JP4300384B2 - Positioning servo controller - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の位置決めを行う位置決めサーボコントローラ、特に、モータの位置決めを行う位置決めサーボコントローラに関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来の位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。図5に示すように、従来の位置決めサーボコントローラは、位置制御器1と、速度制御器2と、トルクアンプ3と、モータ4と、微分器5とから構成されている。この位置決めサーボコントローラは、イナーシャがJ[N・m・s2]であるモータ4の位置θ[rad]を制御するものである。
【0003】
モータ4にはエンコーダ(不図示)が備え付けれており、エンコーダによってモータ4の位置θが検出できるようになっている。上位装置(不図示)から発せられる位置指令θrとモータ4の位置θとの位置偏差は、位置制御器1に入力される。位置制御器1は、位置ループゲインKp[1/s]によって、その偏差をKp倍した値を、モータ4への速度指令ωr[rad/s]として出力する比例制御器である。微分器5は、モータ4の位置θ[rad]を微分してモータ4の速度ω[rad/s]を出力する。速度制御器2は、速度指令ωr[rad/s]とモータ4の速度ω[rad/s]との速度偏差を入力し、速度ループゲインKv[1/s]によってその偏差をKv倍した値をモータ4へのトルク指令Tref[N・m]として出力する比例制御器である。トルクアンプ3は、トルク指令Trefを入力してトルクTrを発生させてモータ4を駆動する。つまり、この位置決めサーボコントローラは、位置指令θrにモータ4の位置θを追従させるためのものであり、モータ4の位置θは、位置指令θrに対する位置応答である。
【0004】
このような従来の位置決めサーボコントローラには、フィードバックされたモータ4の位置応答θを元に位置決め制御を行うフィードバック制御方式が用いられている。上述のように、位置決めサーボコントローラは、通常、位置ループ処理の中に、マイナーループとして速度ループ処理を有している。
【0005】
しかし、このようなフィードバック制御方式の位置決めサーボコントローラでは、位置ループゲインKp、速度ループゲインKvの値は有限の値であり上限値を有している。そのため、モータ4の位置応答θは、位置指令θrとは完全には一致せず、いわゆるサーボ遅れが発生する。
【0006】
図6は、従来の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。図6(a)には、位置指令θrと位置応答θとが示され、図6(b)には、位置指令θrおよび位置応答θの微分dθr/dt、dθ/dtが示されている。図6(a)、(b)に示すように、dθr/dtは、モータ4が一定の加速度で加速して速度が定常速度V[rad/s]に達し、所定の時間だけ定常速度Vで移動した後、一定の加速度で減速するような指令となっている。このような場合には、位置偏差は最大でV/Kp[rad]となり、dθr/dtの値が0になってから位置応答θが実際に位置指令θrの値に達するまでの時間は、1/Kp[s]に比例して長くなる。
【0007】
なお、図6では、加減速時間=0.1[s]、定常速度V=100[rad/s]、所定の時間=0.2[s]、位置ループゲインKp=25[1/s]、速度ループゲインKv=200[1/s]、イナーシャJ=1[N・m・s2]の場合の指令θr、dθr/dtおよび応答θ、dθ/dtの変動の様子が示されている。図6では、定常偏差は、V/Kp=100/25=4[rad]となり、dθr/dtが0になってから位置応答θの値が実際に位置指令θrの値に達するまでの時間は0.1[s]となっている。
【0008】
このような位置決めサーボコントローラでは、上述のサーボ遅れを解消するために、フィードバック制御方式とともにフィードフォワード制御方式が用いられることがある。図7は、フィードバック制御方式とともにフィードフォワード制御方式を用いた位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。この位置決めサーボコントローラでは、図2の位置決めサーボコントローラの構成要素の他に、フィードフォワード制御器6、7を備えている。フィードフォワード制御器6は位置指令θrを入力して位置指令θrを微分し、その微分値を第1のフィードフォワードゲインKff1[1/s]によりKff1倍した値を出力する。この値は、位置制御器1から出力される速度指令ωr[1/s]に加算される第1のフィードフォワード制御量である。
【0009】
このようにすることによって、図7の位置決めサーボコントローラでは、位置指令θrから直接生成されたサーボ遅れ要素を含まない速度指令に基づいて速度ループ処理が行われるので、フィードバック制御のみのときよりも、サーボ遅れを解消することができる。また、フィードフォワード制御器7はフィードフォワード制御器6から出力された第1のフィードフォワード補償量を入力して微分し、その微分を第2のフィードフォワードゲインKff2によってKff2倍した値を第2のフィードフォワード補償量として出力する。この第2のフィードフォワード補償量は、速度制御器2から出力された値に加算され、その加算された値がトルク指令Trとしてトルクアンプ3に入力される。このようにすることによって、トルクアンプ3は、サーボ遅れ要素を含まないトルク指令Trに基づいてモータ4を駆動することができる。
【0010】
上述のように、図7の位置決めサーボコントローラでは、速度フィードフォワード制御とトルクフィードフォワード制御とを行うことによって、フィードバック制御によって発生するサーボ遅れを補償することができる。
【0011】
図8は、図7の位置決めサーボコントローラの各ブロックを簡略化した制御ブロック線図である。図8に示すように、この位置決めサーボコントローラの制御性能は、フィードフォワードゲインKff1、Kff2の値で決まる。したがって、図7の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォワードゲインKff1、Kff2を最適な値に設定し、サーボ遅れができるだけ少なくなるような状態でモータ4の制御が行われている。
【0012】
なお、フィードフォワードゲインKff1=1とすると、この位置決めサーボコントローラの制御ブロック線図は、図9のようになる。さらに、フィードフォワードゲインKff2=Jとすると、位置指令θrから位置応答θまでの伝達関数Gの値は1となり、理想的には、位置指令θrと位置応答θとの間に遅れはなくなり、位置決めサーボコントローラのサーボ遅れは0となる。
【0013】
