JP3790078B2 - 位置制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、速度のフィードバック制御ループを有する位置制御装置に関し、特にその振動抑制に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、従来の位置制御装置の概略の構成を示すブロック図である。この位置制御装置の構成は、工作機械の可動テーブル8およびボールねじ7とこれを駆動するモータ5と、モータ5の位置を検出し位置検出値S2を出力する位置検出器6と、前記位置検出値S2を差分演算により速度S3を算出する速度算出部9と、前記位置検出値S2と図示しない上位コントローラの出力する位置指令S1とから位置誤差S4を算出する減算器10と、前記位置誤差S4に位置ループゲインを乗じて速度指令S5を算出する位置制御器1と、前記速度指令S5と前記速度S3とから速度誤差S6を算出する減算器11と、前記速度誤差S6に比例積分演算をおこないトルク指令S7を算出する速度制御器2と、前記トルク指令の高周波成分をカットするローパスフィルタLPF3と、ローパスフィルタ処理後のトルク指令に応じて電流を出力しモータ5を駆動するアンプ4とからなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前述の位置制御装置の場合、モータがボールねじを介して可動テーブルを駆動しようとすると、その反作用としてモータは反力を受ける。この際、可動テーブルが動かないと、摩擦などによる減衰が生じないため、モータは駆動力と同じ反力を受ける。可動テーブルが動けば、各部の摩擦により反作用は減少する。すなわち、モータが受ける反力は、可動テーブルが停止している場合が最も大きくなる。すなわち、フィードバック系のゲインが高くなる。
【0004】
さらに、ボールねじなどの伝達系は完全な剛体ではないため、反力にはモータ出力トルクに対して位相遅れが発生する。このように可動テーブルが停止中は、移動中よりもフィードバックのゲインが高くなり、位相が遅れる。すなわち、位相余有、ゲイン余有が共に小さくなる。
【0005】
ローパスフィルタ(LPF)3は、トルク指令に含まれる検出リップルなどのの高周波成分を除去する。これによって、高周波成分による機械系の共振を除去することができる。しかし、ローパスフィルタは通過する信号、すなわちトルク指令に位相遅れを生じさせる。前述のように可動テーブルが停止しているときは位相余有、ゲイン余有が小さくなり、これにローパスフィルタにより生じる位相遅れが加わると、系の安定性を失う、すなわち自励振動が発生する場合がある。フィードバック系の不安定性により、可動テーブル8が振動し、騒音の発生、駆動系、伝達系の破損などが発生するという問題があった。
【0006】
本発明は、前述の問題を解決するためになされたものであり、制御対象が静止した場合において、振動発生を抑制することができる位置制御装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる位置制御装置は、制御対象をモータにより駆動し、位置の制御を行う位置制御装置であって、制御対象の制御目標速度である速度指令と、フィードバックされた制御対象の実際の速度とに基づき前記モータの制御目標トルクであるトルク指令を算出する手段と、制御対象が停止中か否かを判定する停止判定手段と、前記停止判定手段により停止中でないと判定された場合には、前記トルク指令を、トルク指令に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタを介して、モータを駆動するモータ駆動回路に出力し、停止中であると判定された場合には、前記トルク指令を、前記ローパスフィルタを介さずに、前記モータ駆動回路に出力する、トルク指令処理手段と、を有している。
【0008】
さらに、前記速度指令は、制御対象の制御目標位置である位置指令に基づき算出されるものであり、前記停止判定手段は位置指令の変化がないときに停止中を判定するものとすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態と記す)を図面に従って説明する。図1は本実施形態の位置制御装置を含む可動テーブル駆動機構の構成を示す図である。可動テーブル8は、ボールねじ7を介してモータ5に駆動される。モータ5の制御は、次のように行われる。制御対象である可動テーブル8の制御目標位置が位置指令S1として入力されると、実際の可動テーブル8の位置をフィードバックして、減算器10で減算し、位置誤差信号S4を算出する。実際の可動テーブル8の位置は、本実施形態の場合、位置検出器6により検出されたモータ5の回転位置を示す信号S2に基づき算出している。位置誤差信号S4に基づき、位置制御器1で、制御目標速度である速度指令S5を算出する。この速度指令S5と、前記位置検出値S2に基づき速度算出部9で算出された速度信号S3とから、減算器11は速度誤差信号S6を算出する。速度制御器2は、この速度誤差信号S6に基づきトルク指令S7を出力する。
