JP4134644B2 - Positioning control device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータあるいはモータが組み込まれた設備の位置決め制御を行う位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機の送り軸やロボットアーム等を駆動するモータに対しては、上位装置から出された位置指令に追従してモータが駆動されるように位置決め制御が行われる。
図４は従来例を示すものであり、位置決め制御装置１１は、上位装置１０の位置指令である時間軌道を一定周期で取得し、制御対象であるモータＭが前記時間軌道どおりに動作するように逐次追従制御を行う。さらに、剛性の低い制御対象に対しては、追従制御部（図示せず）に制振制御を用いることにより、上位指令に対して高精度の追従を実現するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に上位装置１０は生産性を考慮して工程重視の位置指令を生成しており、モータを含むサーボ系の動特性までを考慮した位置指令とはなっていない。そのため、制御対象が上位装置からの位置指令の時間軌道どおりに動いたとしても、位置指令自体がサーボ系の動特性を考慮していないため、制御対象の運動は必ずしも効率的でないことが多い。さらに、サーボ系の動特性を考慮しない時間軌道に対して制振制御を行うと、トルク指令などが制振実現不可能なものとなったり、モータが激しく振動したりすることがあった。
また、制振制御には制御対象のモデルを利用するものが多く、動作シーケンスの状態で負荷が変わったり、移動距離が短く摩擦が支配的になったりしてモデルが不適当になると、制振制御が却って振動を誘起してしまうということがあった。
そこで、本発明は、機械の動作シーケンス中で制御対象の動特性モデルが妥当であるときは上位指令の時間軌道に拘束されず、振動系を制御するにあたって効率的な時間軌道で制御対象を駆動することができ、また制御対象の動特性モデルが妥当でなくなるときは上位指令どおりに駆動することができる位置決め制御装置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】
前記課題を解決するための第１の発明に係る位置決め制御装置は、上位装置から位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、モータあるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令取得部で取得された位置指令と一致するように追従制御を行い、トルク指令を出力する追従制御部と、前記トルク指令に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部とを備えた位置決め制御装置において、前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令取得部で取得された位置指令が変化したとき、前記位置指令取得部で取得された位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、前記補間軌道の払い出しが終了するまでは前記位置指令取得部で取得された位置指令の変化に影響を受けずに前記補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、前記選択された追従モードに従って切り換えて、逐次指令追従モードのときは前記位置指令取得部で取得された位置指令を、補間指令追従モードのときは前記補間軌道を、前記追従制御部に出力する信号切替え部と、を備え、前記追従制御部は、前記補間指令追従モードのときは、前記位置指令取得部で取得された位置指令に代えて、前記補間軌道と前記信号切替え部の出力と前記状態量とが一致するように追従制御を行うものである。
この第１の発明においては、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択することによって、位置指令取得部で取得された位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替え、モータを駆動する。これにより、逐次指令追従モードでは位置指令取得部で取得された位置指令に追従する制御を簡易的に行い、補間軌道追従モードでは、上位装置の時間軌道に拘束されずに効率的な時間軌道に基づいて制御対象を駆動する。
【０００５】
第２の発明は、上位装置から位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部と、モータあるいはモータが組み込まれた設備の状態量が前記位置指令取得部で取得された位置指令と一致するように追従制御を行い、トルク指令を出力する逐次指令追従制御部と、前記トルク指令に従って前記モータを駆動する電力を出力するモータ駆動部とを備えた位置決め制御装置において、前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令取得部で取得された位置指令が変化したとき、前記位置指令取得部で取得された位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、前記補間軌道の払い出しが終了するまでは前記位置指令取得部で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、前記補間軌道と前記状態量とを一致させるように追従制御を行い、トルク指令を出力する補間軌道追従制御部と、前記選択された追従モードに従って切り換えて、逐次指令追従モードのときは前記逐次指令追従制御部からの出力を、補間軌道追従モードのときは前記補間軌道追従制御部からの出力を、トルク指令として出力する信号切替え部と、を備えたものである。
