be easily obtained. It is. In particular, by making the compensator of the speed control loop have an integral characteristic,
The rigidity against the disturbance can be made extremely high, and the position error can be eliminated with respect to the step-like torque disturbance.

【0008】図33は従来の数値制御装置の位置制御系
モデルを示すブロック図である。
FIG. 33 is a block diagram showing a position control system model of a conventional numerical controller.

【0009】図において、11は目標値発生手段で、各
制御軸に対する目標位置12a,12bを制御手段13
a,13bにそれぞれ出力する。14a,14bは各制
御軸に対応する制御対象で、対応する制御手段13a,
13bからの制御入力に基づいて被制御量15a,15
bを出力する。なお、図中のWoは位置制御系のループ
ゲインを示し、Wcは速度制御系のループゲインを示
し、Kは駆動系のイナーシャ,ドライバのゲインで定ま
る定数である。
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a target value generating means, which controls target positions 12a and 12b with respect to each control axis.
a and 13b. 14a, 14b are control objects corresponding to the respective control axes, and the corresponding control means 13a,
13b based on the control input from the control input 13b.
b is output. In the drawing, Wo indicates the loop gain of the position control system, Wc indicates the loop gain of the speed control system, and K is a constant determined by the inertia of the drive system and the gain of the driver.

【0010】先ず、目標値発生手段11は、目標経路,
目標速度に応じた各制御軸に対する目標位置を計算す
る。次に、この目標値に追従するように各軸の位置制御
系を構成し、各軸独立に制御を行う。目標値として、与
える各軸の経路指令値間の同期関係を正確に保ち、かつ
追従動作を行う各軸の制御送りが十分に小さい時には、
この方法で目標の経路制御を行うことができる。
First, the target value generating means 11 generates a target route,
A target position for each control axis according to the target speed is calculated. Next, a position control system of each axis is configured to follow this target value, and control is performed independently for each axis. As a target value, when the synchronous relationship between the path command values of each axis to be given is accurately maintained, and the control feed of each axis performing the following operation is sufficiently small,
In this way, target route control can be performed.

【0011】図34は従来の位置制御装置の軸送り制御
系を示す概略図である。
FIG. 34 is a schematic diagram showing an axis feed control system of a conventional position control device.

【0012】この図において、X軸の位置32はX軸可
動体35の重心位置と外部の基準点31の間の距離,Y
軸の位置33はY軸可動体36の重心位置とX軸の重心
位置の間の距離を示す。また、Z軸の位置3はY軸可
動体36の重心位置と外部の基準点1の間の距離を示
す。さらに、制御入力はX軸可動体35,Y軸可動体
に対し水平方向の推力37,38である。なお、実際
には、各推力37,38はリニアモータ等に電力を供給
することによって得られるものとする。
In this figure, the position 32 on the X axis is the distance between the position of the center of gravity of the X axis movable body 35 and the external reference point 31, Y
The axis position 33 indicates the distance between the center of gravity of the Y-axis movable body 36 and the center of gravity of the X-axis. The position 3 4 Z-axis indicates the distance between the center of gravity and external reference point 3 1 in the Y-axis movable body 36. Further, the control inputs are the X-axis movable body 35 and the Y-axis movable body 3
6 , thrusts 37 and 38 in the horizontal direction. Actually, it is assumed that the thrusts 37 and 38 are obtained by supplying electric power to a linear motor or the like.

【0013】このような複合系の制御を行う位置決め装
置の目的は、限られた電力で、できるだけ速くZ軸を目
標位置に到達させることであり、かつ何らかの外乱がシ
ステムに印加された時、速やかにZ軸に対する外乱の影
響を除去することである。
The purpose of a positioning device for controlling such a complex system is to make the Z-axis reach a target position as quickly as possible with limited power, and to quickly respond when any disturbance is applied to the system. Is to eliminate the influence of disturbance on the Z axis.

【0014】図35は、図34に示した位置制御装置の
軸送り制御系における制御構成を示すブロック図であ
る。以下、構成動作について説明する。
FIG. 35 is a block diagram showing a control configuration in an axis feed control system of the position control device shown in FIG. Hereinafter, the configuration operation will be described.

【0015】目標発生器41からZ軸に対する位置目標
値としての目標値信号2が与えられると、粗動送りの
X軸52aは移動を開始し、被制御量である位置(X軸
被制御量)50aは目標値の近傍まで移動する。ここ
で、判定手段43は、位置誤差(X軸誤差信号)44が
ある設定値以下になると、現在の位置誤差44をY軸5
2bへの位置指令値(Y軸目標値)45として与える。
位置誤差44が設定値以上の時は、Y軸への位置指令値
45は「0」となる。Y軸はこの位置誤差45と一致す
るように働く。この結果、X軸の被制御量50aとY軸
の被制御量50bの和であるZ軸被制御量54はZ軸に
対する位置目標値42と一致する。
[0015] When the target value signal 4 2 from the target generator 41 as a position target value for the Z axis is applied, X axis 52a of the coarse feed starts moving, which is a controlled amount position (X axis controlled The amount 50a moves to near the target value. Here, when the position error (X-axis error signal) 44 becomes equal to or less than a certain set value, the determination unit 43 determines the current position error 44
2b as a position command value (Y-axis target value) 45.
When the position error 44 is equal to or larger than the set value, the position command value 45 for the Y axis becomes “0”. The Y axis works so as to coincide with the position error 45. As a result, the Z-axis controlled amount 54, which is the sum of the X-axis controlled amount 50a and the Y-axis controlled amount 50b, matches the position target value 42 for the Z axis.

【0016】また、制御器55において、46はY軸誤
差信号、47aはX軸補償器、47bはY軸補償器、4
8aはX軸制御入力、48bはY軸制御入力、49aは
X軸制御対象、49bはY軸制御対象、50aはX軸被
制御量、50bはY軸被制御量、51aはX軸速度、5
1bはY軸速度をそれぞれ示す。
In the controller 55, 46 is a Y-axis error signal, 47a is an X-axis compensator, 47b is a Y-axis compensator,
8a is an X-axis control input, 48b is a Y-axis control input, 49a is an X-axis control target, 49b is a Y-axis control target, and 50a is an X-axis control input.
Control amount, 50b is Y axis controlled amount, 51a is X axis speed, 5
1b indicates the Y-axis speed, respectively.

【0017】なお、加算器3は、概念的に存在する
が、実際の制御系の中に存在するものではない。また、
図中のWo1,Wo2,M1,M2はゲイン示し、K1
/S,K2/S,1/Sは伝達関数を示す。
[0017] Incidentally, the adder 5 3 conceptually present, but not present in the actual control system. Also,
Wo1, Wo2, M1, and M2 in FIG.
/ S, K2 / S, and 1 / S indicate transfer functions.

【0018】図36は、図35に示した位置制御装置の
軸送り制御系の応答特性を示す図であり、横軸は時間
(msec)を示し、縦軸は目標量を示す。なお、Z軸に対
する目標値はランプ上に変化し、最終値は「10」の場
合に対応する。
FIG. 36 is a diagram showing the response characteristics of the axis feed control system of the position control device shown in FIG. 35. The horizontal axis shows time (msec), and the vertical axis shows the target amount. Note that the target value for the Z axis changes on the ramp, and the final value corresponds to the case of “10”.

【0019】この図に示すように、Y軸は位置誤差が
0.21になった時に移動を開始するように判定手段1
3を設定した場合は、Z軸が目標値の0.2%に達する
ためには、36(msec)程度を要している。この時の移
動に要する最大加速度はX軸が1834(rad/se
2),Y軸は1284(rad/sec 2)である。最
大加速度は、軸を移動するのに必要な電力に比例し、
通常使用できる電力は限られているため、できるだけ小
さな値に抑える必要がある。また、機械系の発生する振
動も加速度に比例するから、この点からも最大加速度は
小さくしなければならない。
As shown in FIG. 1, the determination means 1 starts to move the Y axis when the position error becomes 0.21.
When 3 is set, it takes about 36 (msec) for the Z axis to reach 0.2% of the target value. The maximum acceleration required for the movement at this time is 1834 (rad / sec) on the X axis.
c 2 ), the Y axis is 1284 (rad / sec 2 ). The maximum acceleration is proportional to the power required to move each axis,
Since the power that can be used is usually limited, it is necessary to keep the power as small as possible. Also, since the vibration generated by the mechanical system is proportional to the acceleration, the maximum acceleration must be reduced from this point as well.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記位
置制御方法は、各軸の応答性が全く同じことを前提と
している。経路精度を高くするには位置制御ループの
ゲインを高く設定しなければならない。外乱に対し高
い剛性を得るためには、速度制御ループのゲインを高く
設定しなければならない。
However, the above position control method is based on the premise that the responsiveness of each axis is exactly the same. To increase the path accuracy, the gain of the position control loop must be set high. In order to obtain high rigidity against disturbance, the gain of the speed control loop must be set high.

【0021】以下、従来の位置制御方法の位置制御系を
持つX軸,Y軸の2軸で経路制御を行う場合、例えば直
交2軸のXYプロッタ等を例にして問題点を詳述する。
In the following, when performing path control using two axes of the X-axis and the Y-axis having the position control system of the conventional position control method, problems will be described in detail by taking, for example, an XY plotter having two orthogonal axes.

【0022】X軸,Y軸の2つの直線軸で平面上に円を
描くためには、例えばX軸,Y軸に各々サイン(si
n)波,コサイン(cos)波を同期させて位置目標値
として与える。この目標値にX軸,Y軸が完全に追従す
れば正確な円を描くことができる。
In order to draw a circle on a plane with two linear axes of the X axis and the Y axis, for example, a sine (si
n) A wave and a cosine (cos) wave are synchronized and given as a position target value. If the X-axis and Y-axis completely follow this target value, an accurate circle can be drawn.

【0023】図37は従来の位置制御方法を適用した直
交2軸のXYプロッタによる作図軌跡を示す図である。
FIG. 37 is a diagram showing a drawing locus by an orthogonal two-axis XY plotter to which a conventional position control method is applied.

【0024】この図に示されるように、軌跡C0は目標
の円軌跡を示す。従来方式ではX軸,Y軸の応答性は同
じ値に設定する。このように、X軸,Y軸の位置制御ル
ープゲインを同じに設定した時の軌跡はC1となる。当
該軌跡C1は経路の始点と終点以外では半径は目標の円
より小さくなるが、円軌跡となる。次に、上記の問題
点を検証するため、X軸,Y軸の位置制御ループゲイン
を別々の値に設定し、X軸,Y軸の応答性を変えて経路
制御を行うと、軌跡はC2となる。この軌跡C2は明ら
かなように目標の円にはならず楕円になっている。この
例から、X軸,Y軸の応答性を全く同じにする必要性が
理解される。
As shown in this figure, a locus C0 indicates a target circular locus. In the conventional method, the responsiveness of the X axis and the responsiveness of the Y axis are set to the same value. In this way, the locus when the X-axis and Y-axis position control loop gains are set to be the same is C1. The trajectory C1 has a smaller radius than the target circle except for the start point and the end point of the route, but is a circular trajectory. Next, in order to verify the above problem, the position control loop gains of the X axis and the Y axis are set to different values, and the path control is performed by changing the responsiveness of the X axis and the Y axis. Becomes Obviously, the locus C2 is not a target circle but an ellipse. From this example, it is understood that it is necessary to make the responsiveness of the X axis and the Y axis exactly the same.

【0025】また、上記に示す問題点に対応する、経
路精度と位置制御ループのゲインの関係について検証す
る。ここでは、X軸,Y軸の応答性は同じであると仮定
する。この時の軌跡はC1となり、X軸,Y軸の応答性
が同じ時の目標経路に対する追従軌跡となる。この例で
も追従軌跡は目標円に対して誤差を生じている。この
時、定常状態における目標円経路と追従軌跡の間の経路
誤差を半径減少量dRで表わすと、dR=Vo2 /2R
Wo2 (Voは速度,Rは半径,Woは位置ループゲイ
ンを示す)となる。従って、速度Vo,半径Rの円を目
標軌跡として描く場合、経路誤差は位置ループゲインW
oの2乗に反比例して小さくなる。逆にいうと、高い精
度の円を描くためには、位置制御ループの内部の速度制
御ループのWcを高く設定する必要がある。
Further, the relationship between the path accuracy and the gain of the position control loop, which corresponds to the above problems, will be verified. Here, it is assumed that the responsiveness of the X axis and the responsiveness of the Y axis are the same. The trajectory at this time is C1, which is a trajectory following the target path when the responsiveness of the X axis and the Y axis is the same. Also in this example, the tracking locus has an error with respect to the target circle. At this time, if the path error between the target circular path and the following trajectory in the steady state is represented by the radius reduction amount dR, dR = Vo 2 / 2R
Wo 2 (Vo indicates speed, R indicates radius, and Wo indicates position loop gain). Therefore, when drawing a circle having the velocity Vo and the radius R as the target trajectory, the path error is represented by the position loop gain W
It becomes smaller in inverse proportion to the square of o. Conversely, in order to draw a circle with high accuracy, it is necessary to set Wc of the speed control loop inside the position control loop high.

【0026】しかし、通常、速度制御ループのゲインを
高く設定することは機械系の振動を引き起こすので、あ
る値以上高く設定することはできない。従って、位置ル
ープゲインを高く設定することは困難であり、目的の経
路誤差に軌跡の精度を収めることは、目標円軌跡の速度
が早い程、円の半径が小さいほど難しくなる。
However, normally, setting the gain of the speed control loop to a high value causes vibration of the mechanical system, so that it cannot be set higher than a certain value. Therefore, it is difficult to set the position loop gain high, and it becomes more difficult to keep the accuracy of the trajectory within the target path error as the speed of the target circular trajectory increases and the radius of the circle decreases.

【0027】また、上記に示す問題点を図38を参照
しながら検証する。
The problems described above will be verified with reference to FIG.

【0028】図38は従来の位置制御方法を適用した直
交2軸のXYプロッタによる外乱印加時の作図軌跡を示
す図である。
FIG. 38 is a diagram showing a drawing trajectory when a disturbance is applied by a two-axis orthogonal XY plotter to which a conventional position control method is applied.

