JP3381880B2 - Servo control device - Google Patents

Servo control device

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JP3381880B2
JP3381880B2 JP17958594A JP17958594A JP3381880B2 JP 3381880 B2 JP3381880 B2 JP 3381880B2 JP 17958594 A JP17958594 A JP 17958594A JP 17958594 A JP17958594 A JP 17958594A JP 3381880 B2 JP3381880 B2 JP 3381880B2
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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、FAなどのサーボに利用されるサーボ系の制御装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servo system controller used for servo of machine tools, industrial robots, FA and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のサーボ系では速度制御系にたとえ
ば、特開昭62−77605あるいは技報「安川電機」
第55巻No.3 1991 p.174の3.3
(2)に記載されたようにPIあるいはI−P制御が用
いられている。
2. Description of the Related Art In a conventional servo system, a speed control system is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 62-77605 or Technical Report "Yasukawa Electric".
Volume 55 No. 3 1991 p. 174 of 3.3
PI or IP control is used as described in (2).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のPI
あるいはI−P速度制御系では、負荷が振動特性を有し
ている場合には、この振動特性を不安定にしないような
低いゲインの設定しかできず、制御系の応答が遅くな
る、という問題点があった.図11はサーボ系のブロッ
ク線図である。このサーボ系について、振動特性を考慮
した制御対象の動特性モデルとそのs平面上の極零配置
を図10に示す。ここで ω1 =(K・(1/JM +1
/JL ))1/2 ω2 =((K/JL ))1/2 であり、それぞれ共振および反共振角周波数である。R
eは実軸、Imは虚軸である。図13(a)はPI速度
制御系のブロック線図を示し、図13(b)はI−P速
度制御系のブロック線図を示す。図11(c)は、開ル
ープ伝達関数の極零配置を示す。ここでGV (s)は図
12に示す制御対象の伝達関数である。なお、制御対象
の極零配置はPIとI−P速度制御系で同じである。図
14はPIおよびI−P速度制御系でゲインKvをゼロ
から大きくしていったときの根軌跡を示す。図14
(a)はω2 が1/Ti より十分に大きい場合で、原点
の極である剛体系および振動特性が共に、応答も速くし
かも十分に安定化されることを示している。しかし、剛
体系の応答をより速くしようとして、より小さな積分時
間を設定すると、図14(b)に示すように、振動特性
は十分に安定化されるが、剛体系の極が反共振の零点に
向かい、剛体系が応答も遅く、かつ減衰が小さい振動的
な応答となる。これはサーボ系で好ましくない特性であ
る。そこで本発明は、高いゲインが設定でき、応答性と
減衰性に優れた制御装置を提供することを目的とする.
However, the conventional PI
Alternatively, in the IP speed control system, when the load has a vibration characteristic, only a low gain that does not make the vibration characteristic unstable can be set, and the response of the control system becomes slow. There was a point. FIG. 11 is a block diagram of the servo system. FIG. 10 shows a dynamic characteristic model of a controlled object in which the vibration characteristic is taken into consideration and its pole-zero arrangement on the s-plane for this servo system. Where ω 1 = (K · (1 / J M +1
/ J L )) 1/2 ω 2 = ((K / J L )) 1/2 , which are the resonance and anti-resonance angular frequencies, respectively. R
e is a real axis and Im is an imaginary axis. 13A shows a block diagram of the PI speed control system, and FIG. 13B shows a block diagram of the IP speed control system. FIG. 11C shows the pole-zero arrangement of the open loop transfer function. Here, G V (s) is the transfer function of the controlled object shown in FIG. The pole-zero arrangement of the controlled object is the same for the PI and IP speed control systems. FIG. 14 shows a root locus when the gain Kv is increased from zero in the PI and IP speed control system. 14
(A) shows that when ω 2 is sufficiently larger than 1 / T i , both the rigid system, which is the origin pole, and the vibration characteristics have a fast response and are sufficiently stabilized. However, if a smaller integration time is set in order to make the response of the rigid system faster, as shown in FIG. 14 (b), the vibration characteristics are sufficiently stabilized, but the poles of the rigid system have zero points of antiresonance. The rigid system has a slow response and a vibration-like response with small damping. This is an unfavorable characteristic in a servo system. Therefore, an object of the present invention is to provide a control device that can set a high gain and is excellent in responsiveness and damping.

