JP3314401B2 - 指令補正フィルタとそれを使用する自動機械の制御装置 - Google Patents
指令補正フィルタとそれを使用する自動機械の制御装置Info
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- JP3314401B2 JP3314401B2 JP05967792A JP5967792A JP3314401B2 JP 3314401 B2 JP3314401 B2 JP 3314401B2 JP 05967792 A JP05967792 A JP 05967792A JP 5967792 A JP5967792 A JP 5967792A JP 3314401 B2 JP3314401 B2 JP 3314401B2
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- Numerical Control (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動機械を時系列指令
によって制御する制御装置（例えば、工作機械、ロボッ
ト等のＮＣ装置）における位置指令、速度指令などを補
正するフィルタおよびそれを使用した自動機械の制御装
置に関する。
によって制御する制御装置（例えば、工作機械、ロボッ
ト等のＮＣ装置）における位置指令、速度指令などを補
正するフィルタおよびそれを使用した自動機械の制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の指令補正フィルタとしては、１次
フィルタ、２次フィルタなどがある．たとえば図９に示
すような伝達関数1/(TS+1)の前段に零次ホールドを入れ
た１次フィルタの入力ｒ(i) に対する出力ｙ(i) は、 ｙ(i) = ｅ-aｙ(i-1) + (1- ｅ-a) ｒ(i-1) (1) （ただし、ａ＝サンプリング時間／フィルタ時定数Ｔ）
で与えられる。
フィルタ、２次フィルタなどがある．たとえば図９に示
すような伝達関数1/(TS+1)の前段に零次ホールドを入れ
た１次フィルタの入力ｒ(i) に対する出力ｙ(i) は、 ｙ(i) = ｅ-aｙ(i-1) + (1- ｅ-a) ｒ(i-1) (1) （ただし、ａ＝サンプリング時間／フィルタ時定数Ｔ）
で与えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
フィルタでは位相が遅れてしまうという問題点があっ
た。そこで本発明は、位相遅れのないフィルタを提供す
ることを目的とする。
フィルタでは位相が遅れてしまうという問題点があっ
た。そこで本発明は、位相遅れのないフィルタを提供す
ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、指令ｒを入力し、補正指令ｒ' を
め、指令ｒを入力し、補正指令ｒ' を
【０００５】
【数６】
【０００６】ここでW k は、予め設定されるフィルタ定
数で、
数で、
【０００７】
【数７】
【０００８】により決定され、h n (n=1,2, …) は、基
準フィルタのインパルス応答でh n =0(n>N)とする。と
して出力することを特徴とするものである。これは、
「任意の基準フィルターに時系列指令ｒを入力し、その
出力の時系列出力順序を逆転させた信号を再び前記基準
フィルタに入力し、その時系列出力順序を再び逆転させ
た信号を被制御対象へ与える指令ｒ’とする」一連の処
理の全体の伝達関数と等しい伝達関数であって、その定
常ゲインを１とすることに等しい。
準フィルタのインパルス応答でh n =0(n>N)とする。と
して出力することを特徴とするものである。これは、
「任意の基準フィルターに時系列指令ｒを入力し、その
出力の時系列出力順序を逆転させた信号を再び前記基準
フィルタに入力し、その時系列出力順序を再び逆転させ
た信号を被制御対象へ与える指令ｒ’とする」一連の処
理の全体の伝達関数と等しい伝達関数であって、その定
常ゲインを１とすることに等しい。
【０００９】
【作用】以下本発明のフィルタの原理について述べる．
まず、インパルス応答がh n (n=0,1,2, …,N) 、h n =0
(n>N)で与えられる基準フィルタを考える。この基準フ
ィルタの、入力系列｛ｒ(i) ｝(i=0,1, …,i,i+1, …L)
に対する出力系列｛ｒ1(i)｝は、
まず、インパルス応答がh n (n=0,1,2, …,N) 、h n =0
(n>N)で与えられる基準フィルタを考える。この基準フ
ィルタの、入力系列｛ｒ(i) ｝(i=0,1, …,i,i+1, …L)
に対する出力系列｛ｒ1(i)｝は、
【００１０】
【数８】
【００１１】で与えられる。この系列｛ｒ1(i)｝をフィ