この第２の発明は、第１の発明における追従制御部を逐次指令追従制御部と補間軌道追従制御部の二つに分け、信号切替え部の前段に設置したものである。第２の発明においても、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択することによって、位置指令取得部で取得された位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替え、モータを駆動する。これにより、逐次指令追従モードでは位置指令取得部で取得された位置指令に追従する制御を簡易的に行い、補間軌道追従モードでは、上位装置の時間軌道に拘束されずに効率的な時間軌道に基づいて制御対象を駆動する。
【０００６】
第３の発明の位置決め制御装置は、第１および第２の発明における補間軌道作成部を、前記位置指令取得部で取得された位置指令と前記状態量の現在値との間の移動距離を判断する上位指令判断部と、移動距離の異なる補間軌道を複数個記憶したルックアップテーブルとを備えたものとし、前記移動距離によって前記ルックアップテーブルの参照先を変え、参照先の軌道を出力するようにしたものである。
第３の発明においては、効率的に動作させたい移動距離がいくつかに限られているとき、あらかじめ補間軌道を計算してルックアップテーブルに格納しておくことで、補間動作実行時の負荷が低減される。また、実験により試行錯誤的に軌道を決定しておくことも可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。
本位置決め制御装置は、上位装置から位置指令を指令周期ごとに取得する位置指令取得部１と、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部２と、補間軌道追従モードで、かつ位置指令取得部１で取得された位置指令が変化したとき、位置指令取得部１で取得された位置指令とモータの状態量あるいはモータが組み込まれた設備の状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、補間の終了時刻までは前記位置指令取得部１で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部３と、逐次指令追従モードのときは位置指令取得部１から出力された位置指令に、補間軌道追従モードのときは補間軌道作成部３で作成された補間軌道に切り換える信号切替え部４と、信号切替え部４の出力とモータあるいはモータが組み込まれた設備の状態量が一致するように追従制御を行い、トルク指令を出力する追従制御部５と、追従制御部５の出力に従ってモータＭを駆動する電力を出力するモータ駆動部６とから構成される。
【０００８】
次に、この第１の実施の形態における位置決め制御装置の動作について説明する。
上位装置（図示せず）から出力される位置指令は、位置指令取得部１で指令周期ごとに取得される。追従モード選択部２では、上位装置からモード信号を取得し、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの二値のモードを設定する。
ここでモード信号は、動作シーケンスの状態などに基づき上位装置によって設定される。例えば、高速繰り返し運転時には補間軌道追従モードが、原点復帰やマニュアル寸動動作時には逐次指令追従モードが設定される、などである。また別の例では、工作機械などにおいて、早送り時には補間軌道追従モードが、加工時には逐次追従モードが選択される、などである。さらに、動作シーケンス中に負荷が変わるなどして動特性モデルが妥当でなくなるときには、動作を悪化させるおそれのある補間軌道追従モードではなく、動作を大きく悪化させることのない保守的な逐次軌道追従モードを設定することによって、従来程度の動作は可能である。
逐次指令追従モードのときは、信号切替え部４を通じて、位置指令取得部１で指令周期ごとに取得された位置指令が逐次、追従制御部５に渡される。
補間軌道追従モードのときは、位置指令取得部１で取得された位置指令が変化したとき、補間軌道作成部３で、位置指令取得部１で取得された位置指令とモータあるいはモータが組み込まれた設備の現在の位置との距離に基づいて指令周期ごとの補間軌道が作成される。
補間軌道が作成されると、補間軌道作成部３からは、補間軌道の払い出し終了まで位置指令取得部１で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令取得部１で取得された位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令取得部１で取得された位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部３において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。補間軌道は、信号切替え部４を通じて、追従制御部５に渡される。
追従制御部５では、位置指令取得部１で取得された位置指令あるいは補間軌道に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、モータ駆動部６にトルク指令を与える。モータ駆動部６では、モータＭのトルクがトルク指令と一致するようにモータ電流を制御しモータ電力を出力する。