【0004】[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、本発明は一自由度の振動特性を負荷とし、モータの
速度をPIあるいはI−P制御するサーボ系の制御装置
において、一巡伝達関数に位相進みフィルタGlead
(s)=(T1 ・s+1)/(T2 ・s+1)(ただ
し、T1 >T2 、T1 、T2 は位相進みフィルタの時定
数、sはラプラス演算子である)を挿入し、ω2 をモー
タトルクからモータ速度までの伝達関数の零点である振
動特性の反共振角周波数、Ti をPIあるいはI−P制
御の積分制御における積分ゲインの逆数である積分時間
とするとき、反共振の零点s=jω2 と、PIあるいは
I−P制御の零点s=−1/Ti 、位相進みフィルタの
零点s=−1/T1 および極s=−1/T2 とのなす角
φ1 =arctan(ω2 、Ti )、φ2 =arcta
n(ω2 、T1 )、φ3 =arctan(ω2 、T2
がφ1 +φ2 −φ3 ≒π/2なる位相条件を満たすよう
に設定されたことを特徴とする。また、一自由度の振動
特性を負荷とし、モータの速度をPIあるいはI−P制
御するサーボ系の制御装置において、一巡伝達関数に位
相進みフィルタGlead(s)=(T1 ・s+1)/
(T2 ・s+1)(ただし、T1 >T2 、T1 、T2
位相進みフィルタの時定数、sはラプラス演算子であ
る)を挿入し、 ω1をモータトルクからモータ速度まで
の伝達関数の極である振動特性の共振角周波数、Ti
PIあるいはI−P制御の積分制御における積分ゲイン
の逆数である積分時間とするとき、振動特性の極s=j
ω1 と、PIあるいはI−P制御の零点s=−1/
i 、位相進みフィルタの零点s=−1/T1 および極
s=−1/T2 とのなす角φ1 '=arctan
(ω1 、Ti )、φ'2 =arctan(ω1
1 )、φ'3 =arctan(ω1 、T2 )がφ'1
φ'2 −φ'3 ≒π/2なる位相条件を満たすように設定
されたことを特徴とする。また、速度指令あるいは速度
の絶対値と設定可能な限界速度とを比較し、限界速度以
上であれば位相進みフィルタを、限界速度未満であれば
一次遅れフィルタを速度制御系の一巡伝達関数に挿入し
たことを特徴とする。また、速度制御系をマイナ−ル−
プとして組み込むように位置制御を行うことを特徴とす
る。また、位置制御系の偏差の絶対値|e|に関し、関
数f(|e|)をあらかじめ定義し、a=f(|e|)
とするとき、制御系の一巡伝達関数に挿入する位相進み
フィルタの伝達関数を(aT1 ・s+1)/((1−
a)T2 ・s+1)としたことを特徴とする。また、位
置決め開始時点から位置決め完了時点までは位相進みフ
ィルタを、いったん位置決め完了した後は一次遅れフィ
ルタあるいは二次遅れフィルタを速度制御系の一巡伝達
関数に挿入することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention uses one-degree-of-freedom vibration characteristics as a load, and performs one-cycle transmission in a servo-system controller for controlling the motor speed by PI or IP. Phase lead filter to function Glead
Insert (s) = (T 1 s + 1) / (T 2 s + 1) (where T 1 > T 2 , T 1 and T 2 are the time constants of the phase advance filter, and s is the Laplace operator). , Ω 2 is the antiresonance angular frequency of the vibration characteristic which is the zero point of the transfer function from the motor torque to the motor speed, and T i is the integration time which is the reciprocal of the integral gain in the integral control of PI or IP control. The anti-resonance zero point s = jω 2 and the PI or IP control zero point s = −1 / T i , the phase lead filter zero point s = −1 / T 1 and the pole s = −1 / T 2 Angle φ 1 = arctan (ω 2 , T i ), φ 2 = arcta
n (ω 2 , T 1 ), φ 3 = arctan (ω 2 , T 2 ).
Is set to satisfy the phase condition of φ 1 + φ 2 −φ 3 ≈π / 2. Further, in a servo system control device that controls the motor speed by PI or IP by using a vibration characteristic of one degree of freedom as a load, a phase advance filter Glead (s) = (T 1 s + 1) /
(T 2 · s + 1) (where T 1 > T 2 , T 1 and T 2 are the time constants of the phase advance filter, s is the Laplace operator), and ω 1 from the motor torque to the motor speed is inserted. When the resonance angular frequency of the vibration characteristic that is the pole of the transfer function and T i are the integration time that is the reciprocal of the integral gain in the integral control of PI or IP control, the pole of the vibration characteristic s = j
ω 1 and the zero point s = −1 / of PI or IP control
An angle φ 1 ′ = arctan formed by T i , the zero point s = −1 / T 1 and the pole s = −1 / T 2 of the phase advance filter.
1 , T i ), φ ′ 2 = arctan (ω 1 ,
T 1 ), φ ′ 3 = arctan (ω 1 , T 2 ) is φ ′ 1 +
It is characterized in that it is set so that the phase condition of φ ′ 2 −φ ′ 3 ≈π / 2 is satisfied. In addition, the speed command or the absolute value of the speed is compared with the limit speed that can be set. It is characterized by having done. In addition, the speed control system is
It is characterized in that position control is performed so that it is incorporated as a group. Regarding the absolute value of the deviation | e | of the position control system, a function f (| e |) is defined in advance, and a = f (| e |)
Then, the transfer function of the phase lead filter to be inserted into the open loop transfer function of the control system is (aT 1 s + 1) / ((1-
a) T 2 · s + 1). Further, the present invention is characterized in that a phase advance filter is inserted from a positioning start point to a positioning completion point, and a first-order lag filter or a second-order lag filter is inserted into the loop transfer function of the speed control system once the positioning is completed.

