JP3269198B2 - Position control device - Google Patents

Position control device

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JP3269198B2
JP3269198B2 JP20194093A JP20194093A JP3269198B2 JP 3269198 B2 JP3269198 B2 JP 3269198B2 JP 20194093 A JP20194093 A JP 20194093A JP 20194093 A JP20194093 A JP 20194093A JP 3269198 B2 JP3269198 B2 JP 3269198B2
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controller
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茂 二見
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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、工作機械、産業用ロボ
ット等に適用する位置制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position control device applied to machine tools, industrial robots and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の位置制御装置は、図3に示すよう
に、位置および速度のフィードバックを用いている。す
なわち、質量Mの物体の検出位置xを目標位置rに位置
決めするため、検出位置xを位置ループゲインKp 8の
前段に負帰還(ネガティブフィードバック)させ、検出
位置xを微分器7で微分して求めた速度を(速度検出器
を有するシステムではその検出速度を)速度ループゲイ
ンKv 6の前段に負帰還させている。位置の制御である
ので、速度の負帰還は不要のように考えられるが、系の
安定化(粘性の付加)のために事実上必須である。もし
速度の負帰還がないとブロック1の分母のS2 が残り、
減衰のない振動系となる。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 3, a conventional position control apparatus uses position and velocity feedback. That is, in order to position the detection position x of the object having the mass M at the target position r, the detection position x is negatively fed back (negative feedback) before the position loop gain K p 8, and the detection position x is differentiated by the differentiator 7. speed determined Te is (in a system with a speed detector that detects speed) is negatively fed back to the preceding stage of the speed loop gain K v 6. Since it is position control, it is considered that negative feedback of speed is unnecessary, but it is practically essential for stabilizing the system (adding viscosity). If there is no negative feedback of the velocity and the remaining S 2 in the denominator of the block 1,
The vibration system has no damping.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、位置検出器のみで速度検出器がないシステムでは、
速度を位置から差分演算で得ることが必要となり、速度
の分解能の方が位置の分解能より粗くなるという問題が
あり、このため位置センサの分解能より粗い位置制御し
かできないという問題点があった。そこで本発明は、速
度を用いることなく、位置のみのフィードバックで安定
でかつ高速応答の位置制御が可能な位置制御装置を提供
することを目的とする。
However, in the prior art, in a system having only a position detector and no speed detector,
It is necessary to obtain the speed from the position by a difference calculation, and there is a problem that the resolution of the speed is coarser than the resolution of the position. Therefore, there is a problem that only the position control that is coarser than the resolution of the position sensor can be performed. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a position control device capable of performing stable and high-speed response position control by using only position feedback without using speed.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、位置の負のフ
ィードバックループと位置の正のフィードバックループ
とを設けて、速度ループを設けることなく物体を目標位
置に位置決め制御する位置制御装置において、前記した
位置の負のフィードバックループは、比例制御器または
比例積分制御器からなる位置制御器の前段に設けられた
減算器の入力端子に位置をフィードバックし、前記目標
位置から前記位置を減算して前記位置制御器の入力と
し、前記した位置の正のフィードバックループは前記位
置制御器の後段に設けられた加算器の入力端子にローパ
スフィルタを通した前記位置をフィードバックし、前記
位置制御器の出力と前記ローパスフィルタを通した前記
位置を加算してポジティブフィードバック制御器の入力
とした、ことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a negative position error.
Feedback loop and position positive feedback loop
Providing the door, the position control device for controlling the positioning to the target position of the object without providing a speed loop, and the
The position negative feedback loop can be
Provided before the position controller consisting of the proportional-integral controller
The position is fed back to the input terminal of the subtractor, and the target
Subtract the position from the position and input to the position controller
And the positive feedback loop at the position
To the input terminal of the adder provided after the
Feedback the position through the filter,
The output of the position controller and the low-pass filter
Add position and input to positive feedback controller
And was, it is characterized in.

【0005】[0005]

【作用】本発明は全て位置のみのフィードバックで実現
されるため、位置センサの分解能と同じ制御精度を実現
することができる。
Since the present invention is realized by feedback of only the position, the same control accuracy as the resolution of the position sensor can be realized.