【0029】図において、C0は目標の円軌跡であり、
C1は外乱がない時の軌跡である。C2は円を描いてい
る途中にステップ状の加速度外乱がX軸に印加された時
の応答軌跡を示す。このように、外乱が制御対象に印加
されると、経路誤差が大きくなる。C3は同じ系で速度
制御ループのゲインを2倍にしたときの応答軌跡で、同
じ加速度外乱に対し、軌跡C2より経路誤差が小さくな
っており、速度ループのゲインを高く設定することが外
乱抑制に効果があることを示している。
In the figure, C0 is a target circular locus,
C1 is a locus when there is no disturbance. C2 indicates a response trajectory when a step-like acceleration disturbance is applied to the X axis while drawing a circle. As described above, when the disturbance is applied to the control target, the path error increases. C3 is a response trajectory when the gain of the speed control loop is doubled in the same system. For the same acceleration disturbance, the path error is smaller than that of the trajectory C2, and setting a higher speed loop gain suppresses disturbance. Is effective.

【0030】しかし、既に説明したように、速度制御ル
ープのゲインを高く設定することは機械系の振動を引き
起こすために限界がある。また、速度制御ループのゲイ
ンが大きい程外乱抑制に要する加速度も大きくなる。従
って、外乱の影響を抑えつつ、高精度の経路制御を行う
ことは非常に困難である。
However, as described above, setting the gain of the speed control loop high has a limit because it causes vibration of the mechanical system. Also, the acceleration required for disturbance suppression increases as the gain of the speed control loop increases. Therefore, it is very difficult to perform high-accuracy path control while suppressing the influence of disturbance.

【0031】また、上記図33に示した数値制御装置に
おける制御方式により、より高精度な経路制御を行うた
めには、位置制御系のループゲインを高く設定するか、
あるいは、フィードフォーワード制御系を構成してサー
ボ系の追従性を高くする必要があるが、サーボ系の追従
性を高くすると、目標値変動時の加速度は大きくなる。
大きな加速度を用いると、下記に示すような新たな問題
が発生する。すなわち、モータドライバの容量が大きく
なる。また、機械系の高周波振動を誘起し、位置精度を
劣化させる。
In order to perform more accurate path control by the control method in the numerical controller shown in FIG. 33, the loop gain of the position control system must be set higher or
Alternatively, it is necessary to configure a feedforward control system to increase the followability of the servo system. However, if the followability of the servo system is increased, the acceleration when the target value changes is increased.
The use of a large acceleration causes a new problem as described below. That is, the capacity of the motor driver increases. In addition, it induces high-frequency vibration of a mechanical system, and deteriorates positional accuracy.

【0032】従って、大きな加速度を用いずに高精度化
を図る必要があり、このため、目標値に適切な加減速を
行い過大なトルクを用いずに高速,高精度な経路制御を
行う必要性が生じる。このため、単純な直線,円弧を描
く場合は計算が簡単であるが、適切な加減速を行うこと
は比較的容易である。しかし、自由曲線や直線,円弧が
複雑に接続するような場合には適切な加減速を行うこと
は難しく、高速,高精度な経路制御を行うことは困難で
ある。なお、ここで、言う適切な加減速とは、単に最大
加速度が小さいだけでなく、その加速度成分に含まれる
振動成分も少ないことも重要である。
Therefore, it is necessary to increase the accuracy without using a large acceleration. Therefore, it is necessary to perform appropriate high-speed and high-accuracy path control without using excessive torque by performing appropriate acceleration / deceleration to a target value. Occurs. Therefore, when a simple straight line or circular arc is drawn, the calculation is simple, but it is relatively easy to perform appropriate acceleration / deceleration. However, when free curves, straight lines, and arcs are connected in a complicated manner, it is difficult to perform appropriate acceleration / deceleration, and it is difficult to perform high-speed, high-precision path control. Here, it is important that the appropriate acceleration / deceleration means not only that the maximum acceleration is small but also that the vibration component included in the acceleration component is small.

【0033】また、図3に示した2軸制御系におい
て、満足な応答性が得られない場合は、図35に示した
制御系の各ゲイン(Wo1,Wo2,M1,M2)を高
くして応答性,剛性を上げなければならない。しかし、
ゲインを高く設定すると、移動に要する最大加速度は大
きくなり、大きな電力を要する。また、ゲインを高く設
定することは制御系の周波数帯域が広がるため、機械系
の振動を引き起こし、目標値への収束性が却って悪化す
ることもある。また、構成では位置誤差判定値の近傍で
スイッチング動作が必要で、ある条件の下では、このス
イッチにより自励振動を発生することもあり、この場合
には目標値への収束性が悪化する。
Further, in the two-axis control system shown in FIG. 3 4, if not satisfactory response is obtained, a higher each gain (Wo1, Wo2, M1, M2 ) of the control system shown in FIG. 35 Responsiveness and rigidity must be improved. But,
When the gain is set high, the maximum acceleration required for movement becomes large, and large power is required. Also, setting the gain to a high value causes the frequency band of the control system to be widened, causing vibration of the mechanical system, which may worsen the convergence to the target value. Further, in the configuration, a switching operation is required in the vicinity of the position error determination value. Under certain conditions, the switch may generate self-excited vibration, and in this case, the convergence to the target value is deteriorated.

【0034】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、実在軸を制御対象として設定した目標
値,制御対象の状態量,外乱と、前記目標値により定め
られる実在軸に対して仮想された実在しない仮想軸を制
御対象として設定した目標値,制御対象の状態量,外乱
とをそれぞれ干渉させながら、経路誤差を示す項を含む
評価関数の値を最小とするような制御入力を演算出力す
ることにより、制御系のループゲインを高くすることな
く、高速高精度の経路制御を行える複合系の経路制御方
法およびその装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The present invention is directed to a target value, a state quantity and a disturbance of a control target set with a real axis as a control target, and a real axis determined by the target value. Including a term indicating a path error while interfering with a target value, a state quantity of a control target, and a disturbance which are set as a control target using a virtual axis that does not exist virtually.
Provided is a route control method and apparatus for a complex system capable of performing high-speed and high-precision route control without increasing the loop gain of the control system by calculating and outputting a control input that minimizes the value of the evaluation function. The purpose is to:

【0035】[0035]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる複合系の
経路制御方法は、実在軸となる制御対象を所望量移動さ
せるための目標値および前記目標値により定められる実
在軸に対して仮想され、実在しない仮想軸となる仮想制
御対象を移動させるための仮想目標値を生成し、該生成
された仮想目標値,前記目標値,前記仮想制御対象から
の仮想状態量,前記制御対象からの状態量,前記仮想制
御対象に対する第1の外乱信号,前記制御対象に対する
第2の外乱信号とを入力として、経路誤差を示す項を含
む第1の評価関数の値を最小化する制御入力および仮想
制御入力を演算し、該演算された制御入力および仮想制
御入力を対応する前記仮想制御対象または前記制御対象
に出力するものである。
According to the present invention, there is provided a route control method for a complex system, wherein a target value for moving a control object serving as an actual axis by a desired amount and an actual axis defined by the target value are imagined. Generating a virtual target value for moving a virtual control object that is a non-existent virtual axis, and generates the generated virtual target value, the target value, a virtual state quantity from the virtual control object, and a state from the control object. A term indicating a path error, which is input with a quantity, a first disturbance signal for the virtual control target, and a second disturbance signal for the control target.
A control input and a virtual control input that minimize the value of the first evaluation function are calculated, and the calculated control input and the virtual control input are output to the corresponding virtual control target or the control target.

【0036】本発明にかかる複合系の経路制御装置は、
実在軸となる制御対象を所望量移動させるための目標値
を生成する目標値生成手段と、前記目標値により定めら
れる前記実在軸に対して仮想され、実在しない仮想軸と
なる仮想制御対象を移動させるための仮想目標値を生成
する仮想目標値生成手段と、前記仮想目標値,前記目標
値,前記仮想制御対象からの仮想状態量,前記制御対象
からの状態量,前記仮想制御対象に対する第1の外乱信
号,前記制御対象に対する第2の外乱信号とを入力とし
、経路誤差を示す項を含む第1の評価関数の値を最小
化する制御入力および仮想制御入力を演算し、対応する
前記仮想制御対象または前記制御対象に出力する制御手
段とを有するものである。
The composite route control device according to the present invention comprises:
A target value generating means for generating a target value for moving a control object serving as an actual axis by a desired amount; and moving a virtual control object serving as a virtual axis that does not exist and is virtual with respect to the real axis defined by the target value. Virtual target value generation means for generating a virtual target value for causing the virtual target value, the target value, the virtual state quantity from the virtual control target, the state quantity from the control target, and a first value for the virtual control target. And a second disturbance signal for the controlled object are input , and a control input and a virtual control input for minimizing a value of a first evaluation function including a term indicating a path error are calculated. And a control means for outputting to the control target or the control target.

【0037】また、第1制御対象を所望量移動させるた
めの第1目標値を生成する第1目標値生成手段と、前記
第1制御対象と独立した第2制御対象を所望量移動させ
るための第2目標値を生成する第2目標値生成手段と、
前記第1目標値と、前記第2目標値と、前記第1制御対
象からの第1状態量と、前記第2制御対象からの第2状
態量と、前記第1制御対象に対する第1外乱信号と、前
記第2制御対象に対する第2外乱信号とを入力して、
路誤差を示す項を含む第2の評価関数により求まる制御
情報を最小化する演算手段と、前記演算手段の演算結果
に基づき、前記第1制御対象と前記第2制御対象とに、
前記演算手段により求めた制御入力を出力する制御手段
とを有するものである。
A first target value generating means for generating a first target value for moving the first control object by a desired amount, and a first target value generating means for moving the second control object independent of the first control object by a desired amount. Second target value generation means for generating a second target value;
The first target value, the second target value, a first state quantity from the first control target, a second state quantity from the second control target, and a first disturbance signal for the first control target. If, by entering the second disturbance signal for the second control object, through
A calculating means for minimizing control information obtained by a second evaluation function including a term indicating a road error; and, based on a calculation result of the calculating means, the first control target and the second control target include:
And control means for outputting a control input obtained by the calculation means.

【0038】さらに、第1の評価関数は、経路誤差を評
価するための第1または第2の重み関数成分を含むよう
に構成したものである。
Further, the first evaluation function is configured to include a first or second weight function component for evaluating a path error.

【0039】また、第2の評価関数は、経路誤差を評価
するための第1または第2の重み関数成分を含むように
構成したものである。
The second evaluation function is configured to include a first or second weight function component for evaluating a path error.

【0040】さらに、第1制御対象を所望量移動させる
ための第1目標値を生成する第1目標値生成手段と、前
記第1制御対象と独立した第2制御対象を所望量移動さ
せるための第2目標値を生成する第2目標値生成手段
と、前記第1目標値を第1変換目標値に変換する第1目
標値変換手段と、前記第2目標値を第2変換目標値に変
換する第2目標値変換手段と、前記第1変換値と、前記
第2変換値と、前記第1制御対象からの第1状態量と、
前記第2制御対象からの第2状態量と、前記第1制御対
象に対する第1外乱信号と、前記第2制御対象に対する
第2外乱信号とを入力して、経路誤差を示す項を含む第
2の評価関数により求まる制御情報を最小化する演算手
段と、前記演算手段の演算結果に基づき、前記第1制御
対象と前記第2制御対象とに、前記演算手段により求め
られた制御情報を出力する制御手段とを有するものであ
る。
Further, a first target value generating means for generating a first target value for moving the first control object by a desired amount, and a first target value generating means for moving the second control object independent of the first control object by a desired amount. Second target value generation means for generating a second target value, first target value conversion means for converting the first target value to a first conversion target value, and conversion of the second target value to a second conversion target value Second target value conversion means, the first conversion value, the second conversion value, and the first state quantity from the first control target.
A second state quantity from the second control target, a first disturbance signal for the first control target, and a second disturbance signal for the second control target are input and include a term indicating a path error.
Calculating means for minimizing control information obtained by the evaluation function of ( 2), and outputting control information obtained by the calculating means to the first controlled object and the second controlled object based on the calculation result of the calculating means. And control means for performing the operation.

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【0046】[0046]

【0047】[0047]

【実施例】【Example】

〔第1実施例〕図1は本発明の一実施例を示す複合系の
経路制御装置の構成を説明するブロック図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a block diagram for explaining the arrangement of a complex route control device according to an embodiment of the present invention.

【0048】図において、100a,100bは位置指
令値発生手段で、各軸毎の目標値を各軸の制御手段10
4a,104bにそれぞれ出力する。制御手段104
a,104bには、図示しないCPU,ROM,RAM
を備え、下記に示す数式1に従う評価関数J(K) を2次
形式の有限時間の積分演算した評価関数を使用して、各
入力I1a,I2a,I3a,I1b,I2b,I3b
から上記評価関数を最小化するための制御入力104
a,104bをそれぞれ演算して、それぞれの制御対象
102a,102bに出力する。なお、数式1に2次形
式で表わされる評価関数を最小化するために、上記制御
手段は、DP(ダイナミックプログラミング)手法を用
いて演算する。
In the figure, reference numerals 100a and 100b denote position command value generating means for setting a target value for each axis to a control means 10 for each axis.
4a and 104b. Control means 104
CPU, ROM, RAM (not shown)
And using an evaluation function obtained by integrating a finite-time integral function of an evaluation function J (K) according to the following Equation 1 into each input I1a, I2a, I3a, I1b, I2b, I3b
Control input 104 for minimizing the evaluation function from
a and 104b are calculated and output to the respective controlled objects 102a and 102b. In addition, in order to minimize the evaluation function expressed in the quadratic form in Expression 1, the control unit performs an operation using a DP (dynamic programming) method.

【0049】[0049]

【数1】 なお、数式1において、Rは目標値ベクトルを示し、y
(=CX)は出力ベクトルを示し、X状態ベクトルを
示し、Uは制御入力ベクトルを示し、kは時刻を示し、
Mは積分時間を示し、Q,Hは重み関数を示す。
(Equation 1) In Equation 1, R indicates a target value vector, and y
(= CX) shows an output vector, X is shows a state vector, U is shows the control input vector, k represents a time,
M indicates an integration time, and Q and H indicate weight functions.