ルタの出力とすると位相遅れが生じてしまう。また、こ
の系列｛ｒ1(i)｝をもう一度同じ基準フィルタに通す
と、さらに遅れてしまう。そこで、この系列｛ｒ1(i)｝
の逆時間系列｛ｒ2(i)｝、
ルタの出力とすると位相遅れが生じてしまう。また、こ
の系列｛ｒ1(i)｝をもう一度同じ基準フィルタに通す
と、さらに遅れてしまう。そこで、この系列｛ｒ1(i)｝
の逆時間系列｛ｒ2(i)｝、
【００１２】
【数９】
【００１３】を考え、この系列｛ｒ2(i)｝をもう一度同
じ基準フィルタに入力して得られる出力系列の逆時間系
列をフィルタの最終出力系列とすれば，位相遅れの問題
は解決する。しかしこの方法では、入力系列の初期時刻
0 から最終時刻L までのすべての値が必要となってしま
う。そこで、入力系列｛ｒ(i) ｝を部分的に利用して同
等のフィルタを実現することを考える。いま、系列｛ｒ
2(i)｝を基準フィルタに入力して得られる出力系列｛ｒ
3(i)｝は、
じ基準フィルタに入力して得られる出力系列の逆時間系
列をフィルタの最終出力系列とすれば，位相遅れの問題
は解決する。しかしこの方法では、入力系列の初期時刻
0 から最終時刻L までのすべての値が必要となってしま
う。そこで、入力系列｛ｒ(i) ｝を部分的に利用して同
等のフィルタを実現することを考える。いま、系列｛ｒ
2(i)｝を基準フィルタに入力して得られる出力系列｛ｒ
3(i)｝は、
【００１４】
【数１０】
【００１５】となるため、その逆時間系列｛ｒ4(i)｝は
次式で与えられる。
次式で与えられる。
【００１６】
【数１１】
【００１７】ただしＶk は、与えられたもとの基準フィ
ルタのインパルス応答h n (n=0,1,2,…,N) により、
ルタのインパルス応答h n (n=0,1,2,…,N) により、
【００１８】
【数１２】
【００１９】で与えられる。したがって、フィルタ出力
ｒ'(i)は、
ｒ'(i)は、
【００２０】
【数１３】
【００２１】により、部分的な入力系列から決定され
る。ただしフィルタ定数Ｗk は、フィルタの定常ゲイン
が１となるよう、
る。ただしフィルタ定数Ｗk は、フィルタの定常ゲイン
が１となるよう、
【００２２】
【数１４】
【００２３】により、予め設定される。以上より、本発
明のフィルタによって位相遅れのない補正が可能とな
る。
明のフィルタによって位相遅れのない補正が可能とな
る。
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図１に示して
説明する。図の本発明のフィルタでは、時刻ｉを中心と
してＮステップ過去からＮステップ未来までの指令｛r
(i-N), …,r(i-1),r(i),r(i+1),…,r(i+N) ｝が入力さ
れ、
説明する。図の本発明のフィルタでは、時刻ｉを中心と
してＮステップ過去からＮステップ未来までの指令｛r
(i-N), …,r(i-1),r(i),r(i+1),…,r(i+N) ｝が入力さ
れ、
【００２４】
【数１５】
【００２５】によって得られるｒ'(i)を時刻ｉにおける
補正指令として出力する。ただしＷk は，予め設定され
るフィルタ定数で、
補正指令として出力する。ただしＷk は，予め設定され
るフィルタ定数で、
【００２６】
【数１６】
【００２７】により決定される。ここでh n (n=1,2,
…) は、基準フィルタのインパルス応答系列として設定
する任意の定数でh n =0 (n>N)とする。次に、定数h n
(n=1,2, …N)の設定例を示す。まず基準フィルタとし
て、図９に示した１次フィルタを用いた場合について説
明する。このフィルタのインパルス応答系列h n (n=1,
2, …) は、 h0=0, h j = ｅ-(j-1 )a(1- ｅ-a), j=1,2,… (5) （ a =サンプリング時間／フィルタ時定数Ｔ）となる。
これをＮで打ち切って用いると、定数Ｖk は(4) 式よ
り、
…) は、基準フィルタのインパルス応答系列として設定
する任意の定数でh n =0 (n>N)とする。次に、定数h n
(n=1,2, …N)の設定例を示す。まず基準フィルタとし
て、図９に示した１次フィルタを用いた場合について説
明する。このフィルタのインパルス応答系列h n (n=1,
2, …) は、 h0=0, h j = ｅ-(j-1 )a(1- ｅ-a), j=1,2,… (5) （ a =サンプリング時間／フィルタ時定数Ｔ）となる。
これをＮで打ち切って用いると、定数Ｖk は(4) 式よ
り、
【００２８】
【数１７】
【００２９】したがって、(3) 式で得られる定数W k を
用いて(2) 式により出力ｒ' が算出される。a=0.5 、N=
10としたときの入出力を図６に示す。比較のため、図９
の１次フィルタを１回通した場合と、このフィルタを普
通に２回通した場合の入出力例を図７、図８に示す。こ