【0005】[0005]

【作用】位相進みフィルタを挿入した速度制御系のブロ
ック線図を図1および2に示す。図1(a)はPI速度
制御系で前向きループに挿入した場合であり、図2
(b)はPI速度制御系でフィードバックループに挿入
した場合である。さらに、図2(a)はI−P速度制御
系で前向きループに挿入した場合であり、図2(b)は
I−P速度制御系でフィードバックループに挿入した場
合である。 いずれの場合も速度制御系の極零配置およ
び根軌跡は等しくなる。図3(a)は位相進みフィルタ
を挿入したPIおよびI−P速度制御系の極零配置であ
る。位相進みフィルタを挿入し、 T2 <T1 およびT2 <Ti であるとき、それらの根軌跡は図3(b)に示すよう
に、Ti の設定に関わらず剛体系および振動特性を、位
相進みフィルタのない場合と比較して格段に、応答も速
く、減衰性つまり安定性の良い特性に設定できる。たと
えば図3(b)の四角・×マークのような設定が可能と
なる。
1 and 2 are block diagrams of a speed control system in which a phase advance filter is inserted. FIG. 1A shows the case where the PI speed control system is inserted in the forward loop.
(B) is a case where it is inserted in the feedback loop in the PI speed control system. Further, FIG. 2 (a) shows the case of insertion in the forward loop in the IP speed control system, and FIG. 2 (b) shows the case of insertion in the feedback loop in the IP speed control system. In either case, the pole-zero arrangement and the root locus of the speed control system are the same. FIG. 3A is a pole-zero arrangement of the PI and IP speed control system in which a phase advance filter is inserted. When a phase advance filter is inserted and T 2 <T 1 and T 2 <T i , their root loci show the rigid system and vibration characteristics regardless of the setting of T i , as shown in FIG. 3B. As compared with the case without the phase advance filter, the response is remarkably fast and the characteristic of damping property, that is, good stability can be set. For example, it is possible to make settings such as the square and x mark in FIG.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を説明する.位
相進みフィルタの具体的な設計条件を提示する。まず剛
体系の極を反共振の零点に向かわせず、実軸上に収束さ
せる条件である。積分時間Ti 、位相進みフィルタの時
定数T1 、T2 (T1 >T2 )とする。二つの零点s=
−1/Ti 、s=−1/T1 および極s=−1/T2
反共振の零点s=jω2 とのなす角度をそれぞれφ1
φ2 、φ3 とするとき、 φ1 =arctan(ω2 ・Ti ) φ2 =arctan(ω2 ・T1 ) φ3 =arctan(ω2 ・T2 ) であるが、(φ1 +φ2 −φ3 )がほぼπ/2という条
件(位相条件1)を満たすように設計すると、剛体系は
必ず実軸上に収束し、応答も速く、減衰性も良い速度制
御系が実現できる。図4は位相条件1を示す図である。
次に、振動特性を最も安定化する条件を提示する。二つ
の零点s=−1/Ti、s=−1/T1 および極s=−
1/T2 と振動特性の極s=jω1 とのなす角をそれぞ
れφ1 ’、φ2 ’、φ3 ’とするとき、 φ1 ’=arctan(ω1 ・Ti ) φ2 ’=arctan(ω1 ・T1 ) φ3 ’=arctan(ω1 ・T2 ) であるが、(φ1 ’+φ2 ’−φ3 ’)がほぼπ/2と
いう条件(位相条件2)を満たすように設計すると、振
動特性は最も安定化される条件となり、応答も速く、減
衰性も良い速度制御系が実現できる。図5は位相条件2
を示す図である。図1に示したようなサーボ系を実現す
るには、まず以上に示した位相進みフィルタを挿入した
速度制御系を構成し、適切な位相条件とゲインおよびパ
ラメータを設定し、高応答・高減衰の速度制御系を実現
し、この速度制御系に位置のフィードバック制御ループ
を付加すれば良い。ディジタルサーボ系では位置の量子
化の影響が大きく、偏差の大きさにより位相進みフィル
タのパラメータを可変にする必要がある。これを実現す
る位置制御系のブロック線図を図6に示す。ここでブロ
ック15は位置偏差の絶対値の非線形関数で、|e|を
入力とし、可変パラメータaを出力とするもので、 a=f(|e|) である。ブロック16は可変パラメータaにより特性を
可変とする位相進みフィルタであり、その伝達関数は Glead(s)=(aT1 ・s+1)/((1−a)
・T2 ・s+1) である。このような可変パラメータ位相進みフィルタに
より、ディジタルサーボ系でも、位置偏差の大きさに依
らず常に高応答かつ高安定なサーボ系を実現することが
できる。位相進みフィルタの実現例を述べる。図7はオ
ペアンプ、キャパシタンス、抵抗を用いたアナログ回路
の例である。図8はディジタル演算による位相進みフィ
ルタの実現例である。uは入力、yが出力であり、iは
サンプル時刻である。17は1サンプルの遅延メモリ、
18、19はフィルタの特性を決定するパラメータであ