【0050】また、重み関数Q,は、|e|2 *|Δ
R|2 −(e,ΔR)2 または|e|2 *|Δy|2
(e,Δy)2 の何れか、または数学的にそれと等価な
要素項を含んでる。なお、Rは目標値ベクトルを示し、
yは追従経路ベクトルを示し、e(=R−y)は経路誤
差ベクトルを示し、Δyは追従経路速度ベクトルを示
し、ΔRは目標値速度ベクトルを示す。
The weighting functions Q and H are given by | e | 2 * | Δ
R | 2 − (e, ΔR) 2 or | e | 2 * | Δy | 2
(E, Δy) 2 or any element term mathematically equivalent to it. Note that R indicates a target value vector,
y indicates a following path vector, e (= R−y) indicates a path error vector, Δy indicates a following path speed vector, and ΔR indicates a target value speed vector.

【0051】さらに、上記制御対象102a,102b
の特性は、下記の数式2に示す状態方程式で表われるも
のとする。
Further, the control objects 102a and 102b
It is assumed that the characteristic is expressed by a state equation shown in Expression 2 below.

【0052】[0052]

【数2】 ただし、Xは状態ベクトルを示し、Uは制御入力ベクト
ルを示し、Wは外乱ベクトルを示す。ただし、状態ベク
トルX,制御入力ベクトルU,外乱ベクトルWは、下記
のように決定されるものとする。
(Equation 2) Here, X indicates a state vector, U indicates a control input vector, and W indicates a disturbance vector. However, the state vector X, the control input vector U, and the disturbance vector W are determined as follows.

【0053】X=AX+BU+DW X=(X1,X2,X3,X4,X5,X6) X1:X軸位置 X2:X軸速度 X3:Y軸位置 X4:Y軸速度 X5:Z軸位置 X6:Z軸速度 U=(U1,U2,U3) U1:X軸制御入力,U2:Y軸制御入力,U3:Z軸
制御入力 W=(W1,W2,W3) W1:X軸外乱入力,W2:Y軸外乱入力,W3:Z軸
外乱入力 ここで、X軸,Y軸は現実に存在する実在する制御軸で
あるが、Z軸は現実に存在しない仮想の制御軸である。
X = AX + BU + DW X = (X1, X2, X3, X4, X5, X6) X1: X-axis position X2: X-axis speed X3: Y-axis position X4: Y-axis speed X5: Z-axis position X6: Z-axis Speed U = (U1, U2, U3) U1: X-axis control input, U2: Y-axis control input, U3: Z-axis control input W = (W1, W2, W3) W1: X-axis disturbance input, W2: Y-axis Disturbance input, W3: Z-axis disturbance input Here, the X-axis and the Y-axis are actually existing control axes, but the Z-axis is a virtual control axis that does not actually exist.

【0054】また、Z軸に対する目標値は起動端で零の
位置とし、一定速度である位置移動し、そこからX軸,
Y軸の目標値が移動を開始し、X軸,Y軸の目標値が移
動中はその位置を保持し、X軸,Y軸の目標値が停止し
た時点で起動時と同じ速度でZ軸は零の位置に戻るもの
とする。また、X軸に対する外乱があらかじめ測定でき
るものとする。
Further, the target value for the Z axis is set to a zero position at the starting end, moves at a constant speed, and then moves to the X axis,
The target value of the Y-axis starts moving, and the position is held while the target values of the X-axis and Y-axis are moving, and when the target values of the X-axis and Y-axis stop, the Z-axis is at the same speed as at the start. Shall return to the zero position. Also, it is assumed that the disturbance with respect to the X axis can be measured in advance.

【0055】なお、上記数式1に示した評価関数が現時
刻から有限の時間先までの有限時間の時間積分形式で表
わすと、数式3として表わすことができる。
When the evaluation function shown in Expression 1 is expressed in a finite time integration form from the current time to a finite time ahead, Expression 3 can be expressed.

【0056】[0056]

【数3】 なお、数式3において、Rは目標値ベクトルを示し、y
(=CX)は出力ベクトルを示し、Xは状態ベクトルを
示し、Uは制御入力ベクトルを示し、tは時刻を示し、
M は積分時間を示し、Q,Hは重み関数を示す。
(Equation 3) In Equation 3, R indicates a target value vector, and y
(= CX) indicates an output vector, X indicates a state vector, U indicates a control input vector, t indicates time,
t M indicates an integration time, and Q and H indicate weight functions.

【0057】以下、図2を参照しながら、図1に示した
複合系の経路制御装置に基づく円軌跡を描いた場合の経
路誤差状態を説明する。
Hereinafter, a path error state when a circular locus is drawn based on the complex path control device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【0058】図2は、図1に示した経路制御装置を適用
した直交2軸のXYプロッタによる作図軌跡を示す図で
ある。なお、経路誤差の改善状態を示すため、半径方向
に誤差を10倍した状態に対応する。
FIG. 2 is a diagram showing a drawing locus by a two-axis XY plotter to which the path control device shown in FIG. 1 is applied. In order to show an improved state of the path error, it corresponds to a state in which the error is multiplied by 10 in the radial direction.

【0059】この図において、C0は目標円軌跡を示
し、C1は外乱がない時の軌跡を示し、C2はステップ
状の外乱が印加された時の軌跡に対応する。なお、従来
例との差を比較するため、図38に示した場合と同様の
目標位置指令をX軸,Y軸に与え、X軸に対する外乱も
同様に印加された場合に対応する。
In this figure, C0 indicates a target circle locus, C1 indicates a locus when there is no disturbance, and C2 corresponds to a locus when a step-like disturbance is applied. In order to compare the difference with the conventional example, the same target position command as in the case shown in FIG. 38 is given to the X-axis and the Y-axis, and the disturbance corresponding to the X-axis is also applied.

【0060】また、本実施例におけるパラメータは、図
38と同じ加速度外乱が印加された時、外乱を抑制する
ため用いる最大加速度が従来方式と同じになるように選
定した。この例では、同一の最大加速度を用いながら、
結果として同一外乱に対して半径誤差が約1/10に減
少しており、高精度化が図られている。ここで、最大加
速度を同一にしているのは、外乱,摩擦等を無視すれ
ば、加速度が同じならばモータのドライバは消費電力が
同じことを意味する。従って、本実施例に示す制御方法
により、目標値に対する追従性ならびに外乱に対する剛
性ともに、同じ容量のドライバでより高速高精度に経路
を制御できる。また、加速度は機械系の振動の原因とな
り、最大加速度が同一であれば、本実施例による制御方
法が従来の方法による機械系の振動でより高速高精度に
経路を制御できる。なお、本実施例では、上記数式1に
示す評価関数中の重み関数Qは目標値ベクトルRの大き
さの関数となるが、重み関数Hは一定値としている。な
お、制御目的に応じて当該重み関数Hも目標値ベクトル
Rの大きさの関数としても良い。
The parameters in this embodiment are selected so that when the same acceleration disturbance as in FIG. 38 is applied, the maximum acceleration used to suppress the disturbance becomes the same as that of the conventional method. In this example, while using the same maximum acceleration,
As a result, the radius error is reduced to about 1/10 with respect to the same disturbance, and higher accuracy is achieved. Here, making the maximum acceleration the same means that the motor driver consumes the same power if the acceleration is the same, ignoring disturbance, friction, and the like. Therefore, according to the control method shown in the present embodiment, the path can be controlled at a higher speed and with higher accuracy by a driver having the same capacity, in both the followability to the target value and the rigidity against disturbance. Further, the acceleration causes vibration of the mechanical system, and if the maximum acceleration is the same, the control method according to the present embodiment can control the path with higher speed and higher accuracy by the vibration of the mechanical system according to the conventional method. In this embodiment, the weighting function Q in the evaluation function shown in the above equation 1 is a function of the magnitude of the target value vector R, but the weighting function H is a constant value. The weighting function H may be a function of the magnitude of the target value vector R depending on the control purpose.

【0061】なお、上記実施例ではあらかじめ外乱を測
定できることを前提とする場合について説明したが、外
乱信号として、例えば経路目標値と制御対象のモデルか
ら予測される外乱信号を利用するのが最も単純な制御構
成となる。例えば工作機械等で機械が逆方向に移動する
場合に生ずる非線形摩擦を制御対象とするモデルおよび
目標値指令値からあらかじめ知ることができ、これを外
乱信号とすることにより、本発明を容易に適用すること
ができる。また、外乱信号を測定するため、状態量の検
出器の他に外乱信号の測定用の検出器を別途設けても良
い。
Although the above embodiment has been described on the assumption that disturbance can be measured in advance, it is simplest to use, for example, a disturbance signal predicted from a path target value and a model to be controlled as a disturbance signal. Control structure. For example, it is possible to know in advance from the model and the target value command value the non-linear friction generated when the machine moves in the reverse direction in a machine tool or the like, and by using this as a disturbance signal, the present invention can be easily applied. can do. Further, in order to measure the disturbance signal, a detector for measuring the disturbance signal may be separately provided in addition to the state quantity detector.

【0062】図3は、図1に示した複合系の経路制御装
置の他の構成例を説明するブロック図であり、特に、仮
想軸を利用する場合の制御に対応し、実在する2軸(X
軸,Y軸)の制御対象と仮想の1軸(Z軸)という制御
系が組み合わされた場合に対応する。
FIG. 3 is a block diagram for explaining another example of the configuration of the complex route control device shown in FIG. 1. In particular, FIG. X
This corresponds to a case where a control system of a control object of a virtual one axis (Z-axis) is combined with a control object of the axis (Y-axis).

【0063】図において、110は位置指令値発生手段
で、2軸(X軸,Y軸)に対する目標値を制御手段11
4,120のそれぞれに入力する。制御手段114には
上記数式1に対応する評価関数に基づいて最小化演算処
理を実行するための、CPU,ROM,RAMを備えて
いる。112は制御対象で、制御手段114からの各軸
制御入力を受けて各軸を所定量移動させる。113a、
113bは外乱測定手段で、測定した外乱をそれぞれ制
御手段114,120,制御対象112および仮想制御
対象115に入力する。
In the figure, reference numeral 110 denotes a position command value generating means for controlling target values for two axes (X axis and Y axis).
4,120. The control means 114 includes a CPU, a ROM, and a RAM for executing a minimizing operation based on the evaluation function corresponding to the above-described equation (1). Reference numeral 112 denotes a control object, which moves each axis by a predetermined amount in response to each axis control input from the control means 114. 113a,
A disturbance measuring unit 113b inputs the measured disturbance to the control units 114 and 120, the control target 112, and the virtual control target 115, respectively.

【0064】116は仮想位置指令発生手段で、仮想の
1軸(Z軸と呼ぶ)に対する目標値を制御手段120,
114に入力する。
Numeral 116 designates a virtual position command generating means for controlling a target value for one virtual axis (called the Z axis) by the control means 120,
Enter 114.

【0065】このように構成された経路制御装置におい
て、目標値生成手段を構成する位置指令値発生手段11
0が実在軸となる制御対象112を所望量移動させるた
めの目標値および仮想目標値生成手段116が実在軸に
対して仮想される仮想軸となる仮想制御対象115を移
動させるための仮想目標値を生成すると、制御手段11
4,120が生成された仮想目標値,目標値,仮想制御
対象からの仮想状態量,制御対象からの状態量,仮想制
御対象に対する第1の外乱信号,制御対象に対する第2
の外乱信号とを入力として所定の第1の評価関数(数式
1等)を最適化する制御入力および仮想制御入力を演算
し、該演算された制御入力および仮想制御入力を対応す
る仮想制御対象または制御対象に出力するので、外乱に
対する最大加速度を変えずに、経路誤差を最小とする制
御入力を出力可能となる。
[0065] In such configured routing control device, the position command value generation means constituting the target value generating hand stage 11
A target value for moving the control target 112 whose 0 is the real axis by a desired amount and a virtual target value for moving the virtual control target 115 that is a virtual axis that is virtual with respect to the real axis by the virtual target value generation means 116 Is generated, the control means 11
4, 120 generated virtual target values, target values, virtual state quantities from the virtual control target, state quantities from the control target, a first disturbance signal for the virtual control target, and a second disturbance signal for the control target.
A control input and a virtual control input for optimizing a predetermined first evaluation function (Equation 1 and the like) are input by using the disturbance signal and the control signal, and the calculated control input and the virtual control input correspond to a virtual control object or a virtual control object. Since the output is output to the control target, a control input that minimizes the path error can be output without changing the maximum acceleration with respect to the disturbance.

【0066】このように図3に示す複合系の経路制御装
置では、仮想的な制御対象に対する仮想的な経路指令信
号を実在する制御対象に対する経路指令信号から求める
ことを特徴としている。
As described above, the composite route control device shown in FIG. 3 is characterized in that a virtual route command signal for a virtual control target is obtained from a route command signal for an actual control target.

【0067】なお、当該仮想の1軸を実在する空間N軸
と仮想のM軸(N,は任意の整数)としても良い。ま
た、本実施例では実在しない仮想の軸(制御対象)を導
入することを特徴とするが、実在しないという意味は、
本来の制御目的に関連がないという意味であって、仮想
の軸が物理的に存在するか存在しないかということとは
無関係である。すなわち、仮想軸Zは物理的に存在して
も良いが、目的はX軸,Y軸を制御することであり、仮
想軸Z(物理的には存在しない仮想的な制御対象の状態
量が実在する制御対象の状態量と数学的に直交関係にあ
るように設定された軸)が実際に移動しているかどうか
は無関係である。
Note that the virtual one axis may be a real space N axis and a virtual M axis (N and M are arbitrary integers). In this embodiment, a virtual axis (control object) that does not exist is introduced.
It means that it is not related to the original control purpose, and is not related to whether the virtual axis physically exists or does not exist. In other words, the virtual axis Z may physically exist, but the purpose is to control the X axis and the Y axis, and the virtual axis Z (the state quantity of the virtual control target that does not physically exist actually exists). It is irrelevant whether or not the axis which is set to be mathematically orthogonal to the state quantity of the controlled object to be controlled is actually moving.