こでは、(5) 式で表される無限長のインパルス応答系列
を有限長Ｎで打ち切っているため、
用いて(2) 式により出力ｒ' が算出される。a=0.5 、N=
10としたときの入出力を図６に示す。比較のため、図９
の１次フィルタを１回通した場合と、このフィルタを普
通に２回通した場合の入出力例を図７、図８に示す。こ
こでは、(5) 式で表される無限長のインパルス応答系列
を有限長Ｎで打ち切っているため、
【００３０】
【数１８】
【００３１】とはならず、(3) 式による修正が必要であ
るが、基準フィルタのインパルス応答系列h n (n=0,1,
…,N) を、
るが、基準フィルタのインパルス応答系列h n (n=0,1,
…,N) を、
【００３２】
【数１９】
【００３３】となるように設定してやれば、
【００３４】
【数２０】
【００３５】となるため、(3) 式による修正は不要とな
る。また、基準フィルタのインパルス応答系列h n (n=
0,1, …,N) は、図９の１次フィルタによる(5) 式のも
のに限らず任意に設定できる。設定例を図２から図５に
示す。図中H j は、
る。また、基準フィルタのインパルス応答系列h n (n=
0,1, …,N) は、図９の１次フィルタによる(5) 式のも
のに限らず任意に設定できる。設定例を図２から図５に
示す。図中H j は、
【００３６】
【数２１】
【００３７】を表す。
【００３８】図１０に本発明のフィルタを使用した自動
機械の制御装置の例を示す。制御装置１は、制御対象機
械２を制御する装置であり、時系列指令を記憶する指令
記憶部３と、指令記憶部３から時系列指令を読み出して
補正された時系列指令を得る指令補正フィルタ部４と、
指令補正フィルタの関数を設定するフィルタ設定器５か
ら構成される。指令補正フィルタ部４は、既に詳述した
とおりの伝達関数を持つものであるが、説明を容易にす
るため機能ブロック的に示したのが図１０である。すな
わち、２つの基準フィルタ４ａと２つの逆転手段４ｂか
らなる伝達関数（ただし定常ゲインが１）と等しい機能
を持つものである。逆転手段４ｂは、入力した時系列信
号を一旦記憶して、記憶した順序とは逆に出力させるも
のである。フィルタ設定器５は、基準フィルタ４ａの入
出力関係を設定することにより、指令補正フィルタ部４
の伝達関数を設定するもので、例えばパソコンを使用し
て構成され、関数グラフをＣＲＴ画面を見ながらキーボ
ードから設定するものである。なお、図示するように、
指令補正フィルタ部４の出力を記憶する補正指令記憶部
６と、指令補正フィルタ部４の出力と補正指令記憶部６
の出力のいずれを出力するか選択するスイッチ７を付加
してもよい。同じ制御を繰り返す場合は、補正指令記憶
部６の出力で良いからである。
機械の制御装置の例を示す。制御装置１は、制御対象機
械２を制御する装置であり、時系列指令を記憶する指令
記憶部３と、指令記憶部３から時系列指令を読み出して
補正された時系列指令を得る指令補正フィルタ部４と、
指令補正フィルタの関数を設定するフィルタ設定器５か
ら構成される。指令補正フィルタ部４は、既に詳述した
とおりの伝達関数を持つものであるが、説明を容易にす
るため機能ブロック的に示したのが図１０である。すな
わち、２つの基準フィルタ４ａと２つの逆転手段４ｂか
らなる伝達関数（ただし定常ゲインが１）と等しい機能
を持つものである。逆転手段４ｂは、入力した時系列信
号を一旦記憶して、記憶した順序とは逆に出力させるも
のである。フィルタ設定器５は、基準フィルタ４ａの入
出力関係を設定することにより、指令補正フィルタ部４
の伝達関数を設定するもので、例えばパソコンを使用し
て構成され、関数グラフをＣＲＴ画面を見ながらキーボ
ードから設定するものである。なお、図示するように、
指令補正フィルタ部４の出力を記憶する補正指令記憶部
６と、指令補正フィルタ部４の出力と補正指令記憶部６
の出力のいずれを出力するか選択するスイッチ７を付加
してもよい。同じ制御を繰り返す場合は、補正指令記憶
部６の出力で良いからである。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
準フィルタのインパルス応答を設定するという簡便な方
法で位相遅れのない指令補正フィルタを実現することが
でき、それを制御装置に用いれば自動機械の動作精度を
飛躍的に向上させることができるという効果がある。
準フィルタのインパルス応答を設定するという簡便な方
法で位相遅れのない指令補正フィルタを実現することが
でき、それを制御装置に用いれば自動機械の動作精度を
飛躍的に向上させることができるという効果がある。
【図１】本発明の具体的実施例を示す図
【図２】本発明の基準フィルタの設定例を示す図
【図３】本発明の基準フィルタの設定例を示す図
【図４】本発明の基準フィルタの設定例を示す図