る。Tsはサンプリング周期である。ディジタルのばあ
いには、ディジタルハード回路での実現も、ソフトウェ
アプログラムによる実現も可能である。ディジタルの場
合は、パラメータ18および19を可変パラメータとす
ることで可変パラメータ位相進みフィルタを容易に実現
できる。ディジタルサーボ系では、停止時を含めた極低
速のときの安定条件とこれ以上の速度のときとの安定条
件が異なる。極低速時には、量子化誤差の影響が大き
く、位相進みフィルタより一次遅れフィルタの方が安定
化し易いことがある。このような場合、図9に示すよう
に、速度指令あるいは速度絶対値と設定可能な限界速度
とを比較する判定回路と、これに連動する切換スイッ
チ、および位相進みフィルタ(T1 s+1)/(T2
+1)と一次遅れフィルタ1/(Tf s+1)(Tf
フィルタ時定数)とを設け、限界速度以上であれば、ス
イッチ端子1を接続して位相進みフィルタを、未満であ
ればスイッチ端子2を接続して一次遅れ速度制御系の一
巡伝達関数に挿入する。位置決め状態を判定する位置決
め判定回路を設け、図10に示すように、位置決め開始
時点から、位置決め完了時点までは、スイッチ端子1を
接続して位相進みフィルタを、いったん位置決め完了し
た後はスイッチ端子2を接続して一次遅れフィルタ1/
(Tf s+1)あるいは二次遅れフィルタ1/(Tf 1
s+1)( Tf 2 s+1)(Tf 1 、Tf 2 はフィル
タ時定数)を速度制御系の一巡伝達関数に挿入する。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below. The specific design conditions of the phase advance filter are presented. First, it is a condition that the poles of the rigid system are converged on the real axis without being directed to the antiresonance zero point. It is assumed that the integration time T i is the time constants T 1 and T 2 of the phase advance filter (T 1 > T 2 ). Two zeros s =
The angles between −1 / T i , s = −1 / T 1 and the pole s = −1 / T 2 and the antiresonance zero s = jω 2 are φ 1 , respectively.
When φ 2 and φ 3 , φ 1 = arctan (ω 2 · T i ) φ 2 = arctan (ω 2 · T 1 ) φ 3 = arctan (ω 2 · T 2 ), but (φ 1 + φ By designing to satisfy the condition that ( 2- φ 3 ) is approximately π / 2 (phase condition 1), the rigid system always converges on the real axis, and a speed control system with fast response and good damping can be realized. FIG. 4 is a diagram showing the phase condition 1.
Next, the conditions for stabilizing the vibration characteristics most are presented. Two zeros s = -1 / T i , s = -1 / T 1 and pole s =-
When the angles formed by 1 / T 2 and the vibration characteristic pole s = jω 1 are φ 1 ′, φ 2 ′, and φ 3 ′, φ 1 ′ = arctan (ω 1 · T i ) φ 2 ′ = arctan (ω 1 · T 1 ) φ 3 '= arctan (ω 1 · T 2 ), but (φ 1 ' + φ 2 '-φ 3 ') satisfies the condition (phase condition 2) that it is approximately π / 2. With such a design, the vibration characteristic becomes the most stable condition, and a speed control system with fast response and good damping can be realized. Figure 5 shows phase condition 2
FIG. In order to realize the servo system as shown in Fig. 1, first, the speed control system with the above-mentioned phase advance filter inserted is configured, and appropriate phase conditions, gains and parameters are set, and high response and high attenuation are set. The speed control system may be realized and a position feedback control loop may be added to this speed control system. In the digital servo system, the effect of position quantization is large, and it is necessary to make the parameters of the phase advance filter variable depending on the size of the deviation. FIG. 6 shows a block diagram of a position control system that realizes this. Here, the block 15 is a non-linear function of the absolute value of the position deviation, which inputs | e | and outputs the variable parameter a, and a = f (| e |). A block 16 is a phase advance filter whose characteristic is variable by a variable parameter a, and its transfer function is Glead (s) = (aT 1 s + 1) / ((1-a)