【0068】なお、上記実施例では各経路の外乱を考慮
して評価関数を採用したが、評価関数に制御対象102
a,102bの状態量と位置指令値発生手段100a,
100bの出力信号に基づく所定の評価関数を定めて制
御手段104a,104bがそれぞれの制御対象102
a,102bに対する制御入力を決定する構成であって
もよい。
In the above embodiment, the evaluation function is adopted in consideration of the disturbance of each path.
a, 102b and position command value generating means 100a,
The control means 104a, 104b determines a predetermined evaluation function based on the output signal of the
a, 102b.

【0069】このように、本発明に係る複合系の経路制
御方法によれば、実在軸となる制御対象を所望量移動さ
せるための目標値および実在軸に対して仮想される仮想
軸となる仮想制御対象を移動させるための仮想目標値を
生成し、該生成された仮想目標値,目標値,仮想制御対
象からの仮想状態量,制御対象からの状態量,仮想制御
対象に対する第1の外乱信号,制御対象に対する第2の
外乱信号とを入力として所定の第1の評価関数を最適化
する制御入力および仮想制御入力を演算し、該演算され
た制御入力および仮想制御入力を対応する仮想制御対象
または制御対象に出力するので、外乱に対する最大加速
度を変えずに、経路誤差を最小とすることができる。 〔第2実施例〕図4は本発明の第2実施例を示す複合系
の経路制御装置の構成を説明するブロック図である。
As described above, according to the composite route control method of the present invention, the target value for moving the control object serving as the real axis by the desired amount and the virtual axis serving as the virtual axis virtual with respect to the real axis are provided. A virtual target value for moving the control target is generated, and the generated virtual target value, target value, virtual state quantity from the virtual control target, state quantity from the control target, and a first disturbance signal for the virtual control target. Calculating a control input and a virtual control input for optimizing a predetermined first evaluation function by using a second disturbance signal for the control target as an input, and converting the calculated control input and the virtual control input to a corresponding virtual control target Alternatively, since the signal is output to the control target, the path error can be minimized without changing the maximum acceleration with respect to the disturbance. [Second Embodiment] FIG. 4 is a block diagram for explaining the configuration of a complex route control device according to a second embodiment of the present invention.

【0070】図において、121は位置指令値発生手段
で、実在する空間2軸の制御対象122に対する目標値
を制御手段123aに出力するとともに、仮想制御対象
124を制御する制御手段128に同じ目標値を出力す
る。同様に、125は仮想位置指令値発生手段で、制御
手段123bに仮想制御対象124に対する仮想目標値
を出力するとともに、制御対象123aにも同じ仮想目
標値を出力する。各制御手段123a,123bは図示
しないCPU,RAM,ROMを備え、実軸制御系およ
び仮想的な軸に対する状態量,上記仮想目標値,目標値
を入力として、上記数式1に基づく評価関数を最小化す
る制御入力,仮想制御入力を演算して、各実在制御対象
122,仮想制御対象124にそれぞれ出力する。
In the figure, reference numeral 121 denotes a position command value generating means which outputs a target value for a real controlled object 122 on two axes of space to a control means 123a, and outputs the same target value to a control means 128 for controlling a virtual controlled object 124. Is output. Similarly, reference numeral 125 denotes a virtual position command value generating means that outputs a virtual target value for the virtual control target 124 to the control means 123b and outputs the same virtual target value to the control target 123a. Each of the control means 123a and 123b includes a CPU, a RAM, and a ROM (not shown). The control input and the virtual control input to be converted are calculated and output to the real control target 122 and the virtual control target 124, respectively.

【0071】ただし、上記数式1における状態方程式X
は、下記のように決定されるものとする。
However, the state equation X in the above equation (1)
Shall be determined as follows:

【0072】 X=AX+BU X=(X1,X2,X3,X4,X5,X6) X1:X軸位置 X2:X軸速度 X3:Y軸位置 X4:Y軸速度 X5:Z軸位置 X6:Z軸速度 U=(U1,U2,U3) U1:X軸制御入力,U2:Y軸制御入力,U3:Z軸
制御入力 ここで、X軸,Y軸は現実に実在する制御軸で、特にZ
軸は現実には存在しない仮想の制御軸であり、本発明の
特徴的な軸である。なお、本実施例では制御の目的に応
じて任意の実在しない制御対象,目標値を導入し、本実
施例ではZ軸の特性は、X軸と同じに設定している。さ
らに、Z軸に対する目標値は起動端で「0」の位置と
し、一定速度である位置まで移動し、そこからX軸,Y
軸の目標値が移動を開始し、X軸,Y軸の目標値が停止
した時点で起動時と同じ速度でZ軸は「0」の位置に戻
るものとする。
X = AX + BU X = (X1, X2, X3, X4, X5, X6) X1: X-axis position X2: X-axis speed X3: Y-axis position X4: Y-axis speed X5: Z-axis position X6: Z-axis Speed U = (U1, U2, U3) U1: X-axis control input, U2: Y-axis control input, U3: Z-axis control input Here, the X-axis and the Y-axis are control axes that actually exist.
The axis is a virtual control axis that does not actually exist, and is a characteristic axis of the present invention. In this embodiment, any non-existent control target and target value are introduced according to the purpose of control, and in this embodiment, the characteristics of the Z axis are set to be the same as those of the X axis. Further, the target value for the Z-axis is set to a position of “0” at the starting end, moves to a position at a constant speed, and from there, the X-axis, Y-axis
It is assumed that when the target values of the axes start moving and the target values of the X axis and the Y axis stop, the Z axis returns to the “0” position at the same speed as at the start.

【0073】以下、図5を参照しながら、図3に示した
複合系の経路制御装置に基づく円軌跡を描いた場合の経
路誤差状態を説明する。
Hereinafter, a path error state when a circular trajectory is drawn based on the composite path control device shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.

【0074】図5は、図4に示した複合系の経路制御装
置による作図軌跡を示す図であり、例えば直交2軸のX
Yプロッタによる作図軌跡に対応する。なお、経路誤差
の改善状態を示すため、半径方向に誤差を20倍した状
態に対応する。
FIG. 5 is a diagram showing a plotting locus by the composite route control device shown in FIG.
It corresponds to the drawing locus by the Y plotter. In addition, in order to show the improvement state of the path error, it corresponds to a state in which the error is increased by 20 times in the radial direction.

【0075】この図において、破線は目標円軌跡を示
し、実線は制御軌跡を示す。なお、従来例との差を比較
するため、図38に示した場合と同様の目標位置指令を
X軸,Y軸に与え、X軸に対する外乱も同様に印加され
た場合に対応する。また、本実施例におけるパラメータ
は、図38に示した従来方式の最大加速度と同じになる
ように選定した。この例では、同一の最大加速度を用い
ていながら、結果として同一外乱に対して半径誤差が約
1/10に減少しており、高精度化が図られている。ま
た、逆に同じ半径誤差になるように目標速度を変更する
と、本実施例による制御方法が従来の制御方法に比べ
て、約3倍の速度で移動させることができ、高速制御が
可能となる。
In this figure, a broken line indicates a target circle locus, and a solid line indicates a control locus. In order to compare the difference with the conventional example, the same target position command as in the case shown in FIG. 38 is given to the X-axis and the Y-axis, and the disturbance corresponding to the X-axis is also applied. Further, the parameters in this embodiment were selected so as to be the same as the maximum acceleration of the conventional method shown in FIG. In this example, while using the same maximum acceleration, as a result, the radius error is reduced to about 1/10 with respect to the same disturbance, and high accuracy is achieved. Conversely, if the target speed is changed so as to have the same radius error, the control method according to the present embodiment can move at approximately three times the speed of the conventional control method, and high-speed control becomes possible. .

【0076】ここで、最大加速度を同一にしているの
は、外乱,摩擦等を無視すれば、加速度が同じならば、
モータのドライバは消費電力が同じことを意味する。ま
た、加速度は機械系の振動の原因となり、最大加速度が
同一であれば、本実施例による制御方法が従来の方法に
よる機械系の振動で、より高速高精度に経路を制御でき
る。
Here, the reason why the maximum acceleration is the same is that if the disturbance and friction are ignored, if the acceleration is the same,
Motor drivers mean the same power consumption. Further, the acceleration causes vibration of the mechanical system, and if the maximum acceleration is the same, the control method according to the present embodiment can control the path with higher speed and higher accuracy by the vibration of the mechanical system according to the conventional method.

【0077】なお、上記実施例では、実在の空間2軸の
制御対象と仮想の1軸を制御することにより、高精度な
空間2軸の軌跡を得たが、実在の空間1軸と仮想の1軸
を制御することにより、実在の空間1軸の時間波形を目
的にかなうよう制御することも可能である。以下、図
6,図7を参照しながら実在の空間1軸と仮想の1軸を
制御した際の制御特性変動状態を説明する。
In the above embodiment, the trajectory of the two axes of the space was obtained with high accuracy by controlling the control target of the two axes of the real space and the virtual one axis. By controlling one axis, it is also possible to control the time waveform of one axis of the real space to meet the purpose. Hereinafter, the control characteristic fluctuation state when one real space axis and one virtual axis are controlled will be described with reference to FIGS.

【0078】図6は、図4に示した経路制御装置におけ
る目標値への応答特性を示す図である。横軸は時間を示
し、縦軸は移動量を示す。
FIG. 6 is a diagram showing a response characteristic to a target value in the route control device shown in FIG. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amount of movement.

【0079】この図において、C4は仮想の1軸に目標
指令値を与えなかった場合の応答特性に対応し、C3は
実在軸の指令が終了した段階で、仮想の1軸に目標指令
値を与えた場合の応答特性に対応する。
In this figure, C4 corresponds to the response characteristic when the target command value is not given to one virtual axis, and C3 is the target command value for one virtual axis when the command for the real axis is completed. It corresponds to the response characteristic when given.

【0080】この結果、図に示されるように、仮想の1
軸への目標値指令値を制御することにより、オーバーシ
ュートが殆どない応答(応答特性C3参照)となり、制
御特性が著しく向上する。
As a result, as shown in FIG.
By controlling the target value command value to the axis, a response with little overshoot (see response characteristic C3) is obtained, and the control characteristic is significantly improved.

【0081】図7は、図6に示した応答特性の物理的な
解析状態を示す図であり、図6と同一のものには同一の
符号を付してある。なお、縦軸は仮想軸を示し、横軸は
実在軸を示す。
FIG. 7 is a diagram showing a physical analysis state of the response characteristics shown in FIG. 6, and the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. The vertical axis indicates the virtual axis, and the horizontal axis indicates the real axis.

【0082】この図に示すように、仮想空間上での応答
特性C4は(X軸が実在軸)上の線分を左から右方向経
移動する目標経路において、応答特性C3は実在軸(X
軸)と仮想軸(Z軸)の仮想空間上で直角に曲がる目標
経路となる。なお、評価関数には、重み関数Q,Xは、
|e|2 *|ΔR|2 ー(e,ΔR)2 または|e|2
*|Δy|2 ー(e,Δy)2 のいずれか、または数学
的にそれと等価な要素項を含んでいるため、応答特性C
3の斜線で示されるような面積成分を小さくするように
制御を行うため、実在軸の応答からオーバーシュートを
なくすことができる。
As shown in this figure, the response characteristic C4 in the virtual space is a target path which moves from left to right on a line segment on which the X axis is a real axis, and the response characteristic C3 is a real axis (X
Axis) and a virtual axis (Z-axis) in a virtual space. Note that the weighting functions Q and X include
| E | 2 * | ΔR | 2- (e, ΔR) 2 or | e | 2
* | Δy | 2- (e, Δy) 2 , or an element term mathematically equivalent to it, so that the response characteristic C
Since control is performed so as to reduce the area component as indicated by the oblique line 3, overshoot can be eliminated from the response of the real axis.

【0083】一方、応答特性C4は単純に線分を移動す
るような目標経路に追従する場合、線分上でオーバーシ
ュートを生じても面積成分は零であり、オーバーシュー
トはなくすことができず、制御系における目標値への追
従性が低い。
On the other hand, when the response characteristic C4 follows a target path that simply moves along a line segment, even if overshoot occurs on the line segment, the area component is zero, and the overshoot cannot be eliminated. In addition, the ability to follow the target value in the control system is low.

【0084】なお、本実施例では、実在する空間2軸の
制御対象と仮想の1軸あるいは実在する空間1軸の制御
対象と仮想の1軸という組み合わせを示したが、他の応
用として、空間N軸と仮想のM軸(N,Mは任意の整
数)としてもよいことは言うまでもない。また、本実施
例では、実在しない仮想軸(制御対象)を導入すること
を特徴とするが、実在しないという意味は本来の制御の
目的に関連がないという意味であり、例えば上記実施例
における仮想軸Zは物理的に存在してもよいが、目的は
X軸を制御することであり、仮想軸Zが実際に移動して
いるかどうかとは無関係である。 〔第3実施例〕図8は本発明の第3実施例を示す複合系
の経路制御装置の基本構成を説明するブロック図であ
る。
In the present embodiment, a combination of a control object of a real 2-axis space and a virtual 1-axis or a control object of a real 1-axis space and a virtual 1-axis is shown. It goes without saying that the N axis and the virtual M axis (N and M are arbitrary integers) may be used. Further, the present embodiment is characterized by introducing a virtual axis (control object) that does not exist, but the fact that it does not exist means that it is not related to the original control purpose. The axis Z may be physically present, but the purpose is to control the X axis and is independent of whether the virtual axis Z is actually moving. [Third Embodiment] FIG. 8 is a block diagram for explaining the basic configuration of a complex route control device according to a third embodiment of the present invention.