【０００９】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。
この第２の実施の形態に係る位置決め制御装置は、第１の実施の形態における追従制御部５を逐次指令追従制御部５ａと補間軌道追従制御部５ｂの二つに分け、信号切替え部４の前段に設置したものである。その他の構成は第１の実施例と同様である。
次に、この第２の実施の形態の動作について説明する。
上位装置（図示せず）から出力される位置指令は、位置指令取得部１で指令周期ごとに取得される。追従モード選択部２では、逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの二値のモードを、オフライン設定あるいは上位装置から取得した信号によりオンライン設定する。
逐次指令追従モードのときは、逐次指令追従制御部５ａで、位置指令取得部１で取得された位置指令に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、トルク指令を出力する。トルク指令は、信号切替え部４を通じて、モータ駆動部６に与えられる。
補間軌道追従モードのときは、位置指令取得部１で取得された位置指令が変化したとき、補間軌道作成部３で、位置指令取得部１で取得された位置指令とモータあるいはモータが組み込まれた設備の現在の位置との距離に基づいて指令周期ごとの補間軌道が作成される。
補間軌道が作成されると、補間軌道作成部３からは、補間軌道の払い出し終了まで位置指令取得部１で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令取得部１で取得された位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令取得部１で取得された位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部３において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。
次に、補間軌道追従制御部５ｂで、補間軌道に対してフィードバック制御や制振制御などを用いて追従制御を行い、トルク指令を出力する。
トルク指令は、信号切替え部４を通じてモータ駆動部６に与えられる。
モータ駆動部６では、モータのトルクがトルク指令と一致するようにモータ電流を制御しモータ電力を出力する。
【００１０】
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。
本位置決め制御装置は、第１の実施の形態または第２の実施の形態における補間軌道作成部３を、上位指令判断部７と補間軌道ルックアップテーブル８により構成したものである。補間軌道ルックアップテーブル８には、位置指令取得部１で取得された位置指令とモータＭの現在の位置との距離、すなわち移動距離に応じた補間軌道１〜Ｎが複数、あらかじめ設定されている。
図３において、上位指令判断部７で位置指令取得部１で取得された位置指令とモータＭの現在の位置との距離に基づいて、移動距離が補間軌道ルックアップテーブル８にあらかじめ決められたいずれの移動距離であるかを判断し、補間軌道ルックアップテーブル８より補間軌道を選択する。
補間軌道が選択されると、補間軌道の払い出し終了まで位置指令取得部１で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道が出力され続ける。払い出しが終了したのち、再び位置指令取得部１で取得された位置指令の変化によって補間軌道が作成される。また、位置指令取得部１で取得された位置指令が増分値で与えられるときは、補間軌道作成部において移動距離に係数をかけて拡大しても良い。
【００１１】
なお、前記の第１から第３の実施形態において補間軌道作成部３で作成する補間軌道としては、先に本出願人が特開２００２−９１５７０号公報で開示したサーボ制御方法における、モータ位置と機械系の位置の境界条件および制御対象の運動方程式から求められた多項式を用いることができる。
このサーボ制御方法は、制御対象の機械系がサーボモータとばね要素を介して結合される２慣性系以上の柔軟構造物の場合に、モータが指令通りに追従しても負荷側が振動するという問題を解消するものである。
これについて簡単に説明する。ここで、制御する機械系は２慣性系で近似できるものとする。図５は制御系の構成を示すブロック図であり、２１は位置ループ比例ゲインＫｐ、２２は速度ループ、２３はモータの位置、速度、トルク指令を計算する指令生成部分である。２４は所望の動作条件であり、メモリに格納されている。２５は機械系のパラメータであり、メモリに格納されている。速度ループ２２の内部は比例積分制御行うものとする。また、動作条件２４としては、移動距離ｄｉｓｔと移動時間ｔｅが入力され格納されている。機械系のパラメータ２５としては、モータイナーシャＪ１、負荷イナーシャＪ２、ばね定数Ｋｃ、減衰係数ＤＬが入力されて格納されているものとする。メモリに格納されている動作条件２４と機械系パラメータ２５を使用して指令生成部２３でモータ位置指令θref、モータ速度指令Ｖffおよび、モータトルク指令値Ｔffを算出し、制御入力とする。
【００１２】
以下に、指令生成部２３での処理内容を順に説明する。
Ｓｔｅｐ１：機械系の位置Ｘｌ（ｔ）とモータ位置Ｘｍ（ｔ）をそれぞれ式（１）のような１５次の多項式としておく。１５次にする理由は、以下で述べる境界条件が１６個存在するためである。
Xl(t)=a15・t15+a14・t14+a13・t13+・・・・a1・t1+a0