・ T 2 · s + 1). With such a variable parameter phase advance filter, it is possible to realize a servo system which is always highly responsive and highly stable even in a digital servo system, regardless of the magnitude of the position deviation. An implementation example of the phase advance filter will be described. FIG. 7 shows an example of an analog circuit using an operational amplifier, capacitance, and resistance. FIG. 8 shows an example of realization of a phase advance filter by digital calculation. u is an input, y is an output, and i is a sample time. 17 is a delay memory of 1 sample,
Reference numerals 18 and 19 are parameters that determine the characteristics of the filter. Ts is a sampling period. In the case of digital, it can be realized by a digital hard circuit or a software program. In the case of digital, a variable parameter phase advance filter can be easily realized by setting the parameters 18 and 19 to variable parameters. In the digital servo system, the stability condition at an extremely low speed including stop and the stability condition at a speed higher than this are different. At extremely low speeds, the influence of the quantization error is large, and the first-order lag filter may be more easily stabilized than the phase-lead filter. In such a case, as shown in FIG. 9, a determination circuit that compares the speed command or the absolute speed value with a settable speed limit, a changeover switch that operates in conjunction with the determination circuit, and a phase advance filter (T 1 s + 1) / ( T 2 s
+1) and a first-order lag filter 1 / (T f s + 1) (T f is a filter time constant) are provided, and if the speed is equal to or higher than the limit speed, the switch terminal 1 is connected to the phase lead filter, and if less than the limit speed, the switch terminal is connected. 2 is connected and inserted into the open loop transfer function of the first-order lag speed control system. A positioning determination circuit for determining the positioning state is provided, and as shown in FIG. 10, the switch terminal 1 is connected and the phase advance filter is connected from the start point of positioning to the end point of positioning, and the switch terminal 2 is connected once the positioning is completed. 1st-order lag filter 1 /
(T f s + 1) or second-order lag filter 1 / (T f 1
s + 1) (T f 2 s + 1) (T f 1 and T f 2 are filter time constants) are inserted into the open loop transfer function of the speed control system.