【0085】図において、131は目標値発生手段で、
制御対象137に対する目標値を目標値変換手段133
に出力する。目標値変換手段133は、所定のアルゴリ
ズムにより上記目標値の加速度が過大となる場合に、適
当な補間点を目標値132に付け加え新目標値134を
生成し、制御手段135に入力する。制御手段135は
制御対象の状態量139,新目標値134,制御対象で
ある各制御軸の制御量138を入力として、後述する数
式4に示す所定の評価関数J(K) を最小化する制御入力
136を順次演算出力するためのCPU,ROM,RA
M等を備えている。140は目標値変換手段133が補
間点を目標値132に付け加えるため、付け加えた目標
値の個数時間が遅れるので、その間新たな目標値を生成
しないように目標値生成手段131の動作を待機させる
制御信号である。
In the figure, reference numeral 131 denotes a target value generating means.
The target value for the control target 137 is converted into the target value conversion means 133.
Output to When the acceleration of the target value becomes excessive by a predetermined algorithm, the target value conversion means 133 adds an appropriate interpolation point to the target value 132 to generate a new target value 134 and inputs the new target value 134 to the control means 135. The control means 135 receives the state quantity 139 of the control target, the new target value 134, and the control quantity 138 of each control axis to be controlled, and minimizes a predetermined evaluation function J (K) shown in Expression 4 described below. CPU, ROM, RA for sequentially calculating and outputting input 136
M and so on. Since the target value conversion means 133 adds the interpolation point to the target value 132, the number of the added target values is delayed, so that the operation of the target value generation means 131 is suspended so as not to generate a new target value. Signal.

【0086】[0086]

【数4】 なお、数式4において、eiは位置誤差ベクトルを示
し、ui は制御入力ベクトルを示し、ΔRi は目標値速
度ベクトルを示し、q1 は面積項重み係数を示し、Hは
制御入力重み係数を示す。
(Equation 4) Note that in Equation 4, ei represents the position error vector, u i denotes the control input vector, [Delta] R i represents the target value velocity vector, q 1 denotes the area term weighting coefficient, H a control input weighting coefficient Show.

【0087】このように構成された複合系の経路制御装
置において、目標値生成手段が複数の制御対象を所望量
移動させるための目標値を生成すると、目標値変換手段
が生成した目標値に基づいて新たな目標値に変換して制
御手段に出力すると、制御手段は変換目標値,制御対象
からの状態量,制御対象に対する外乱信号とを入力とし
て所定の第2の評価関数を最適化する制御入力を演算し
て制御対象に出力するので、加速度を上げることなく経
路誤差を最小とすることが可能となる。
In the composite route control device configured as described above, when the target value generation means generates a target value for moving a plurality of control objects by a desired amount, the target value conversion means generates the target value based on the target value generated by the target value conversion means. The control means converts the converted target value into a new target value and outputs it to the control means. The control means optimizes a predetermined second evaluation function by using the converted target value, the state quantity from the control target, and a disturbance signal for the control target as inputs. Since the input is calculated and output to the control target, it is possible to minimize the path error without increasing the acceleration.

【0088】図9は本発明の第3実施例を示す経路制御
装置を複合制御系に適用した装置例を示す詳細ブロック
図であり、図8と同一のものには同一の符号を付してあ
る。図において、132aはX軸の制御対象139aに
対する目標値で、目標値変換手段133に入力される。
目標値変換手段133は、上述したように所定のアルゴ
リズムにより上記目標値132aの加速度が過大となる
場合に、適当な補間点を目標値132aに付け加え新目
標値134aを生成し、加算器135aに入力する。
FIG. 9 is a detailed block diagram showing an example of a device in which the route control device according to the third embodiment of the present invention is applied to a complex control system. The same components as those in FIG. is there. In the figure, reference numeral 132a denotes a target value for the X-axis control target 139a, which is input to the target value conversion means 133.
When the acceleration of the target value 132a is excessive according to the predetermined algorithm as described above, the target value conversion means 133 adds an appropriate interpolation point to the target value 132a, generates a new target value 134a, and outputs the new target value 134a to the adder 135a. input.

【0089】132bはY軸の制御対象139bに対す
る目標値で、目標値変換手段133に入力される。目標
値変換手段133は、上述したように所定のアルゴリズ
ムにより上記目標値132bの加速度が過大となる場合
に、適当な補間点を目標値132に付け加え新目標値
134bを生成し、加算器135bに入力する。
Reference numeral 132b denotes a target value for the control object 139b on the Y axis, which is input to the target value conversion means 133. Target value conversion means 133, when the acceleration of the target value 132b becomes excessive according to a predetermined algorithm, as described above, to generate a new target value 134b adds an appropriate interpolation point to the target value 132 b, the adder 135b To enter.

【0090】制御手段137は制御対象139aからの
被制御量140aと新目標値134aとの加算信号13
6a,新目標値134a,制御対象139aの状態量1
41および制御対象139bからの被制御量140b
と新目標値134bとの加算信号136b,新目標値1
34b,制御対象139bの状態量141等を入力と
して、数式4に示す所定の評価関数J(K) を最小化する
制御入力138a,138bをそれぞれの制御対象13
9a,139bに順次演算出力する。
The control means 137 controls the addition signal 13 of the controlled variable 140a from the control target 139a and the new target value 134a.
6a, new target value 134a, state quantity 1 of control target 139a
The controlled variable 140b from 41 b and the controlled object 139b
Signal 136b of new target value 134b and new target value 134b
34b, controlling the state quantity 141 a of the Target 139b as an input, a control input 138a to minimize a predetermined evaluation function J (K) shown in Equation 4, of 138b each controlled object 13
The operation is sequentially output to 9a and 139b.

【0091】図10は、図9に示した制御対象139
a,139bのモデル構成を示すブロック図であり、図
中のK/S,1/Sは伝達係数を示し、Kは駆動系のイ
ナーシャ,ドライバのゲイン等により定まる定数であ
る。
FIG. 10 shows the control target 139 shown in FIG.
FIGS. 3A and 3B are block diagrams showing model configurations, where K / S and 1 / S represent transfer coefficients, and K is a constant determined by the inertia of the drive system, the gain of the driver, and the like.

【0092】なお、本実施例において、目標指令値の変
換は、下記のような単純なアルゴリズムを用いている
が、これに限定されるものではない。 (目標指令値の変換アルゴリズム)今回の目標位置RK
(時刻kにおける各軸の位置目標値を成分とする目標値
ベクトル)から計算される加速度Ak が設定された最大
加速度Am を越えた場合は、今回の目標位置RK と前回
の目標位置RK-1 の中間点{(RK /2)+(RK-1
2)}を今回の目標値とする。
In the present embodiment, the conversion of the target command value uses the following simple algorithm, but is not limited to this. (Target command value conversion algorithm) Current target position R K
If the acceleration A k calculated from (position target value vector of the target value as a component of each axis at time k) exceeds the maximum acceleration A m that has been set, the target position of the current target position R K and the previous Midpoint of R K-1 {(R K / 2) + (R K-1 /
2) Let} be the current target value.

【0093】以下、図11〜図16を参照しながら第3
実施例の動作について詳述する。
Hereinafter, the third method will be described with reference to FIGS.
The operation of the embodiment will be described in detail.

【0094】図11は本発明に係る複合系の経路制御装
置における目標経路の位置目標値の増加分(速度)と加
速度成分との関係を示す図であり、(a)は上記目標指
令値の変換アルゴリズムを実行しない場合に対応し、
(b)は上記目標指令値の変換アルゴリズムを実行した
場合に対応し、特に目標位置指令値を、例えば半径10
8(mm)、目標速度「100(mm/sec)」として半円
軌道を経路とする場合に対応する。なお、実際の制御系
に与えられる目標値はこの速度成分の積分値であるとこ
ろの位置となる。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the increment (speed) of the target position value of the target route and the acceleration component in the composite route control device according to the present invention. When the conversion algorithm is not executed,
(B) corresponds to the case where the above-described target command value conversion algorithm is executed.
8 (mm) and a target speed of “100 (mm / sec)” correspond to the case where the route is a semicircular orbit. Note that the target value given to the actual control system is a position that is the integral value of this speed component.

【0095】この図の(b)に示すように、目標経路の
軌道端及び停止端で加速度が大きくなるため、この部分
で単純な加速処理が行われている。このような目標値に
対する応答を図12の(a),(b)にそれぞれ示す。
As shown in FIG. 13B, the acceleration increases at the track end and the stop end of the target route, and a simple acceleration process is performed in this portion. Responses to such target values are shown in FIGS. 12A and 12B, respectively.

【0096】図12は、図11に示された目標値に対す
る経路追従応答性を示す特性図であり、(a)は上記目
標指令値の変換アルゴリズムを実行しない場合に対応
し、(b)は上記目標指令値の変換アルゴリズムを実行
した場合に対応する。なお、経路誤差の改善度を明確に
するため、誤差を半径方向に100倍した状態と特性に
対応する。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the path following response to the target value shown in FIG. 11, wherein (a) corresponds to a case where the above-mentioned target command value conversion algorithm is not executed, and (b) is This corresponds to the case where the above-described target command value conversion algorithm is executed. In addition, in order to clarify the degree of improvement of the path error, the state corresponds to a state where the error is multiplied by 100 in the radial direction and the characteristic.

【0097】図12の(a)は、図11の(a)の位置
目標値に対して最大経路誤差が同じ値(略25(u
m))になるように、制御系のパラメータを選択したと
きの予見制御系の追従特性C2と従来制御系の追従特性
C1を示し、図12の(b)は、図11の(b)の位置
目標値に対する予見制御系の追従特性C4と従来系の追
従特性C3を示す。
FIG. 12A shows a value (about 25 (u) where the maximum path error is the same as the position target value in FIG.
m)) shows the follow-up characteristic C2 of the preview control system and the follow-up characteristic C1 of the conventional control system when the parameters of the control system are selected, and FIG. 12B shows the follow-up characteristic C2 of FIG. A follow-up characteristic C4 of the preview control system with respect to the position target value and a follow-up characteristic C3 of the conventional system are shown.

【0098】図13〜図16は、図11,図12に示し
た各追従特性に応答するX軸,Y軸の加速度応答波形を
示す図である。特に、図13および図15は上記目標指
令値の変換アルゴリズムを実行しない場合の追従特性C
1と予見制御系の追従特性C2の加速度応答波形に対応
し、図14および図16は上記目標指令値の変換アルゴ
リズムを実行した場合における追従特性C3と予見制御
系の追従特性C4の加速度応答波形に対応する。
FIGS. 13 to 16 are diagrams showing X-axis and Y-axis acceleration response waveforms responding to the following characteristics shown in FIGS. In particular, FIG. 13 and FIG. 15 show the following characteristic C when the conversion algorithm of the target command value is not executed.
14 and FIG. 16 correspond to the acceleration response waveforms of the follow-up characteristic C2 and the follow-up characteristic C2 of the preview control system, respectively. Corresponding to

【0099】図12の(a)に示すように、予見制御系
の追従特性C2と従来制御系の追従特性C1の最大加速
度は各々2819(mm/sec),17338(mm/sec)で
あり、従来系で予見系と同等の経路誤差にするために
は、略6倍の加速度を要する。図12の(b)は上記目
標指令値の変換アルゴリズムを実行した場合であるの
で、予見制御系の追従特性C4と従来制御系の追従特性
C3の最大加速度は各々2328(mm/sec),9666
(mm/sec)であり、予見制御系の方が最大経路誤差,最
大加速度とも小さく、加速度波形の振動も少なくなって
いる。
As shown in FIG. 12A, the maximum accelerations of the follow-up characteristic C2 of the preview control system and the follow-up characteristic C1 of the conventional control system are 2819 (mm / sec) and 17338 (mm / sec), respectively. In order to make the path error equal to that of the preview system in the conventional system, approximately six times the acceleration is required. Since FIG. 12B shows the case where the above-described target command value conversion algorithm is executed, the maximum accelerations of the follow-up characteristic C4 of the preview control system and the follow-up characteristic C3 of the conventional control system are 2328 (mm / sec) and 9666, respectively.
(Mm / sec), the preview control system is smaller in both the maximum path error and the maximum acceleration, and the vibration of the acceleration waveform is also smaller.

【0100】このように、本発明による経路制御方法に
よれば、従来の単純加減速方法よる問題を解決すること
ができる。すなわち、従来の単純加減速方法では加速度
波形に高周波成分が多く含まれるため機械系の振動を誘
発し、良好な制御性を得られない。また、振動の少ない
制御を行うためには、加減速方法に十分な注意を払う必
要がある。さらに、単純加減速方法は特定の経路にしか
適用できない、例えば直線,円弧に限定される等が問題
とされていたが、本発明によりこれらの問題を解決する
ことが可能となった。
As described above, according to the route control method of the present invention, the problem caused by the conventional simple acceleration / deceleration method can be solved. That is, in the conventional simple acceleration / deceleration method, since the acceleration waveform contains many high-frequency components, vibration of the mechanical system is induced, and good controllability cannot be obtained. Also, in order to perform control with less vibration, it is necessary to pay sufficient attention to the acceleration / deceleration method. Further, the simple acceleration / deceleration method has been problematic in that it can be applied only to a specific route, for example, it is limited to straight lines and circular arcs. However, the present invention has made it possible to solve these problems.

【0101】なお、上記実施例では、目標値として各軸
の位置情報(本実施例では位置情報は速度情報を積分し
た情報による)を用いたが、代わりに各軸の速度情報を
用いる構成であってもよい。
In the above embodiment, the position information of each axis is used as the target value (in this embodiment, the position information is obtained by integrating the speed information), but the speed information of each axis is used instead. There may be.

【0102】また、上記実施例では、複数の軸を同時に
制御する経路制御系を例にして説明したが、単なる1軸
の位置制御の場合にも適用できるし、目標値が速度であ
る速度制御系の場合であってもよい。
In the above embodiment, the path control system for simultaneously controlling a plurality of axes has been described as an example. However, the present invention can be applied to the case of simple one-axis position control, and the speed control in which the target value is the speed. It may be the case of a system.

【0103】さらに、上記実施例では今回の目標位置R
K (時刻kにおける各軸の位置目標値を成分とする目標
値ベクトル)から計算される加速度Ak が設定された最
大加速度Am を越えた場合は、今回の目標位置RK と前
回の目標位置RK-1 の中間点{(RK /2)+(RK-1
/2)}を今回の目標値とする場合について説明した
が、目標経路上にのる別の点であってもよく、この場合
には補間点RKKはRKK=RK-1 +m(RK −RK-1 )と
なる。ただし0≦m≦1である。
Further, in the above embodiment, the current target position R
K If the acceleration A k calculated from (position target value vector of the target value as a component of each axis at time k) exceeds the maximum acceleration A m that is set, the current target position R K and the previous target Midpoint of position R K-1 {(R K / 2) + (R K-1
/ 2) The case where} is set as the current target value has been described. However, another point on the target route may be used. In this case, the interpolation point R KK is R KK = R K-1 + m ( the R K -R K-1). However, 0 ≦ m ≦ 1.