Xm(t)=b15・t15+b14・t14+b13・t13+・・・・b1・t1+b0 ・・・式（１）
(a0〜a15、b0〜b15は係数)
Ｓｔｅｐ２：動作条件と機械系のパラメータを取得。
・動作条件：移動距離ｄｉｓｔ、移動時間ｔｅ
・機械系のパラメータ：Ｊ１、Ｊ２、Ｋｃ、ＤＬ
Ｓｔｅｐ３：式（２）に示す境界条件と、式（３）に示す機械系の運動方程式を解くことにより係数ａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５を求める。境界条件としては、モータと負荷それぞれにおいて、動作開始時（ｔ＝０） ：位置＝速度＝加速度＝加加速度＝０、動作終了時（ｔ＝ｔｅ）：位置＝ｄｉｓｔ、速度＝加速度＝加加速度＝０となり、式（２）に示すような１６個の条件となる。
Xl(0)(0)=0, Xl(1)(0)=0, Xl(2)(0)=0, Xl(3)(0)=0,
Xl(0)(te)=dist, Xl(1)(te)=0, Xl(2)(te)=0, Xl(3)(te)=0,
Xm(0)(0)=0, Xm(1)(0)=0, Xm(2)(0)=0, Xm(3)(0)=0,
Xm(0)(te)=dist, Xm(1)(te)=0, Xm(2)(te)=0, Xm(3)(te)=0 ・・・式（２）
ただし、式中のA(n) の添字(n)はAのｎ階微分を表すものとする。（A＝XｌまたはXm）
また、２慣性系の機械系の、運動方程式は式（３）のようになる。
J2・Xl(2)(t)+DL・(Xl(1)(t)−Xm(1)(t))
+Kc・(Xl(0)(t)−Xm(0)(t))=0 ・・・・・式（３）
以上、式（２）、（３）より係数ａ０〜ａ１５、ｂ０〜ｂ１５を求める。
Ｓｔｅｐ４： Ｓｔｅｐ３で求めた係数から、モータ位置指令値Ｘｍ(0)（ｔ）が求まり、それを微分することで、モータ速度指令値Ｘｍ(1)（ｔ）が求まる。最後にトルク指令値Ｔｒｅｆ（ｔ）は 式（４）のように求まる。
Ｔref(t)＝J1・Xm(2)(t)＋J2・Xl(2)(t) ・・・式（４）
この方法では、機械系の運動特性を考慮して、指令を生成しているため、負荷側を振動なく完全に指令に追従させることが可能である。また、制御系を含む伝達関数ではなく、機械系の運動方程式からのみ指令を生成するので、制御ゲインの変更に際しても全く影響を受けず、指令を変更する必要がない。
以上の運動方程式により導かれる運動方程式を本発明の軌道補間に用いることで、制御対象の動特性モデルが正確に把握できている範囲で制御対象を効率的に駆動することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
（１）第１の発明によれば、モード選択信号によって、上位装置から受け取った位置指令に追従する制御と、装置内部で作成した補間軌道に追従する制御を切り替えることによって、機械の動作シーケンス中で制御対象の動特性モデルが妥当であるときは補間軌道追従モードにより制御を行って、上位装置からの位置指令の時間軌道に拘束されず、振動系を制御するにあたって効率的な時間軌道で制御対象を駆動することができ、また制御対象の動特性モデルが妥当でなくなるときは逐次指令追従モードにより制御を行って、上位装置からの位置指令に追従する制御を簡易的かつ保守的に行うことができる。
（２）第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、補間軌道追従制御部と逐次指令追従制御部が独立であることから、それぞれ異なった制御則に基づいて制御を行うことができる。
（３）第３の発明によれば、補間軌道作成部に、移動距離を判断する上位指令判断部と、移動距離の異なる補間軌道を複数個記憶したルックアップテーブルとを備え、移動距離によってルックアップテーブルの参照先を変え、参照先の軌道を出力することによって、移動距離がいくつかに限られているとき、あらかじめ補間軌道を計算して実行時の負荷を低減したり、実験により試行錯誤的に設定した指令を用いたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】 本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】 従来の位置決め制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】 従来提案した軌道補間方法の例を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 位置指令取得部
２ 追従モード選択部
３ 補間軌道作成部
４ 信号切替え部
５ 追従制御部
５ａ 逐次指令追従制御部
５ｂ 補間軌道追従制御部
６ モータ制御部
７ 上位指令判断部
８ 補間軌道ルックアップテーブル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning control device that performs positioning control of a motor or equipment in which the motor is incorporated.
[0002]
[Prior art]
Positioning control is performed on the motor that drives the feed axis, the robot arm, and the like of the machine tool so that the motor is driven following the position command issued from the host device.