【0007】[0007]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、振
動特性を有するサーボ系に関し、速度制御系に位相進み
フィルタを挿入し、そのパラメータを特定の条件に設定
することで、従来より格段に高応答かつ高安定の速度お
よび位置サーボ系を実現できる。さらにこの方法は簡単
な位相進みフィルタの付加のみで実現できることから、
経済的な効果も高い、という効果がある.
As described above, according to the present invention, regarding the servo system having the vibration characteristic, by inserting the phase advance filter in the speed control system and setting the parameter to a specific condition, An extremely high response and highly stable speed and position servo system can be realized. Furthermore, since this method can be realized only by adding a simple phase advance filter,
It also has a high economic effect.

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

【図1】位相進みフィルタを挿入したPI速度制御系FIG. 1 PI speed control system with a phase lead filter inserted

【図2】位相進みフィルタを挿入したI−P速度制御系FIG. 2 is an IP speed control system in which a phase advance filter is inserted.

【図3】位相進みフィルタを挿入したPIおよびI−P
速度制御系の極零配置と根軌跡
FIG. 3 PI and IP with a phase lead filter inserted
Pole-zero arrangement and root locus of speed control system

【図4】位相条件1FIG. 4 Phase condition 1

【図5】位相条件2FIG. 5: Phase condition 2

【図6】位置偏差の関数として位相進みフィルタのパラ
メータを可変する位置サーボ系のブロック線図
FIG. 6 is a block diagram of a position servo system in which a parameter of a phase advance filter is changed as a function of position deviation.

【図7】アナログ回路による位相進みフィルタの実現を
示す図
FIG. 7 is a diagram showing realization of a phase advance filter by an analog circuit.

【図8】ディジタル演算による位相進みフィルタの実現
を示す図
FIG. 8 is a diagram showing realization of a phase advance filter by digital calculation.

【図9】限界速度前後でのフィルタ切り換えを説明する
FIG. 9 is a diagram for explaining filter switching before and after a limit speed.

【図10】位相決め完了前後でのフィルタ切り換えを説
明する図
FIG. 10 is a diagram illustrating filter switching before and after completion of phase determination.

【図11】サーボ系のブロック線図FIG. 11 is a block diagram of a servo system.

【図12】制御対象の動特性モデルを示す図FIG. 12 is a diagram showing a dynamic characteristic model of a controlled object.