【0104】なお、上記mは0.5としてもいいし、補
間点での加速度が最大加速度と一致するようなmとして
もよい。この際、加速度AK はAK =RK +RK-1 −2
K- 2 とする。
The above m may be set to 0.5, or may be set to m so that the acceleration at the interpolation point matches the maximum acceleration. At this time, the acceleration AK is given by AK = RK + RK-1-2.
RK- 2 .

【0105】図17は本発明に係る複合系の経路制御装
置における目標経路の補間点選定方法を示す模式図であ
り、(a)は補間点RKKを結直線上にのるように選定す
る場合に対応し、(b)は補間点RKKを円弧上にのるよ
うに選定する場合に対応する。
[0105] Figure 17 is a schematic diagram showing the interpolation point selection method of the target path in the path control apparatus of a composite system according to the present invention, to select (a), as rest of the interpolation point R KK in forming a straight line corresponds to a case, (b) corresponds to the case of selecting to rest on an arc interpolation points R KK.

【0106】図において、黒丸は与えられた目標位置を
示し、白丸は補間点RKKを示す。これらの図に示すよう
に、補間点RKKを結直線上にのるように選定してもいい
し、目標経路が滑らかであることが分かっている場合に
は、現在点を含む過去の3点から、これらの点を通る円
弧を求めて円弧上にのるように補間点を選定することが
最適な補間点となる。
In the figure, a black circle indicates a given target position, and a white circle indicates an interpolation point RKK . As shown in these figures, we can either selected so rest interpolation points R KK a sintering straight line, when the target path is found to be smooth, the past three including the current point from the point, asking an arc passing through these points can be selected from that by Uni interpolation points on an arc an optimal interpolation point.

【0107】ところで、上記実施例では、経路誤差を評
価する要素として、図18に示すように面積相当成分を
用いている。すなわち、上記実施例では経路誤差を目標
経路R,追従経路Cで示される曲線で囲まれた面積要素
の和を限りなく零に近づけるように各軸間に補償を施し
ながら評価関数(上記数式4)に基づいて図20に示す
制御対象150a(X軸),150b(Y軸)の最適化
を行う場合について説明したが、1区間の面積誤差成分
(面積誤差項)Sikをベクトル関係で示すと、図19に
示すように表現できる。なお、ek は位置誤差ベクトル
を示す。
In the above embodiment, an area-equivalent component is used as an element for evaluating a path error as shown in FIG. That is, in the above-described embodiment, the evaluation function (Eq. 4) is performed while compensating the path error between the axes so that the sum of the area elements surrounded by the curves indicated by the target path R and the following path C approaches zero as much as possible. ), The optimization of the control objects 150a (X-axis) and 150b (Y-axis) shown in FIG. 20 has been described, but the area error component (area error term) Sik of one section is represented by a vector relationship. Can be expressed as shown in FIG. Here, e k indicates a position error vector.

【0108】このように構成された経路制御系により、
上記評価関数を最小化する最適制御入力を求めて、例え
ば円を描いた時の、目標経路C1の軌跡と追従軌跡C2
の軌跡を図21に示す。なお、目標円経路の半径は10
(mm),移動速度は150(mm/sec)とした場合で、追
従経路の経路誤差は非常に小さいため、誤差を半径方向
に百倍して表示してある。
With the path control system configured as described above,
The optimum control input for minimizing the evaluation function is obtained, and the trajectory of the target route C1 and the trajectory C2 of, for example, drawing a circle
21 is shown in FIG. The radius of the target circular path is 10
(Mm), the moving speed is 150 (mm / sec), and the path error of the following path is very small.

【0109】この図に示されるように、最大経路誤差
は、始点で発生し、77(um)である。このように、
経路誤差を非常に小さく抑えることができるが、この誤
差でも精度目標を達成できない場合があり、その場合に
は、上記評価関数の加速度相当項の重み係数を小さく
し、大きな加速度を使うことにより、高精度化を図るこ
ととなる。このため、大きな加速度を用いるために、下
記のような問題を生じる場合がある。
As shown in this figure, the maximum path error occurs at the start point and is 77 (um). in this way,
Although the path error can be suppressed to a very small value, there are cases where the accuracy target cannot be achieved even with this error.In such a case, the weight coefficient of the term corresponding to the acceleration of the evaluation function is reduced, and a large acceleration is used. Higher precision will be achieved. For this reason, the use of a large acceleration may cause the following problem.

【0110】すなわち、軸駆動系のモータドライバの容
量が大きくなる。また、機械系の高周波振動を誘起し精
度を劣化させる。
That is, the capacity of the motor driver of the shaft drive system increases. In addition, it induces high-frequency vibration of the mechanical system to deteriorate the accuracy.

【0111】そこで、このような場合には、上記面積誤
差項Sikのみでなく、例えば次回の面積誤差項S2kを用
いることにより、大きな加速度を用いることなく経路制
御の高精度化を図ることも可能となる。このため、上記
評価関数における面積誤差項として、前項または次回等
の現時点以外の面積誤差項|ei2 *|△Ri2
(ei ,△Ri )あるいは|ei2 *|△yi2
(ei ,△yi )を用いる。なお、i=±1,±2,…
である。
Therefore, in such a case, by using not only the area error term Sik but also the next area error term S 2k , it is possible to improve the accuracy of the route control without using a large acceleration. Is also possible. Therefore, as the area error term in the above evaluation function, the area error term other than the current term such as the previous term or the next time | e i | 2 * | △ R i | 2
(E i , △ R i ) or | e i | 2 * | △ y i | 2
(E i , △ y i ) is used. In addition, i = ± 1, ± 2,.
It is.

【0112】以下、前項または次回等の現時点以外の面
積誤差項を用いた経路制御装置における評価関数等につ
いて説明する。 〔第4実施例〕図22は本発明の第4実施例を示す経路
制御装置の基本構成を説明するブロック図である。
Hereinafter, an evaluation function and the like in a route control device using an area error term other than the present term such as the previous term or the next time will be described. [Fourth Embodiment] FIG. 22 is a block diagram illustrating a basic configuration of a route control device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0113】図において、151aは位置指令発生手段
で、制御手段152aおよび制御手段152bにX軸の
目標値をそれぞれ出力する。151bは位置指令発生手
段で、制御手段152aおよび制御手段152bにY軸
の目標値をそれぞれ出力する。制御手段152a,15
2bは各目標値,各制御対象153aからの状態量,被
制御量を入力として数式5に基づく評価関数j(K) を最
小化するためのCPU,ROM,RAM等を備えてい
る。
In the figure, reference numeral 151a denotes a position command generating means for outputting a target value of the X-axis to the control means 152a and the control means 152b. Reference numeral 151b denotes a position command generating means which outputs a target value of the Y axis to the control means 152a and the control means 152b. Control means 152a, 15
2b is provided with a CPU, ROM, RAM, and the like for minimizing the evaluation function j (K) based on Equation 5 using each target value, the state quantity from each control target 153a, and the controlled quantity as inputs.

【0114】[0114]

【数5】 なお、数式5において、eiは位置誤差ベクトルを示
し、ui は制御入力ベクトルを示し、ΔRi は目標値速
度ベクトルを示し、q1 は面積項重み係数を示し、Hは
制御入力重み係数を示す。また、上記数式5では、今回
のサンプリング時点での面積誤差項と次回の面積誤差項
の重み係数q1 ,q2 を同じ値としたが、この重み係数
1 ,q2 は別個に設定することも可能である。また、
評価関数には、面積項以外には位置誤差項と加速度相当
項を用いているが、これらの項以外にも、例えば加速度
変化項,速度項等を評価関数に導入して制御系を構成し
てもよい。
(Equation 5) Note that in Equation 5, ei represents the position error vector, u i denotes the control input vector, [Delta] R i represents the target value velocity vector, q 1 denotes the area term weighting coefficient, H a control input weighting coefficient Show. In Equation 5, the weighting factors q 1 and q 2 of the area error term at the current sampling point and the next area error term are set to the same value. However, the weighting coefficients q 1 and q 2 are set separately. It is also possible. Also,
The evaluation function uses a position error term and an acceleration equivalent term other than the area term. In addition to these terms, for example, an acceleration change term, a speed term, and the like are introduced into the evaluation function to construct a control system. You may.

【0115】このように構成された経路制御装置によれ
ば、円を描いた時の、目標経路C1の軌跡と追従軌跡C
2の軌跡が図23に示す結果となる。なお、図21と図
23に示す、最大目標速度は(150mm/sec),最大加
速度を同じ値となるように、制御系の重み係数を選択し
た場合であり、経路誤差を明確にするため、図23に示
すため、経路誤差を半径方向に100倍して示してあ
る。特に、最大誤差は終点で発生しており、その値は3
5(um)である。従って、評価関数における面積誤差
項として、前項または次回等の現時点以外の面積誤差項
|ei2 *|△Ri2 −(ei ,△Ri )あるいは
|ei2 *|△yi2 −(ei ,△yi )を用いる
ことで、経路誤差が上記実施例に比べて格段に向上す
る。
According to the route control device configured as described above, when the circle is drawn, the trajectory of the target route C1 and the trajectory C
The locus of No. 2 is the result shown in FIG. Note that the maximum target speed shown in FIGS. 21 and 23 is (150 mm / sec), and the weighting factor of the control system is selected so that the maximum acceleration has the same value. 23, the path error is shown multiplied by 100 in the radial direction. In particular, the maximum error occurs at the end point, and its value is 3
5 (um). Therefore, as the area error term in the evaluation function, the area error term | e i | 2 * | △ R i | 2− (e i , △ R i ) or | e i | 2 * | By using Δy i | 2 − (e i , Δy i ), the path error is significantly improved as compared with the above embodiment.

【0116】図24〜図26は、図22に示した経路制
御装置における経路誤差特性を示す図であり、図24は
最大半径誤差特性を示し、図25は定常状態の半径誤差
特性を示し、図26は最大加速度特性を示す。なお、各
図とも横軸は移動速度を示す。
FIGS. 24 to 26 are graphs showing path error characteristics in the path control device shown in FIG. 22, FIG. 24 shows maximum radius error characteristics, FIG. 25 shows radius error characteristics in a steady state, FIG. 26 shows the maximum acceleration characteristics. In each of the figures, the horizontal axis represents the moving speed.

【0117】これらの図から、全速度範囲で従来方式よ
り小さい加速度を保ちながら、定常状態,過渡状態とも
経路誤差(半径減少量)を小さくできる。
From these figures, it is possible to reduce the path error (radius reduction amount) in both the steady state and the transient state while maintaining the acceleration smaller than that of the conventional method in the entire speed range.

【0118】なお、目標値として、各軸の位置情報(速
度情報を積分することによる)を用いる場合を示した
が、代わりに各軸の速度情報を用いることも可能であ
る。 〔第5実施例〕図27は本発明の第5実施例を示す経路
制御装置の基本構成を説明するブロック図である。
Although the case where the position information of each axis (by integrating the speed information) is used as the target value has been described, the speed information of each axis may be used instead. [Fifth Embodiment] FIG. 27 is a block diagram illustrating a basic configuration of a route control device according to a fifth embodiment of the present invention.

【0119】図において、161は目標値発生手段で、
所望の目標値信号162を制御器175の目標値生成手
段163に出力する。目標値生成手段163は入力され
る目標値信号162に基づいてX軸目標値164aを生
成して加算器165aに出力するとともに、Y軸目標値
164bを生成して加算器165bに出力する。加算器
165aはX軸目標値164aとX軸被制御量170a
とを加算してX軸誤差信号166aを補償器167に出
力する。また、加算器165bはY目標値164bと
Y軸被制御量170bとを加算してY軸誤差信号166
bを補償器167に出力する。176は仮想目標値発生
手段で、仮想目標値を補償器167に出力する。178
は仮想制御対象で、制御対象169a,169bの制御
目的に基づいて定めている。179は前記仮想制御対象
17の仮想状態量で、補償器167に入力されてい
る。172aはX軸重み、172bはY軸重み、173
は加算器で、X軸重み172aとY軸重み172bとを
加算してZ軸被制御量174を生成する。
In the figure, reference numeral 161 denotes a target value generating means.
The desired target value signal 162 is output to the target value generating means 163 of the controller 175. The target value generation means 163 generates an X-axis target value 164a based on the input target value signal 162 and outputs it to the adder 165a, and generates a Y-axis target value 164b and outputs it to the adder 165b. The adder 165a has an X-axis target value 164a and an X-axis controlled amount 170a.
And outputs an X-axis error signal 166a to the compensator 167. Further, the adder 165b adds the Y- axis target value 164b and the Y-axis controlled amount 170b to generate a Y-axis error signal 166.
b to the compensator 167. Reference numeral 176 denotes a virtual target value generating means for outputting the virtual target value to the compensator 167. 178
Is a virtual control target, which is determined based on the control purpose of the control targets 169a and 169b. 179 is a virtual state of the virtual controlled object 17 8, is input to the compensator 167. 172a is X-axis weight, 172b is Y-axis weight, 173
Is an adder that generates a Z-axis controlled variable 174 by adding the X-axis weight 172a and the Y-axis weight 172b.

【0120】なお、目標値生成手段163は、各制御対
象毎の目標値164a,164bと、所望の目標値信号
162との総和が等しくなるように目標値164a,1
64bを生成する。補償器167は、図示しないCP
U,ROM,RAMを備え、Y軸誤差信号166b,X
軸誤差信号166a,状態量171a,171b,仮想
状態量179を入力として、上記数式1に示す評価関数
を最小化する制御入力168a,168bを補償演算し
て、それぞれの制御対象169a,169bに出力す
る。
The target value generating means 163 sets the target values 164a, 164b such that the sum of the target values 164a, 164b for each control object and the desired target value signal 162 becomes equal.
64b is generated. The compensator 167 has a CP (not shown).
U, ROM, and RAM, and Y-axis error signal 166b, X
With the axis error signal 166a, the state quantities 171a and 171b, and the virtual state quantity 179 as inputs, the control inputs 168a and 168b for minimizing the evaluation function shown in Expression 1 are compensated and output to the respective control objects 169a and 169b. I do.