FIG. 4 shows a conventional example. The
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, the
Many of the vibration suppression controls use the model to be controlled, and if the model becomes inappropriate due to changes in load depending on the state of the operation sequence, or the movement distance is short and friction becomes dominant, the vibration suppression control In some cases, the control induces vibration.
Therefore, the present invention drives the controlled object in an efficient time trajectory when controlling the vibration system, and is not constrained by the time trajectory of the higher order command when the dynamic characteristic model of the controlled object is valid in the machine operation sequence. It is another object of the present invention to provide a positioning control device that can be driven according to a higher order command when a dynamic characteristic model to be controlled becomes invalid.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The object positioning control apparatus according to a first invention for solving the includes a position command acquisition unit that acquires a position command from a host device for each instruction cycle, the state of the equipment mode Taha Rui motor is incorporated Follow-up control so as to match the position command acquired by the position command acquisition unit, and output a torque command, and a motor drive unit that outputs electric power for driving the motor according to the torque command the positioning controller having obtains a mode selection signal from the previous SL host device, and the follow mode selector for selecting one of the two following modes sequential instruction following mode and interpolation trajectory tracking mode based on the mode selection signal , when the tracking mode tracking mode selected by the selection unit is the interpolation trajectory tracking mode and position command obtained by the position command acquisition unit has changed, before Create an interpolated trajectory of each of the instruction cycle interpolating between position command obtained by the position command acquiring unit and the current value of the state quantity, until payout of the interpolation trajectory is completed by the position instruction acquiring unit and obtained position command the interpolated trajectory interpolation trajectory creation unit continues to output without being affected by changes in, switched according to the selected tracking mode, the sequential time of the instruction following mode acquired by the position command acquiring unit has been the position command, the interpolation trajectory when the interpolation command tracking mode, and a output force signal switching unit to the follow-up control unit, the follow-up control unit may, when the interpolation command follow-up mode, the Instead of the position command acquired by the position command acquisition unit, follow-up control is performed so that the interpolation trajectory, the output of the signal switching unit, and the state quantity match .
In the first aspect of the invention, by selecting one of the two following modes, the sequential command following mode and the interpolation trajectory following mode, control that follows the position command acquired by the position command acquisition unit, and created inside the apparatus The control to follow the interpolated trajectory is switched and the motor is driven. As a result, in the sequential command follow-up mode, control to follow the position command acquired by the position command acquisition unit is simply performed, and in the interpolation trajectory follow-up mode, an efficient time trajectory is achieved without being constrained by the time trajectory of the host device. Based on this, the controlled object is driven.
[0005]
A second invention is a position command acquisition unit that acquires a position command from a host device for each instruction cycle, mode Taha Rui position command state quantity amenities motor is incorporated is acquired by the position instruction acquiring unit In the positioning control device comprising: a sequential command tracking control unit that performs tracking control so as to match a torque command and outputs a torque command; and a motor driving unit that outputs power for driving the motor according to the torque command. Gets the mode selection signal from one and the follow mode selection unit for selecting the two following modes of the mode selection signal sequentially command following mode and interpolation trajectory tracking mode based on, selected by pre-Symbol follow mode selection unit in following mode interpolation trajectory tracking mode, and when the position command obtained by the position command acquisition unit is changed, the position command and acquired by the position command acquiring unit Create an interpolated trajectory of each of the instruction cycle to interpolate between the current value of the serial state quantity, until payout of the interpolation trajectory is completed influenced by changes in the position command obtained by the position command acquiring unit and interpolating the trajectory creation unit continues to output the interpolated trajectory without, the interpolation trajectory and performs the following control so as to coincide with said state quantity, an interpolation trajectory tracking control unit for outputting a torque command, the selected tracking mode switched, the output of the successive time command tracking mode from the sequential command follow-up control unit, when the interpolation trajectory tracking mode the output from the interpolation trajectory tracking control unit, a signal switching unit for outputting a torque command according to, It is equipped with.