【図13】(a)PI速度制御系 (b)I−P速度制御系 (c)開ループ伝達関数の極零配置FIG. 13 (a) PI speed control system (B) IP speed control system (C) Pole-zero arrangement of open-loop transfer function

【図14】PIおよびI−P速度制御系の根軌跡FIG. 14: Root locus of PI and IP speed control system

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御対象 2 機構 3 モータ 4 位置および速度検出器 5 位置制御コントローラ 6 速度制御コントローラ 7 パワーアンプ 8 速度演算器 9 位置指令 r 10 位置 x 11 速度 v 12 速度指令 vr 13 電流指令 ir 14 電流 i 15 位置偏差の非線形関数 16 可変パラメータ位相進みフィルタ 17 1サンプル遅延メモリ 18、19 位相進みフィルタのパラメータ1 Control Target 2 Mechanism 3 Motor 4 Position and Speed Detector 5 Position Control Controller 6 Speed Control Controller 7 Power Amplifier 8 Speed Calculator 9 Position Command r 10 Position x 11 Speed v 12 Speed Command v r 13 Current Command i r 14 Current i 15 Non-linear function of position deviation 16 Variable parameter Phase advance filter 17 1-sample delay memory 18, 19 Phase advance filter parameters

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G05D 3/12 306 G05D 3/12 306S 13/62 13/62 Q (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 5/00 G05B 11/36 G05B 13/02 G05D 3/12 G05D 13/62 Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI G05D 3/12 306 G05D 3/12 306S 13/62 13/62 Q (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 5 / 00 G05B 11/36 G05B 13/02 G05D 3/12 G05D 13/62