【0121】また、その際の制御対象169a,169
bの特性は、状態方程式Xは、下記のように決定される
ものとする。
At this time, the control objects 169a, 169
As for the characteristics of b, the equation of state X is determined as follows.

【0122】 X=AX+BU X=(X1,X2,X3,X4,X5,X6) X1:X軸位置 X2:X軸速度 X3:Y軸位置 X4:Y軸速度 X5:Z軸位置 X6:Z軸速度 U=(U1,U2,U3) U1:X軸制御入力,U2:Y軸制御入力,U3:Z軸
制御入力 ここで、X軸,Y軸は現実に存在する実在の制御軸であ
り、Z軸はX軸,Y軸の合成で表わされる。また、W軸
は現実には存在しない仮想の制御軸である。なお、本実
施例では制御の目的に叶うように任意の実在しない制御
対象,目標値を導入することを特徴としており、W軸の
特性はX軸と同じに設定している。また、W軸に対する
目標値は起動端で零の位置とし、一定速度である位置ま
で移動し、そこから、X軸,Y軸の目標値が移動を開始
し、X軸,Y軸の目標値が移動中はその位置を保持し、
X軸,Y軸の目標値が停止した時点で起動時と同じ速度
でW軸は零の位置に戻るものとする。また、本実施例で
はY軸への目標値は常に「0」とする。
X = AX + BU X = (X1, X2, X3, X4, X5, X6) X1: X-axis position X2: X-axis speed X3: Y-axis position X4: Y-axis speed X5: Z-axis position X6: Z-axis Speed U = (U1, U2, U3) U1: X-axis control input, U2: Y-axis control input, U3: Z-axis control input Here, the X-axis and the Y-axis are real control axes that actually exist, The Z axis is represented by a combination of the X axis and the Y axis. The W axis is a virtual control axis that does not actually exist. The present embodiment is characterized in that an arbitrary non-existent control target and a target value are introduced so as to achieve the purpose of control, and the characteristics of the W axis are set to be the same as those of the X axis. Further, the target value for the W axis is set to a zero position at the starting end, moves to a position at a constant speed, from which the target values for the X and Y axes start moving, and the target values for the X and Y axes start. Holds its position while moving,
When the target values of the X-axis and the Y-axis are stopped, the W-axis returns to the zero position at the same speed as at the start. In this embodiment, the target value for the Y axis is always “0”.

【0123】このように経路制御装置を構成し、かつ上
記評価関数のを最小化する制御入力を演算することによ
り、例えば図28に示すようなランプ状の目標値に対す
る各軸の応答特性は、従来例(図36参照)に比べて格
段に向上する。
By constructing the route control device and calculating the control input for minimizing the evaluation function as described above, the response characteristics of each axis with respect to a ramp-like target value as shown in FIG. It is significantly improved as compared with the conventional example (see FIG. 36).

【0124】なお、指令値に対し0.2%に整定するた
めには、従来方式では36(msec)を要していたもの
が、本実施例により24(msec)で整定している。ま
た、本実施例における最大加速度は、従来例と同一にな
るように重み係数172a,172bを設定した。最大
加速度を同一にして比較しているのは、外乱,摩擦等を
無視すれば、加速度が同じならばモータのドライバは消
費電力が同じことを意味し、補償器167から上記制御
入力168a,168bを出力することにより、同じ容
量のドライバでより、例えば工作機械の軸送りに係る位
置決め制御を高速に行うことができる。さらに、上述し
たように加速度は機械系の振動の原因となるが、本実施
例では最大加速度が同一であるので、従来の制御系にお
ける機械振動と同一のレベルを維持しつつ、高速に位置
決め制御を行える。
It should be noted that in order to settle to 0.2% with respect to the command value, it took 36 (msec) in the conventional method, but in the present embodiment, it is settled to 24 (msec). Also, the weighting coefficients 172a and 172b are set so that the maximum acceleration in the present embodiment is the same as that of the conventional example. The comparison with the same maximum acceleration means that if the disturbance and the friction are ignored, the motor driver has the same power consumption if the acceleration is the same, and the control inputs 168a and 168b from the compensator 167. Is output, the positioning control relating to, for example, the axis feed of the machine tool can be performed at a high speed by a driver having the same capacity. Further, as described above, the acceleration causes vibration of the mechanical system, but since the maximum acceleration is the same in the present embodiment, high-speed positioning control is performed while maintaining the same level as the mechanical vibration in the conventional control system. Can be performed.

【0125】以下、図29,図30を参照しながら実在
の空間2軸と仮想の1軸を制御した際の制御特性変動状
態を説明する。
Hereinafter, the control characteristic fluctuation state when two axes of the real space and one axis of the virtual space are controlled will be described with reference to FIGS. 29 and 30.

【0126】図29は、図27に示した経路制御装置に
おける目標値への応答特性を示す図である。横軸は時間
を示し、縦軸は移動量を示す。
FIG. 29 is a diagram showing a response characteristic to a target value in the route control device shown in FIG. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the amount of movement.

【0127】この図に示されるように、上記制御によれ
ば従来の方式のX軸の目標値への収束に要する時間が格
段に短縮される。
As shown in this figure, according to the above control, the time required for the conventional method to converge on the X-axis target value is remarkably reduced.

【0128】この結果、図に示されるように、仮想のW
軸への目標指令値を制御することにより、オーバーシュ
ートを生じていた応答(応答特性C4参照)がオーバー
シュートがほとんどない応答(応答特性C3参照)とな
り、制御特性が著しく向上している。
As a result, as shown in FIG.
By controlling the target command value to the axis, the response that caused the overshoot (see response characteristic C4) becomes a response with little overshoot (see response characteristic C3), and the control characteristic is remarkably improved.

【0129】図30は、図29に示した応答特性の物理
的に解析状態を示す図であり、縦軸は仮想軸を示し、横
軸は実在軸を示す。
FIG. 30 is a diagram showing a physical analysis state of the response characteristics shown in FIG. 29. The ordinate represents the virtual axis, and the abscissa represents the real axis.

【0130】この図に示すように、仮想空間上での応答
特性C4は(X軸が実在軸)上の線分を左から右方向へ
移動する目標経路において、応答特性C3は実在軸(X
軸)と仮想軸(W軸)の仮想空間上で直角に曲がる目標
経路となる。なお、評価関数の、重み関数Q,Xは、|
e|2 *|ΔR|2 −(e,ΔR)2 または|e|2
|Δy|2 −(e,Δy)2 の何れか、または数学的に
それと等価な要素項を含んでるため、応答特性C3の斜
線で示されるような面積成分を小さくするように制御を
行うため、実在軸Zの応答からオーバーシュートをなく
すことができる。
As shown in this figure, the response characteristic C4 in the virtual space is a target path that moves from left to right on a line segment on which the X axis is a real axis, and the response characteristic C3 is a real axis (X
Axis) and a virtual axis (W axis) in a virtual space. The weighting functions Q and X of the evaluation function are |
e | 2 * | ΔR | 2 − (e, ΔR) 2 or | e | 2 *
| Δy | 2- (e, Δy) 2 , or an element term that is mathematically equivalent to it, so that control is performed to reduce the area component of the response characteristic C3 as indicated by the oblique lines. The overshoot can be eliminated from the response of the real axis Z.

【0131】一方、応答特性C4は単純に線分を移動す
るような目標経路に追従する場合、線分上でオーバーシ
ュートを生じても面積成分は零であり、オーバーシュー
トはなくすことができず、制御系における目標値への追
従性が低い。
On the other hand, when the response characteristic C4 follows a target path that simply moves along a line segment, even if overshoot occurs on the line segment, the area component is zero, and the overshoot cannot be eliminated. In addition, the ability to follow the target value in the control system is low.

【0132】また、上記実施例では制御系が位置制御装
置である場合について説明したが、速度制御にも適用で
きる。すなわち、高速粗精度の回転系X軸と低速高精度
の回転系Y軸の合成速度を精密に制御することも可能で
ある。さらに、目標値は上記位置,速度に限らず温度で
あっても良く、例えばX軸を粗い精度の大容量のヒー
タ,Y軸を高精度の小容量のヒータに置き換えて高精度
の温度制御を行うように構成してもよい。
In the above embodiment, the case where the control system is a position control device has been described, but the present invention can be applied to speed control. That is, it is possible to precisely control the synthesis speed of the high-speed coarse-precision rotary system X-axis and the low-speed high-precision rotary system Y-axis. Further, the target value is not limited to the above-described position and speed, but may be temperature. For example, the X-axis may be replaced with a coarse-capacity large-capacity heater and the Y-axis may be replaced with a high-precision small-capacity heater to perform high-precision temperature control. It may be configured to do so.

【0133】[0133]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の複合系の
経路制御方法によれば、実在軸となる制御対象を所望量
移動させるための目標値および前記目標値により定めら
れる実在軸に対して仮想され、実在しない仮想軸となる
仮想制御対象を移動させるための仮想目標値を生成し、
該生成された仮想目標値,目標値,仮想制御対象からの
仮想状態量,制御対象からの状態量,仮想制御対象に対
する第1の外乱信号,制御対象に対する第2の外乱信号
とを入力として、経路誤差を示す項を含む第1の評価関
数の値を最小化する制御入力および仮想制御入力を演算
し、該演算された制御入力および仮想制御入力を対応す
る仮想制御対象または制御対象に出力するので、外乱に
対する最大加速度を変えずに、経路誤差を最小とするこ
とができる。
As described above, according to the route control method of the composite system of the present invention, the target value for moving the control object serving as the real axis by a desired amount and the real axis determined by the target value are determined. Generate a virtual target value for moving a virtual control target that is virtual and is a virtual axis that does not exist,
The generated virtual target value, target value, virtual state quantity from the virtual control target, state quantity from the control target, a first disturbance signal for the virtual control target, and a second disturbance signal for the control target are input , A first evaluation function including a term indicating a path error
Calculate the control input and the virtual control input that minimize the value of the number, and output the calculated control input and the virtual control input to the corresponding virtual control target or control target, without changing the maximum acceleration with respect to disturbance, Path error can be minimized.

【0134】本発明に係る複合系の経路制御装置によれ
ば、目標値生成手段が実在軸となる制御対象を所望量移
動させるための目標値および前記目標値により定められ
る実在軸に対して仮想され、実在しない仮想軸となる仮
想制御対象を移動させるための仮想目標値を生成する
と、制御手段が生成された仮想目標値,目標値,仮想制
御対象からの仮想状態量,制御対象からの状態量,仮想
制御対象に対する第1の外乱信号,制御対象に対する第
2の外乱信号とを入力として、経路誤差を示す項を含む
第1の評価関数の値を最小化する制御入力および仮想制
御入力を演算し、該演算された制御入力および仮想制御
入力を対応する仮想制御対象または前記制御対象に出力
するので、外乱に対する最大加速度を変えずに、経路誤
差を最小とする制御入力を出力することができる。
According to the composite route control device of the present invention, the target value generating means is imaginary with respect to the target value for moving the control object serving as the real axis by the desired amount and the real axis defined by the target value. When a virtual target value for moving a virtual control object that is a virtual axis that does not exist is generated, the control means generates the virtual target value, the target value, the virtual state quantity from the virtual control object, and the state from the control object. A term indicating a path error is input with the input of the quantity, the first disturbance signal for the virtual control target, and the second disturbance signal for the control target.
The control input and the virtual control input that minimize the value of the first evaluation function are calculated, and the calculated control input and the virtual control input are output to the corresponding virtual control target or the control target. And a control input that minimizes the path error can be output.

【0135】また、第1目標値生成手段が第1制御対象
を所望量移動させるための第1目標値を生成し、第2目
標値生成手段が前記第1制御対象と独立した第2制御対
象を所望量移動させるための第2目標値を生成すると、
演算手段が、前記第1目標値と、前記第2目標値と、前
記第1制御対象からの第1状態量と、前記第2制御対象
からの第2状態量と、前記第1制御対象に対する第1外
乱信号と、前記第2制御対象に対する第2外乱信号とを
入力して、経路誤差を示す項を含む第2の評価関数によ
り求まる制御情報を最小化し、制御手段が前記演算手段
の演算結果に基づき、前記第1制御対象と前記第2制御
対象とに、前記演算手段により求めた制御入力を出力す
るので、経路誤差を最小とする制御入力を出力すること
ができる。
The first target value generation means generates a first target value for moving the first control object by a desired amount, and the second target value generation means generates a second control object independent of the first control object. When a second target value for moving the target by a desired amount is generated,
A calculating means for calculating the first target value, the second target value, the first state quantity from the first control target, the second state quantity from the second control target, Control means for inputting a first disturbance signal and a second disturbance signal for the second control object to minimize control information obtained by a second evaluation function including a term indicating a path error; Outputs the control input obtained by the calculation means to the first control object and the second control object based on the calculation result of the calculation means, so that the control input that minimizes the path error can be output. it can.

【0136】さらに、第1,第2の評価関数は、経路誤
差を評価するための第1または第2の重み関数成分を含
むので、加速度を上げることなく目標値に高速に追従さ
せることができる。
Furthermore, since the first and second evaluation functions include the first or second weighting function component for evaluating the path error, the first and second evaluation functions can quickly follow the target value without increasing the acceleration. .