In the second invention, the follow-up control unit according to the first invention is divided into a sequential command follow-up control unit and an interpolation trajectory follow-up control unit, and is installed in the preceding stage of the signal switching unit. Also in the second invention, by selecting one of the two following modes of the sequential command tracking mode and the interpolation trajectory tracking mode, control that follows the position command acquired by the position command acquisition unit, and created inside the apparatus Switch the control to follow the interpolation trajectory and drive the motor. As a result, in the sequential command follow-up mode, control to follow the position command acquired by the position command acquisition unit is simply performed, and in the interpolation trajectory follow-up mode, an efficient time trajectory is achieved without being constrained by the time trajectory of the host device. Based on this, the controlled object is driven.
[0006]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the positioning control device, wherein the interpolation trajectory creating unit in the first and second inventions determines a movement distance between the position command acquired by the position command acquiring unit and the current value of the state quantity. And a lookup table that stores a plurality of interpolation trajectories having different movement distances, and changes the reference destination of the lookup table according to the movement distance and outputs the reference destination trajectory. It is a thing.
In the third aspect of the invention, when the movement distance to be operated efficiently is limited to a certain number, the interpolation trajectory is calculated in advance and stored in the look-up table, so that the load when executing the interpolation operation is reduced. Reduced. It is also possible to determine the trajectory by trial and error through experiments.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The positioning control device includes a position command acquisition unit 1 that acquires a position command from a host device at each command cycle, and a tracking
[0008]
Next, the operation of the positioning control device in the first embodiment will be described.
A position command output from a host device (not shown) is acquired by the position command acquisition unit 1 for each command cycle. The follow-up
Here, the mode signal is set by the host device based on the state of the operation sequence. For example, the interpolation trajectory follow-up mode is set during high-speed repetitive operation, and the sequential command follow-up mode is set during home position return or manual jogging operation. In another example, in a machine tool or the like, the interpolation trajectory tracking mode is selected during rapid traverse, and the sequential tracking mode is selected during machining. In addition, when the dynamic characteristic model becomes invalid due to a change in load during the operation sequence, it is not an interpolation trajectory tracking mode that may deteriorate the operation, but a conservative sequential trajectory tracking mode that does not significantly deteriorate the operation. By setting, the conventional operation is possible.
In the sequential command tracking mode, the position command acquired by the position command acquisition unit 1 for each command cycle is sequentially passed to the
In the interpolation trajectory follow-up mode, when the position command acquired by the position command acquisition unit 1 changes, the position command acquired by the position command acquisition unit 1 and the motor or the motor are incorporated by the interpolation
When the interpolation trajectory is created, the interpolation
The follow-up
[0009]
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the positioning control device according to the second embodiment, the follow-up
Next, the operation of the second embodiment will be described.
A position command output from a host device (not shown) is acquired by the position command acquisition unit 1 for each command cycle. In the follow-up
In the sequential command tracking mode, the sequential command tracking control unit 5a performs tracking control on the position command acquired by the position command acquisition unit 1 using feedback control or vibration suppression control, and outputs a torque command. . The torque command is given to the
In the interpolation trajectory follow-up mode, when the position command acquired by the position command acquisition unit 1 changes, the position command acquired by the position command acquisition unit 1 and the motor or the motor are incorporated by the interpolation
When the interpolation trajectory is created, the interpolation
Next, the interpolation trajectory
The torque command is given to the
The
[0010]
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this positioning control apparatus, the interpolation
In FIG. 3, based on the distance between the position command acquired by the position command acquisition unit 1 and the current position of the motor M by the higher-level
When the interpolation trajectory is selected, the interpolation trajectory continues to be output without being affected by the change in the position command acquired by the position command acquisition unit 1 until the completion of the payout of the interpolation trajectory. After the payout is completed, an interpolation trajectory is created by a change in the position command acquired by the position command acquisition unit 1 again. When the position command acquired by the position command acquisition unit 1 is given as an incremental value, the interpolation trajectory creation unit may enlarge the moving distance by applying a coefficient.
[0011]
The interpolation trajectory created by the interpolation
This servo control method has a problem that the load side vibrates even if the motor follows the command when the mechanical system to be controlled is a flexible structure of two or more inertia systems coupled with the servo motor via a spring element. Is to eliminate.
This will be briefly described. Here, the mechanical system to be controlled can be approximated by a two-inertia system. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system, in which 21 is a position loop proportional gain Kp, 22 is a speed loop, and 23 is a command generation part for calculating a motor position, speed, and torque command.
[0012]
Below, the processing content in the
Step 1: The mechanical system position Xl (t) and the motor position Xm (t) are each set as a 15th order polynomial as shown in equation (1). The reason for the fifteenth is that there are 16 boundary conditions described below.