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一自由度の振動特性を負荷とし、モータの
速度をPIあるいはI−P制御するサーボ系の制御装置
において、一巡伝達関数に位相進みフィルタGlead
(s)=(T1 ・s+1)/(T2 ・s+1)(ただ
し、T1 >T2 、T1 、T2 は位相進みフィルタの時定
数、sはラプラス演算子である)を挿入し、ω 2 をモー
タトルクからモータ速度までの伝達関数の零点である振
動特性の反共振角周波数、T i をPIあるいはI−P制
御の積分制御における積分ゲインの逆数である積分時間
とするとき、反共振の零点s=jω 2 と、PIあるいは
I−P制御の零点s=−1/T i 、位相進みフィルタの
零点s=−1/T 1 および極s=−1/T 2 とのなす角
φ 1 =arctan(ω 2 、T i )、φ 2 =arcta
n(ω 2 、T 1 )、φ 3 =arctan(ω 2 、T 2
がφ 1 +φ 2 −φ 3 ≒π/2なる位相条件を満たすよう
に設定されたことを特徴とするサーボ系の制御装置。
1. A servo system controller for controlling a motor speed by PI or IP by using a vibration characteristic of one degree of freedom as a load, and a phase lead filter Glead as a loop transfer function.
Insert (s) = (T 1 s + 1) / (T 2 s + 1) (where T 1 > T 2 , T 1 and T 2 are the time constants of the phase advance filter, and s is the Laplace operator). , mode of ω 2
Vibration, which is the zero of the transfer function from torque to motor speed.
The anti-resonance angular frequency of dynamic characteristics, T i, is controlled by PI or IP.
Integration time, which is the reciprocal of the integration gain in the integral control
And the antiresonance zero s = jω 2 and PI or
Zero point s = -1 / T i of IP control , phase lead filter
Zeros s = -1 / T 1 and the angle between the pole s = -1 / T 2
φ 1 = arctan (ω 2 , T i ), φ 2 = arcta
n (ω 2 , T 1 ), φ 3 = arctan (ω 2 , T 2 ).
Satisfies the phase condition of φ 1 + φ 2 −φ 3 ≈π / 2
Servo control device characterized by being set to.
【請求項2】 一自由度の振動特性を負荷とし、モータ
の速度をPIあるいはI−P制御するサーボ系の制御装
置において、一巡伝達関数に位相進みフィルタGlea
d(s)=(T 1 ・s+1)/(T 2 ・s+1)(ただ
し、T 1 >T 2 、T 1 、T 2 は位相進みフィルタの時定
数、sはラプラス演算子である)を挿入し、 ω 1 をモ
ータトルクからモータ速度までの伝達関数の極である振
動特性の共振角周波数、T i をPIあるいはI−P制御
の積分制御における積分ゲインの逆数である積分時間と
するとき、振動特性の極s=jω 1 と、PIあるいはI
−P制御の零点s=−1/T i 、位相進みフィルタの零
点s=−1/T 1 および極s=−1/T 2 とのなす角φ
1 '=arctan(ω 1 、T i )、φ' 2 =arcta
n(ω 1 、T 1 )、φ' 3 =arctan(ω 1
2 )がφ' 1 +φ' 2 −φ' 3 ≒π/2なる位相条件を
満たすように設定されたことを特徴とするサーボ系の制
御装置。
2. A motor having a one-degree-of-freedom vibration characteristic as a load.
System for servo system to control speed of PI or IP
, The phase advance filter Glea is added to the open loop transfer function.
d (s) = (T 1 s + 1) / (T 2 s + 1) (only
Then, T 1 > T 2 , T 1 , T 2 is the time constant of the phase lead filter.
The number, s inserts a Laplace operator), the omega 1 Mo
Vibration, which is the pole of the transfer function from the data torque to the motor speed.
PI or IP control of resonance angular frequency T i of dynamic characteristics
Integration time which is the reciprocal of the integration gain in the integration control of
, The vibration characteristic pole s = jω 1 and PI or I
-P control zero s = -1 / T i , phase lead filter zero
The angle φ formed by the point s = -1 / T 1 and the pole s = -1 / T 2
1 '= arctan (ω 1, T i), φ' 2 = arcta
n (ω 1 , T 1 ), φ ′ 3 = arctan (ω 1 ,
The phase condition that T 2 ) is φ ′ 1 + φ ′ 2 −φ ′ 3 ≈π / 2
Servo system control characterized by being set to meet
Your device.
【請求項3】 速度指令あるいは速度の絶対値と設定可
能な限界速度とを比較し、限界速度以上であれば位相進
みフィルタを、限界速度未満であれば一次遅れフィルタ
を速度制御系の一巡伝達関数に挿入したことを特徴とす
る請求項1又は2のいずれかに記載のサ−ボ系の制御装
置。
3. A speed command or absolute value of speed can be set.
If the speed exceeds the limit speed, the phase advance
Filter, first-order lag filter if less than limit speed
Is inserted in the open loop transfer function of the speed control system.
The control device for the servo system according to claim 1 or 2.
Place
【請求項4】 速度制御系をマイナ−ル−プとして組み
込むように位置制御を行うことを特徴とする、請求項1
ないし3のいずれかに記載のサーボ系の制御装置。
4. A speed control system is assembled as a minor loop.
2. The position control is performed so as to be tightly inserted.
4. The servo system control device according to any one of 3 to 3.
【請求項5】 位置制御系の偏差の絶対値|e|に関
し、関数f(|e|)をあらかじめ定義し、a=f(|
e|)とするとき、制御系の一巡伝達関数に挿入する位
相進みフィルタの伝達関数を(aT 1 ・s+1)/
((1−a)T 2 ・s+1)としたことを特徴とする、
請求項4記載のサ−ボ系の制御装置。
5. The absolute value of the deviation of the position control system | e |
Then, the function f (| e |) is defined in advance, and a = f (|
e |), the position to be inserted into the open loop transfer function of the control system
The transfer function of the phase-lead filter is (aT 1 · s + 1) /
((1-a) T 2 · s + 1),
The servo system control device according to claim 4.
【請求項6】 位置決め開始時点から位置決め完了時点
までは位相進みフィルタを、いったん位置決め完了した
後は一次遅れフィルタあるいは二次遅れフィルタを速度
制御系の一巡伝達関数に挿入することを特徴とする、請
求項4記載のサ−ボ系の制御装置。
6. A positioning start point to a positioning completion point
Positioning of the phase advance filter has been completed until
After that, speed up the first-order lag filter or the second-order lag filter.
It is characterized in that it is inserted into the open loop transfer function of the control system.
The servo system control device according to claim 4.
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