JP3790078B2 - 位置制御装置 - Google Patents
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【０００１】
【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。
【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34293799A JP3790078B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34293799A JP3790078B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001157948A JP2001157948A (ja) | 2001-06-12 |
| JP3790078B2 true JP3790078B2 (ja) | 2006-06-28 |
Family
ID=18357679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34293799A Expired - Fee Related JP3790078B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | 位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3790078B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP5745451B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2015-07-08 | マブチモーター株式会社 | 車両用前照灯 |
| WO2022153526A1 (ja) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | 株式会社日立ハイテク | 顕微鏡において用いられるステージ装置および顕微鏡 |
-
1999
- 1999-12-02 JP JP34293799A patent/JP3790078B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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