Xl (t) = a15 ・ t 15 + a14 ・ t 14 + a13 ・ t 13 + ・ ・ ・ ・ a1 ・ t 1 + a0
Xm (t) = b15 ・ t 15 + b14 ・ t 14 + b13 ・ t 13 + ・ ・ ・ ・ b1 ・ t 1 + b0 ・ ・ ・ Formula (1)
(a0 to a15, b0 to b15 are coefficients)
Step 2: Acquire operating conditions and mechanical parameters.
-Operating conditions: movement distance dist, movement time te
・ Mechanical parameters: J1, J2, Kc, DL
Step 3: Coefficients a0 to a15 and b0 to b15 are obtained by solving the boundary condition shown in equation (2) and the equation of motion of the mechanical system shown in equation (3). As boundary conditions, in each of the motor and the load, when the operation starts (t = 0): position = speed = acceleration = jerk acceleration = 0, when the operation ends (t = te): position = dist, speed = acceleration = jerk = 0, which is 16 conditions as shown in Equation (2).
Xl (0) (0) = 0, Xl (1) (0) = 0, Xl (2) (0) = 0, Xl (3) (0) = 0,
Xl (0) (te) = dist, Xl (1) (te) = 0, Xl (2) (te) = 0, Xl (3) (te) = 0,
Xm (0) (0) = 0, Xm (1) (0) = 0, Xm (2) (0) = 0, Xm (3) (0) = 0,
Xm (0) (te) = dist, Xm (1) (te) = 0, Xm (2) (te) = 0, Xm (3) (te) = 0 ・ ・ ・ Equation (2)
However, the subscript (n) of A (n) in the formula represents the nth derivative of A. (A = Xl or Xm)
Also, the equation of motion of the two-inertia mechanical system is as shown in Equation (3).
J2 ・ Xl (2) (t) + DL ・ (Xl (1) (t) −Xm (1) (t))
+ Kc · (Xl (0) (t) −Xm (0) (t)) = 0 ・ ・ ・ ・ ・ Expression (3)
As described above, the coefficients a0 to a15 and b0 to b15 are obtained from the equations (2) and (3).
Step 4: The motor position command value Xm (0) (t) is obtained from the coefficient obtained in
Tref (t) = J1 · Xm (2) (t) + J2 · Xl (2) (t) (4)
In this method, since the command is generated in consideration of the motion characteristic of the mechanical system, the load side can be made to follow the command completely without vibration. In addition, since the command is generated not from the transfer function including the control system but only from the equation of motion of the mechanical system, the control gain is not affected at all, and it is not necessary to change the command.
By using the equation of motion derived from the above equation of motion for the trajectory interpolation of the present invention, the controlled object can be efficiently driven within a range in which the dynamic characteristic model of the controlled object can be accurately grasped.
[0013]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
(1) According to the first invention, the mode selection signal switches between the control that follows the position command received from the host device and the control that follows the interpolation trajectory created inside the device. When the dynamic characteristic model to be controlled is valid, control is performed in the interpolation trajectory tracking mode, and it is not constrained by the time trajectory of the position command from the host device, and it is controlled with an efficient time trajectory when controlling the vibration system The target can be driven, and when the dynamic characteristic model of the control target becomes invalid, control is performed in the sequential command tracking mode, and control following the position command from the host device is performed simply and conservatively. Can do.
(2) According to the second invention, in addition to the effects of the first invention, since the interpolation trajectory tracking control unit and the sequential command tracking control unit are independent, control is performed based on different control laws. Can do.
(3) According to the third invention, the interpolation trajectory creation unit is provided with a higher order command determination unit for determining the movement distance, and a look-up table storing a plurality of interpolation trajectories with different movement distances. By changing the reference destination of the up-table and outputting the trajectory of the reference destination, when the moving distance is limited to several, the interpolation trajectory is calculated in advance to reduce the load during execution, or trial and error by experiment Command that is set automatically.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional positioning control device.