【0006】[0006]

【実施例】まず、本発明の原理を説明する。図1は制御
対象の質量Mのある物体について、入力を力f、出力を
位置xとする伝達関数である。図2は、図1の質量Mの
ある物体を位置制御する本発明のブロック線図である。
本実施例では、3つの位置フィードバックループA〜C
がある。Aは位置のネガティブフィードバック比例制御
ループである。このループのブロック5は比例制御(比
例ゲインK2 )であるが、比例積分制御でもよい。Bは
位置のポジティブフィードバック比例制御ループで、フ
ィードバック信号は一次遅れのフィルタ4を通ってい
る。Kpf3はポジティブフィードバックの比例ゲイン、
Tは一次遅れフィルタの時定数である。Cはブロック1
を定位性(伝達関数G(S)=1/S2 は非定位性の系
であるが、伝達関数G(S)=ω2 /S2 +ω2 は定位
性の系である)のあるシステムに変換するためのマイナ
ーループである。ただし、ループAを設けた効果で定位
性の系となるので、ループCは必ずしも必要ではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the principle of the present invention will be described. FIG. 1 is a transfer function of an object having a mass M to be controlled, in which an input is a force f and an output is a position x. FIG. 2 is a block diagram of the present invention for controlling the position of an object having a mass M of FIG.
In this embodiment, three position feedback loops A to C
There is. A is a position negative feedback proportional control loop. The block 5 of this loop is a proportional control (proportional gain K 2 ), but may be a proportional integral control. B is a position positive feedback proportional control loop in which the feedback signal passes through a first-order lag filter 4. K pf 3 is the proportional gain of positive feedback,
T is a time constant of the first-order lag filter. C is block 1
With localization (the transfer function G (S) = 1 / S 2 is a non-localization system, but the transfer function G (S) = ω 2 / S 2 + ω 2 is a localization system) This is a minor loop for converting to However, since the effect of providing the loop A results in a localization system, the loop C is not necessarily required.

【0007】図2のブロック線図で示される制御系の動
作を説明する。図4は制御対象の極零配置である。Cル
ープの比例制御により、図5の根軌跡に示すように、原
点の極はゲインとともに虚軸上を移動し、ゲインK1
とき、固有周波数が(K1 /M)1/2 の無減衰振動根と
なる。ちなみにこれは従来の技術で説明した速度の負帰
還がない場合と同じである。さらに、Bループのポジテ
ィブフィードバックも併せて行ったときの根軌跡は図6
となる。このポジティブフィードバックにより振動根は
極P2 、P3 のように安定化され、一次遅れの極はより
遅い一次遅れの極P1 に移動する。この結果の入出力の
伝達関数の極と零は図7に示すようになる。さらにAル
ープの比例制御を併せて行ったときの根軌跡を図8に示
す。適切な比例ゲインK2 を設定する事で、閉ループ制
御の極は、P1 、P2 、P3 、P4 で示すように全てを
安定根にすることができる。最終的に閉ループ制御系の
伝達関数は図9に示すようになる。
The operation of the control system shown in the block diagram of FIG. 2 will be described. FIG. 4 shows a pole-zero arrangement of a control target. The proportional control of C loop, as shown in the root locus of Fig. 5, the origin of the polar moves on the imaginary axis with gain, when the gain K 1, natural frequency (K 1 / M) 1/2 free It becomes a damped oscillation root. Incidentally, this is the same as in the case where there is no negative feedback at the speed described in the related art. Further, the root locus when the positive feedback of the B loop is also performed is shown in FIG.
Becomes By this positive feedback, the oscillation root is stabilized as poles P 2 and P 3 , and the first-order lag pole moves to the slower first-order lag pole P 1 . The resulting poles and zeros of the input and output transfer functions are as shown in FIG. FIG. 8 shows a root locus when the proportional control of the A loop is further performed. By setting an appropriate proportional gain K 2, poles of the closed loop control can all stable roots as shown by P 1, P 2, P 3 , P 4. Finally, the transfer function of the closed loop control system is as shown in FIG.

【0008】以下、本発明の具体的実施例を説明する。
図10は本発明の実施例である。モータ10の位置検出
器11で検出した位置xを位置指令rに追従するように
制御手段12で制御する例である。位置検出器11はモ
ータ10ではなく、図示しない被駆動側、例えば、ボー
ルネジにより駆動されるテーブル等、に取り付けられる
リニアタイプのものでもよい。この例では、力fはモー
タ電流iM に比例するので、位置制御装置12は電流指
令ir を出力する。電流アンプ13はその電流指令ir
を増幅してモータ電流iM とする。図2に対応する本実
施例のブロック図を図11に示す。制御手段12はブロ
ック3、4、5に該当する。図2のブロック2(比例ゲ
インK1 )は電流アンプ13に該当する。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
FIG. 10 shows an embodiment of the present invention. This is an example in which the control means 12 controls the position x of the motor 10 detected by the position detector 11 so as to follow the position command r. Instead of the motor 10, the position detector 11 may be of a linear type attached to a driven side (not shown), for example, a table driven by a ball screw. In this example, since the force f is proportional to the motor current i M, position controller 12 outputs a current command i r. The current amplifier 13 outputs the current command i r
To a motor current i M. FIG. 11 shows a block diagram of this embodiment corresponding to FIG. The control means 12 corresponds to blocks 3, 4, and 5. Block 2 (proportional gain K 1 ) in FIG.