【0010】
トルク指令S7は、トルク指令処理部12を通過し、モータ駆動回路であるアンプ4に送られる。トルク指令処理部12については、その詳細を後述する。アンプ4では、トルク指令S7が増幅され、モータ5に駆動電力が供給される。
【0011】
トルク指令処理部12は、ローパスフィルタ3と、切換器21を含む。切換器21は、トルク指令S7を、ローパスフィルタ3を通過させるか否かを切り換える機能を果たす。この切り換え動作は、停止判定部20の出力する切換指令S20に基づき制御される。停止判定部20は、位置指令を入力とし位置指令の変化を計算し、これが実質的に0であれば、切換器21に対し、トルク指令S7がローパスフィルタ3を通過しない回路を形成する指令を出力する。一方、位置指令の変化が実質的に0でなければ、切換器21に対し、トルク指令S7がローパスフィルタ3を通過するような回路を形成する指令を出力する。切換器21は、前記の切換指令S20に応じて、トルク指令またはローパスフィルタ処理後のトルク指令を選択的にモータ駆動回路に出力する。
【0012】
可動テーブル8が停止中は、位置指令が変化しないので、停止判定部20がこれを検知して、ローパスフィルタ処理をしないよう指令する。これによってトルク指令S7が直接アンプ4に送られる。ローパスフィルタを通過しないので、これによるトルク指令の位相遅れが小さくなる。このため、位相余有が小さくなっていても、系を安定に維持することができる。
【0013】
可動テーブル8の動作が開始されると位置指令の変化を停止判定部20が検知して、トルク指令S7に対しローパスフィルタ処理がなされるように、切換器21に指令する。ローパスフィルタ処理を行うことにより機械系振動や検出リップルによる振動を抑えることができる。
【0014】
本実施形態では、停止判定部20は、位置指令の停止を検知するが、完全な0だけでなく、あるしきい値より低速の場合に切換を行なうようにしてもよい。これは、完全に停止していなくても低速になると摩擦が増大し、停止に近い振動を発生する場合に有効である。
【0015】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、動作時はローパスフィルタ処理により振動抑制を行ない、停止時にはローパスフィルタ処理による位相遅れを除去することで自励振動を防止した位置制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 従来の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 位置制御器、2 速度制御器、3 LPF(トルク指令処理手段)、4 アンプ(モータ駆動回路)、5 モータ、6 位置検出器、7 ボールねじ、8可動テーブル、9 速度算出部、10 減算器、11 減算器、20 停止判定部、21 切換器(トルク指令処理手段)、S1 位置指令、S2 位置検出値、S3 速度、S4 位置誤差、S5 速度指令、S6 速度誤差、S7 トルク指令、S20 切換指令。
Claims (2)
- 制御対象をモータにより駆動し、位置の制御を行う位置制御装置であって、
制御対象の制御目標速度である速度指令と、フィードバックされた制御対象の実際の速度とに基づき前記モータの制御目標トルクであるトルク指令を算出する手段と、
制御対象が停止中か否かを判定する停止判定手段と、
前記停止判定手段により停止中でないと判定された場合には、前記トルク指令を、トルク指令に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタを介して、モータを駆動するモータ駆動回路に出力し、停止中であると判定された場合には、前記トルク指令を、前記ローパスフィルタを介さずに、前記モータ駆動回路に出力する、トルク指令処理手段と、
を有する位置制御装置。 - 請求項1に記載の位置制御装置において、前記速度指令は、制御対象の制御目標位置である位置指令に基づき算出されるものであり、前記停止判定手段は位置指令の変化がないときに停止中を判定する、位置制御装置。
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