【0137】また、第1目標値生成手段が第1制御対象
を所望量移動させるための第1目標値を生成し、第2目
標値生成手段が前記第1制御対象と独立した第2制御対
象を所望量移動させるための第2目標値を生成すると、
第1目標値変換手段が前記第1目標値を第1変換目標値
に変換し、第2目標値変換手段が前記第2目標値を第2
変換目標値に変換すると、演算手段が、前記第1変換値
と、前記第2変換値と、前記第1制御対象からの第1状
態量と、前記第2制御対象からの第2状態量と、前記第
1制御対象に対する第1外乱信号と、前記第2制御対象
に対する第2外乱信号とを入力して、経路誤差を示す項
を含む第2の評価関数により求まる制御情報を最小化
し、制御手段が前記演算手段の演算結果に基づき、前記
第1制御対象と前記第2制御対象とに、前記演算手段に
より求められた制御情報を出力するので、加速度を上げ
ることなく経路誤差を最小とすることができる。
The first target value generating means generates a first target value for moving the first control object by a desired amount, and the second target value generating means generates a second control object independent of the first control object. When a second target value for moving the target by a desired amount is generated,
First target value conversion means converts the first target value into a first conversion target value, and second target value conversion means converts the second target value into a second target value.
When converted to the conversion target value, the calculating means calculates the first conversion value, the second conversion value, the first state quantity from the first control target, and the second state quantity from the second control target. A first disturbance signal for the first control object and a second disturbance signal for the second control object are input to indicate a path error
The control information obtained by the second evaluation function is minimized, and the control means adds the control information obtained by the calculation means to the first control object and the second control object based on the calculation result of the calculation means. , The path error can be minimized without increasing the acceleration.

【0138】従って、各制御系のループゲインを高くす
ることなく、高速高精度の経路制御を行える等の優れた
効果を奏する。
Therefore, excellent effects such as high-speed and high-accuracy path control can be achieved without increasing the loop gain of each control system.

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

【図1】本発明の一実施例を示す複合系の経路制御装置
の構成を説明するブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a complex route control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した経路制御装置による作図軌跡を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a drawing locus by the route control device shown in FIG. 1;

【図3】図1に示した複合系の経路制御装置の他の構成
例を説明するブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating another configuration example of the combined route control device illustrated in FIG. 1;

【図4】本発明の第2実施例を示す複合系の経路制御装
置の構成を説明するブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a complex route control device according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4に示した経路制御装置による作図軌跡を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a drawing locus by the route control device illustrated in FIG. 4;

【図6】図4に示した経路制御装置における目標値への
応答特性を示す図である。
6 is a diagram illustrating response characteristics to a target value in the route control device illustrated in FIG. 4;

【図7】図6に示した応答特性の物理的な解析状態を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a physical analysis state of the response characteristics shown in FIG. 6;

【図8】本発明の第3実施例を示す経路制御装置の基本
構成を説明するブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a basic configuration of a route control device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施例を示す経路制御装置を複合
制御系に適用した装置例を示す詳細ブロック図である。
FIG. 9 is a detailed block diagram showing an example of a device in which a route control device according to a third embodiment of the present invention is applied to a complex control system.

【図10】図9に示した制御対象のモデル構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a model configuration of a control target illustrated in FIG. 9;

【図11】本発明に係る経路制御装置における目標経路
の位置目標値の増加分と加速度成分との関係を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between an increase in a position target value of a target route and an acceleration component in the route control device according to the present invention.

【図12】図11に示された目標値に対する経路追従応
答性を示す特性図である。
12 is a characteristic diagram showing a path following response to the target value shown in FIG. 11;

【図13】図11,図12に示した各追従特性に応答す
るX軸,Y軸の加速度応答波形を示す図である。
13 is a diagram showing X-axis and Y-axis acceleration response waveforms responding to the following characteristics shown in FIGS. 11 and 12. FIG.

【図14】図11,図12に示した各追従特性に応答す
るX軸,Y軸の加速度応答波形を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing X-axis and Y-axis acceleration response waveforms responding to the following characteristics shown in FIGS. 11 and 12;

【図15】図11,図12に示した各追従特性に応答す
るX軸,Y軸の加速度応答波形を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing X-axis and Y-axis acceleration response waveforms responding to the following characteristics shown in FIGS. 11 and 12;

【図16】図11,図12に示した各追従特性に応答す
るX軸,Y軸の加速度応答波形を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing X-axis and Y-axis acceleration response waveforms responding to the following characteristics shown in FIGS. 11 and 12;

【図17】本発明に係る経路制御装置における目標経路
の補間点選定方法を示す模式図である。
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a method of selecting an interpolation point of a target route in the route control device according to the present invention.

【図18】本発明に係る経路制御装置における目標曲線
経路誤差を説明する図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a target curve path error in the path control device according to the present invention.

【図19】図18に示した目標曲線経路誤差の面積相当
成分のベクトル解析図である。
19 is a vector analysis diagram of an area equivalent component of the target curve path error shown in FIG.

【図20】本発明に係る経路制御装置における制御対象
の伝達関数を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a transfer function of a control target in the route control device according to the present invention.

【図21】本発明に係る経路制御装置における目標経路
の軌跡と追従軌跡の軌跡を示す特性図である。
FIG. 21 is a characteristic diagram showing a trajectory of a target route and a trajectory of a following trajectory in the route control device according to the present invention.

【図22】本発明の第4実施例を示す経路制御装置の基
本構成を説明するブロック図である。
FIG. 22 is a block diagram illustrating a basic configuration of a route control device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図23】図22に示した経路制御装置における目標経
路と追従軌跡との関係を示す特性図である。
FIG. 23 is a characteristic diagram illustrating a relationship between a target route and a following locus in the route control device illustrated in FIG. 22;

【図24】図22に示した経路制御装置における経路誤
差特性を示す図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating a path error characteristic in the path control device illustrated in FIG. 22;

【図25】図22に示した経路制御装置における経路誤
差特性を示す図である。
FIG. 25 is a diagram illustrating a path error characteristic in the path control device illustrated in FIG. 22;

【図26】図22に示した経路制御装置における経路誤
差特性を示す図である。
26 is a diagram showing a path error characteristic in the path control device shown in FIG.

【図27】本発明の第5実施例を示す経路制御装置の基
本構成を説明するブロック図である。
FIG. 27 is a block diagram illustrating a basic configuration of a route control device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図28】図27に示した経路制御装置におけるランプ
状の目標値に対する各軸の応答特性を示す図である。
28 is a diagram showing response characteristics of each axis to a ramp-shaped target value in the path control device shown in FIG. 27;

【図29】図27に示した経路制御装置における目標値
への応答特性を示す図である。
29 is a diagram showing response characteristics to a target value in the route control device shown in FIG. 27.

【図30】図29に示した応答特性の物理的に解析状態
を示す図である。
30 is a diagram showing a physically analyzed state of the response characteristics shown in FIG. 29.

【図31】工作機械の位置制御系モデルを示すブロック
図である。
FIG. 31 is a block diagram showing a position control system model of the machine tool.

【図32】従来の2軸系の位置制御装置のループ制御構
成を示すブロック図である。
FIG. 32 is a block diagram illustrating a loop control configuration of a conventional two-axis position control device.

【図33】従来の数値制御装置の位置制御系モデルを示
すブロック図である。
FIG. 33 is a block diagram showing a position control system model of a conventional numerical controller.

【図34】従来の位置制御装置の軸送り制御系を示す概
略図である。
FIG. 34 is a schematic diagram showing an axis feed control system of a conventional position control device.

【図35】図34に示した位置制御装置の軸送り制御系
におけるの制御構成を示すブロック図である。
FIG. 35 is a block diagram showing a control configuration in an axis feed control system of the position control device shown in FIG. 34.

【図36】図35に示した位置制御装置の軸送り制御系
の応答特性を示す図である。
36 is a diagram illustrating a response characteristic of an axis feed control system of the position control device illustrated in FIG. 35.

【図37】従来の位置制御方法を適用した直交2軸のX
Yプロッタによる作図軌跡を示す図である。
FIG. 37 shows X of two orthogonal axes to which a conventional position control method is applied.
FIG. 4 is a diagram illustrating a drawing locus by a Y plotter.

【図38】従来の位置制御方法を適用した直交2軸のX
Yプロッタによる外乱印加時の作図軌跡を示す図であ
る。
FIG. 38 shows X of two orthogonal axes to which a conventional position control method is applied.
FIG. 6 is a diagram illustrating a drawing locus when a disturbance is applied by a Y plotter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 位置指令値発生手段 112 制御対象 113a 外乱測定手段 113b 外乱測定手段 114 制御手段 115 仮想制御対象 116 仮想位置指令値発生手段 120 制御手段 110 Position command value generating means 112 Control target 113a Disturbance measuring means 113b Disturbance measuring means 114 Control means 115 Virtual control target 116 Virtual position command value generating means 120 Control means

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 実在軸となる制御対象を所望量移動させ
るための目標値および前記目標値により定められる実在
軸に対して仮想され、実在しない仮想軸となる仮想制御
対象を移動させるための仮想目標値を生成し、該生成さ
れた仮想目標値,前記目標値,前記仮想制御対象からの
仮想状態量,前記制御対象からの状態量,前記仮想制御
対象に対する第1の外乱信号,前記制御対象に対する第
2の外乱信号とを入力として、経路誤差を示す項を含む
第1の評価関数の値を最小化する制御入力および仮想制
御入力を演算し、該演算された制御入力および仮想制御
入力を対応する前記仮想制御対象または前記制御対象に
出力することを特徴とする複合系の経路制御方法。
1. A target value for moving a control object serving as a real axis by a desired amount and a virtual value for moving a virtual control object serving as a virtual axis that does not exist and is virtual with respect to a real axis defined by the target value. A target value is generated, and the generated virtual target value, the target value, a virtual state quantity from the virtual control target, a state quantity from the control target, a first disturbance signal to the virtual control target, the control target And a second disturbance signal with respect to the input and including a term indicating a path error
A control input and a virtual control input that minimize the value of the first evaluation function are calculated, and the calculated control input and the virtual control input are output to the corresponding virtual control target or the control target. A route control method for a complex system.
【請求項2】 実在軸となる制御対象を所望量移動させ
るための目標値を生成する目標値生成手段と、 前記目標値により定められる前記実在軸に対して仮想さ
れ、実在しない仮想軸となる仮想制御対象を移動させる
ための仮想目標値を生成する仮想目標値生成手段と、 前記仮想目標値,前記目標値,前記仮想制御対象からの
仮想状態量,前記制御対象からの状態量,前記仮想制御
対象に対する第1の外乱信号,前記制御対象に対する第
2の外乱信号とを入力として、経路誤差を示す項を含む
第1の評価関数の値を最小化する制御入力および仮想制
御入力を演算し、対応する前記仮想制御対象または前記
制御対象に出力する制御手段と、 を有することを特徴とする複合系の経路制御装置。
2. A target value generating means for generating a target value for moving a control object serving as a real axis by a desired amount, and a virtual axis imaginary with respect to the real axis defined by the target value and not existing. Virtual target value generating means for generating a virtual target value for moving the virtual control target; the virtual target value, the target value, a virtual state quantity from the virtual control target, a state quantity from the control target, A term indicating a path error with a first disturbance signal for the control object and a second disturbance signal for the control object as inputs
Control means for calculating a control input and a virtual control input for minimizing the value of the first evaluation function and outputting the calculated control input and the virtual control input to the corresponding virtual control object or the control object. apparatus.
【請求項3】 第1制御対象を所望量移動させるための
第1目標値を生成する第1目標値生成手段と、 前記第1制御対象と独立した第2制御対象を所望量移動
させるための第2目標値を生成する第2目標値生成手段
と、 前記第1目標値と、前記第2目標値と、前記第1制御対
象からの第1状態量と、前記第2制御対象からの第2状
態量と、前記第1制御対象に対する第1外乱信号と、前
記第2制御対象に対する第2外乱信号とを入力して、
路誤差を示す項を含む第2の評価関数により求まる制御
情報を最小化する演算手段と、 前記演算手段の演算結果に基づき、前記第1制御対象と
前記第2制御対象とに、前記演算手段により求めた制御
入力を出力する制御手段と、 を有することを特徴とする複合系の経路制御装置。
3. A first target value generating means for generating a first target value for moving a first control object by a desired amount, and for moving a second control object independent of the first control object by a desired amount. Second target value generating means for generating a second target value; the first target value, the second target value, a first state quantity from the first control target, and a second state value from the second control target. and second state quantity, and the first disturbance signal for the first control object, and enter a second disturbance signal for the second control object, through
Calculating means for minimizing control information obtained by a second evaluation function including a term indicating a road error; and calculating means for the first controlled object and the second controlled object based on a calculation result of the calculating means. Control means for outputting a control input obtained by: (a), a path control device of a complex system, comprising:
【請求項4】 第1の評価関数は、経路誤差を評価する
ための第1または第2の重み関数成分を含むことを特徴
とする請求項2記載の複合系の経路制御装置。
4. The route control device according to claim 2, wherein the first evaluation function includes a first or second weight function component for evaluating a path error.
【請求項5】 第2の評価関数は、経路誤差を評価する
ための第1または第2の重み関数成分を含むことを特徴
とする請求項3記載の複合系の経路制御装置。
5. The path control device according to claim 3, wherein the second evaluation function includes a first or second weight function component for evaluating a path error.
【請求項6】 第1制御対象を所望量移動させるための
第1目標値を生成する第1目標値生成手段と、 前記第1制御対象と独立した第2制御対象を所望量移動
させるための第2目標値を生成する第2目標値生成手段
と、 前記第1目標値を第1変換目標値に変換する第1目標値
変換手段と、 前記第2目標値を第2変換目標値に変換する第2目標値
変換手段と、 前記第1変換値と、前記第2変換値と、前記第1制御対
象からの第1状態量と、前記第2制御対象からの第2状
態量と、前記第1制御対象に対する第1外乱信号と、前
記第2制御対象に対する第2外乱信号とを入力して、
路誤差を示す項を含む第2の評価関数により求まる制御
情報を最小化する演算手段と、 前記演算手段の演算結果に基づき、前記第1制御対象と
前記第2制御対象とに、前記演算手段により求められた
制御情報を出力する制御手段と、 を有することを特徴とする複合系の経路制御装置。
6. A first target value generating means for generating a first target value for moving a first control object by a desired amount, and for moving a second control object independent of the first control object by a desired amount. Second target value generation means for generating a second target value; first target value conversion means for converting the first target value to a first conversion target value; conversion of the second target value to a second conversion target value A second target value conversion unit, the first conversion value, the second conversion value, a first state quantity from the first control target, a second state quantity from the second control target, a first disturbance signal for the first control object, and enter a second disturbance signal for the second control object, through
Calculating means for minimizing control information obtained by a second evaluation function including a term indicating a road error; and calculating means for the first controlled object and the second controlled object based on a calculation result of the calculating means. And a control means for outputting control information determined by the following.
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