【図５】本発明の基準フィルタの設定例を示す図
【図６】本発明の入出力例を示す図
【図７】従来例の入出力例を示す図
【図８】従来例の入出力例を示す図
【図９】従来例を示す図
【図１０】本発明の具体的実施例を示す図
１ 制御装置 ２ 制御対象機械 ３ 指令記憶部 ４ 指令補正フィルタ部 ４ａ 基準フィルタ ４ｂ 逆転手段 ５ 基準フィルタ設定器 ６ 補正指令記憶部 ７ スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 11/36 505 G05B 13/02
Claims (4)
- 【請求項１】 時系列で与えられる指令ｒを補正して
ｒ’とする指令補正フィルタにおいて、その伝達関数
を、 任意の基準フィルターに時系列指令ｒを入力し、その出
力の時系列出力順序を逆転させた信号を再び前記基準フ
ィルタに入力し、その時系列出力順序を再び逆転させた
信号を被制御対象へ与える指令ｒ’とする一連の処理の
全体の伝達関数と等しく、その定常ゲインが１となる伝
達関数となるように、指令ｒを入力し、補正指令ｒ' を 【数１】 ここでＷk は、予め設定されるフィルタ定数で、 【数２】 により決定され，h n (n=1,2, …) は，前記基準フィル
タのインパルス応答でh n =0 (n>N)とする。として出力
することを特徴とする指令補正フィルタ。 - 【請求項２】定数h n (n=0,1, …,N) を、 【数３】 となるように設定し、Ｗk を、 【数４】 とすることを特徴とする請求項１記載の指令補正フィル
タ。 - 【請求項３】 定数Ｖk (k=-N,…,-1,0,1,…,N) を 【数５】 と設定することを特徴とする請求項１記載の指令補正フ
ィルタ。 - 【請求項４】 自動機械を時系列指令によって制御する
制御装置において、 時系列指令を記憶する指令記憶部と、 前記指令記憶部から読み出した時系列指令を補正してそ
の出力を被制御対象への指令とする請求項１記載の指令
補正フィルタと、 前記指令補正フィルタの性質を変更するためのフィルタ
設定器と、 を備えたことを特徴とする自動機械の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05967792A JP3314401B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 指令補正フィルタとそれを使用する自動機械の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05967792A JP3314401B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 指令補正フィルタとそれを使用する自動機械の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224718A JPH05224718A (ja) | 1993-09-03 |
| JP3314401B2 true JP3314401B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=13120068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05967792A Expired - Lifetime JP3314401B2 (ja) | 1992-02-13 | 1992-02-13 | 指令補正フィルタとそれを使用する自動機械の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314401B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006215807A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Yaskawa Electric Corp | ロボット制御装置および制御方法 |
-
1992
- 1992-02-13 JP JP05967792A patent/JP3314401B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006215807A (ja) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Yaskawa Electric Corp | ロボット制御装置および制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05224718A (ja) | 1993-09-03 |
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