FIG. 5 is a control block diagram showing an example of a conventionally proposed trajectory interpolation method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position
Claims (3)
前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、
前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令取得部で取得された位置指令が変化したとき、前記位置指令取得部で取得された位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、前記補間軌道の払い出しが終了するまでは前記位置指令取得部で取得された位置指令の変化に影響を受けずに前記補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、
前記選択された追従モードに従って切り換えて、逐次指令追従モードのときは前記位置指令取得部で取得された位置指令を、補間指令追従モードのときは前記補間軌道を、前記追従制御部に出力する信号切替え部と、
を備え、前記追従制御部は、前記補間指令追従モードのときは、前記位置指令取得部で取得された位置指令に代えて、前記補間軌道と前記状態量とが一致するように追従制御を行うことを特徴とする位置決め制御装置。 A position instruction acquiring unit that acquires a position command from a host device for each instruction cycle, mode Taha Rui follow as state quantity amenities motor is incorporated is consistent with the position command obtained by the position command acquiring unit In a positioning control device including a follow-up control unit that performs control and outputs a torque command, and a motor drive unit that outputs electric power for driving the motor according to the torque command ,
Gets the mode selection signal from the previous SL host device, and the follow mode selector for selecting one of the two following modes sequential instruction following mode and interpolation trajectory tracking mode based on the mode selection signal,
When the tracking mode selected by the tracking mode selection unit is an interpolation trajectory tracking mode and the position command acquired by the position command acquisition unit changes, the position command and the state quantity acquired by the position command acquisition unit of between the current value to create the interpolated trajectory of each of the instruction cycle of interpolation, and payout of the interpolation trajectory to exit the without being affected by changes in position command obtained by the position command acquiring unit An interpolation trajectory creation unit that continuously outputs the interpolation trajectory,
Switching according to the selected tracking mode, the position command obtained by the position command acquiring unit when the sequential instruction following mode, the interpolation trajectory when the interpolation command following mode, to force out the follow-up control unit A signal switching unit;
And the tracking control unit performs tracking control so that the interpolation trajectory and the state quantity coincide with each other instead of the position command acquired by the position command acquisition unit in the interpolation command tracking mode. A positioning control device characterized by that.
前記上位装置からモード選択信号を取得し、該モード選択信号に基づいて逐次指令追従モードと補間軌道追従モードの２つの追従モードの一方を選択する追従モード選択部と、
前記追従モード選択部により選択された追従モードが補間軌道追従モードで、かつ前記位置指令取得部で取得された位置指令が変化したとき、前記位置指令取得部で取得された位置指令と前記状態量の現在値との間を補間する前記指令周期ごとの補間軌道を作成し、前記補間軌道の払い出しが終了するまでは前記位置指令取得部で取得された位置指令の変化に影響を受けずに補間軌道を出力し続ける補間軌道作成部と、
前記補間軌道と前記状態量とを一致させるように追従制御を行い、トルク指令を出力する補間軌道追従制御部と、
前記選択された追従モードに従って切り換えて、逐次指令追従モードのときは前記逐次指令追従制御部からの出力を、補間軌道追従モードのときは前記補間軌道追従制御部からの出力を、トルク指令として出力する信号切替え部と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。 A position instruction acquiring unit that acquires a position command from a host device for each instruction cycle, mode Taha Rui follow as state quantity amenities motor is incorporated is consistent with the position command obtained by the position command acquiring unit In a positioning control device comprising a sequential command follow-up control unit that performs control and outputs a torque command, and a motor drive unit that outputs electric power for driving the motor according to the torque command ,
A tracking mode selection unit that acquires a mode selection signal from the host device and selects one of the two tracking modes of the sequential command tracking mode and the interpolation trajectory tracking mode based on the mode selection signal;
Before Symbol follow mode selection unit according to the selected tracking mode interpolation trajectory tracking mode, and the position when position command acquired by the command acquisition unit is changed, the state position command obtained by the position command acquiring unit Create an interpolation trajectory for each command cycle that interpolates between the current value of the quantity, and is not affected by changes in the position command acquired by the position command acquisition unit until the completion of the payout of the interpolation trajectory An interpolation trajectory creation unit that continuously outputs the interpolation trajectory,
And the interpolated trajectory and performs the following control so as to coincide with said state quantity, the interpolation trajectory tracking control unit for outputting a torque command,
Switching according to the selected tracking mode output, the output from the sequential said sequential instruction following control unit when the command follow-up mode, the output from the interpolation trajectory tracking control unit when the interpolation trajectory tracking mode, as the torque command A signal switching unit to perform ,
Positioning control apparatus characterized by comprising a.
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