【0009】[0009]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、位
置制御を速度を用いることなく、位置のフィードバック
のみで実現できるため、速度を位置から差分演算で求め
る事による速度情報の精度の劣化、ひいては位置制御の
精度の劣化をなくすことができ、位置センサの精度で位
置制御を行うことができ、精度が向上するという効果が
ある。
As described above, according to the present invention, since position control can be realized only by position feedback without using speed, the accuracy of the speed information can be obtained by calculating the speed by the difference calculation from the position. It is possible to eliminate the deterioration and, consequently, the deterioration of the accuracy of the position control, to perform the position control with the accuracy of the position sensor, and to improve the accuracy.

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

【図1】制御対象のブロック線図FIG. 1 is a block diagram of a control target.

【図2】本発明の概念を示すブロック線図FIG. 2 is a block diagram illustrating the concept of the present invention.

【図3】従来の位置制御系のブロック線図FIG. 3 is a block diagram of a conventional position control system.

【図4】本発明の制御系の挙動を説明する極零配置およ
び根軌跡
FIG. 4 shows pole-zero arrangement and root locus for explaining the behavior of the control system of the present invention.

【図5】本発明の制御系の挙動を説明する極零配置およ
び根軌跡
FIG. 5 shows a pole-zero arrangement and a root locus for explaining the behavior of the control system of the present invention.

【図6】本発明の制御系の挙動を説明する極零配置およ
び根軌跡
FIG. 6 shows pole-zero arrangement and root locus for explaining the behavior of the control system of the present invention.

【図7】本発明の制御系の挙動を説明する極零配置およ
び根軌跡
FIG. 7 shows pole-zero arrangement and root locus for explaining the behavior of the control system of the present invention.

【図8】本発明の制御系の挙動を説明する極零配置およ
び根軌跡
FIG. 8 shows pole-zero arrangement and root locus for explaining the behavior of the control system of the present invention.

【図9】本発明の位置制御系の閉ループ伝達関数FIG. 9 shows a closed loop transfer function of the position control system of the present invention.

【図10】本発明の実施例を示す図FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図11】図10を図2に対応させたブロック線図11 is a block diagram corresponding to FIG. 10 corresponding to FIG. 2;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 質量のある物体の伝達関数 2 比例制御ゲイン 3 ポジティブフィードバック比例制御ゲイン 4 一次遅れフィルタ 5 比例制御ゲイン 6 速度の比例制御ゲイン 7 微分(差分)演算器 8 比例制御ゲイン 10 モータ 11 位置検出器 12 制御手段 13 電流アンプ A 位置のネガティブフィードバック比例制御ループ B 位置のポジティブフィードバック比例制御ループ C 定位性のあるシステムに変換するための位置のマイ
ナーループ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transfer function of a mass object 2 Proportional control gain 3 Positive feedback proportional control gain 4 First order lag filter 5 Proportional control gain 6 Proportional control gain 7 Differentiation (difference) calculator 8 Proportional control gain 10 Motor 11 Position detector 12 Control means 13 Current amplifier A Negative feedback proportional control loop of position B Positive feedback proportional control loop of position C Minor loop of position for conversion to system with localization

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 G05B 11/00-13/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】位置の負のフィードバックループと位置の
正のフィードバックループとを設けて、速度ループを設
けることなく物体を目標位置に位置決め制御する位置制
御装置において、前記した位置の負のフィードバックループは、比例制御
器または比例積分制御器からなる位置制御器の前段に設
けられた減算器の入力端子に位置をフィードバックし、
前記目標位置から前記位置を減算して前記位置制御器の
入力とし、 前記した位置の正のフィードバックループは前記位置制
御器の後段に設けられた加算器の入力端子にローパスフ
ィルタを通した前記位置をフィードバックし、前記位置
制御器の出力と前記ローパスフィルタを通した前記位置
を加算してポジティブフィードバック制御器の入力とし
た、 ことを特徴とする位置制御装置。
1. A position negative feedback loop and a position
Provide a positive feedback loop and set a speed loop.
In a position control device that controls the positioning of an object at a target position without moving the object, the negative feedback loop of the position is controlled by proportional control.
Installed before the position controller consisting of a controller or a proportional-integral controller.
Feedback the position to the input terminal of the subtracted
Subtract the position from the target position and set the position controller
As input, positive feedback loop of the position is the position system
The low-pass filter is connected to the input terminal of the adder provided after the controller.
Feedback the position through the filter,
Controller output and said position through said low pass filter
Is added to the input of the positive feedback controller.
A position control device, characterized in that:
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