しかし、実際には、制御対象であるモータ4のイナーシャJ等の物理量は完全に把握されてない場合が多く、フィードフォワードゲインKff1、Kff2の値を最適な値に設定するのは困難である。このような場合では、モータ4の位置決めを行うときに、オーバシュートやアンダーシュートなどの現象が発生する。例えば、Kff2=Jとすれば、位置決めサーボコントローラのサーボ遅れは0となるが、Jの値が未知である場合には、フィードフォワードゲインKff2の値をJの値に設定することができないので、応答にオーバシュートやアンダーシュートが発生する。図10は、フィードフォワードゲインKff2の値が最適に設定されていない場合の位置決めサーボコントローラ位置応答θの微分である速度応答dθ/dtの変動の様子が示されている。なお、図10では、Kff2=0.5=J/2としている。そして、図10(a)のAの部分を拡大したものが図10(b)である。
【0014】
図10(b)に示すように、速度応答dθ/dtには、オーバーシュートが発生している。このようなオーバシュートを無くすためには、フィードフォワードゲインKff1の値を下げたり、フィードフォワード制御器7の出力にフィルタを設けたりするなどの対策をとっていたが、従来の位置決めサーボコントローラでは、そのような対策によって再びサーボ遅れが生じてしまうという問題があった。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の位置決めサーボコントローラでは、制御に影響を与えるモータの物理量が未知である場合には、フィードフォワードゲイン等の制御パラメータの値を最適な値に設定することができないため、制御応答にオーバシュートやアンダーシュートが発生し、良好な制御応答を得られないという問題があった。
【0016】
本発明は、モータの物理量が未知であっても、良好な制御応答が得られる位置決めサーボコントローラを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の位置決めサーボコントローラは
上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、
前記位置指令を微分した値を第1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第1のフィードフォワード補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、
前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、
前記第1のフィードフォワード補償量を微分した値を第2のフィードフォワードゲインにより増幅して得られる第2のフィードフォワード補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、
前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプと
を備え、
前記第2のフィードフォワードゲインが1に設定されている
本発明の他の位置決めサーボコントローラは、
上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、
前記位置指令を微分した値を第1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第1のフィードフォワード補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、
前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、
前記第1のフィードフォワード補償量を微分した値を第2のフィードフォワードゲインにより増幅して得られる第2のフィードフォワード補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、
前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプと、
を備え、
前記制御対象のイナーシャの値が既知の場合は、前記第2のフィードフォワードゲインが前記イナーシャの値および前記加速度ループゲインに基づいて設定される。
【0018】
本発明の位置決めサーボコントローラでは、加速度指令と制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御手段を備えることによって、位置指令を入力とし位置応答を出力とする伝達関数の係数の中に含まれる制御対象の物理量が未知であっても、その係数の中で加速度ループゲインの値がその制御対象の物理量の分母となり、加速度ループゲインの値を適当な値に設定することによって位置応答に対する制御対象の物理量の値の影響を無視することができるようになるため、加速度ループゲインを適当な値に設定することによって良好な制御応答を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態の位置決めサーボコントローラについて図面を参照して詳細に説明する。全図において、同一の符号がつけられている構成要素は、すべて同一のものを示す。
【0020】
図1は、本実施形態の位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。本実施形態の位置決めサーボコントローラは、加速度制御器8と、微分器9を備えている点が図7の従来の位置決めサーボコントローラと異なっている。微分器9は、モータ4の位置応答θを2階微分してモータ4の加速度を出力する。加速度制御器8は、速度制御器2から出力された値とフィードフォワード制御器7から出力された値とが加算された値と、微分器9から出力されたモータ4の加速度との加速度偏差を入力して、加速度ループゲインKaによって加速度偏差をKa倍した値をトルク指令Trとしてトルクアンプ3に出力する比例制御器である。
【0021】
図1の制御ブロック線図を簡略化したものを図2に示す。図2の制御ブロック線図をさらに簡略化するために、フィードフォワードゲインKff1=1とすると、図2の制御ブロック線図は、図3の制御ブロック線図のように簡略化される。図3の制御ブロック線図と、図9の制御ブロック線図とを比較した場合、S2の項の係数は、図9の制御ブロック線図では、Jであるのに対して、図3の制御ブロック線図では、1+J/Kaとなっている。伝達関数Gの中で加速度ループゲインKaの値がモータ4のイナーシャJの分母となっているため、加速度ループゲインKaの値が大きくなればなるほどJ/Kaは0に近づく。つまり、イナーシャJの値が明確でないときでも、加速度ループゲインKaの値を適当な値に設定することによって、位置応答θに対するイナーシャJの影響を少なくすることができる。また、図3の制御ブロック線図ではフィードフォワードゲインKff2=1とすれば、位置指令θrと位置応答θとの間の伝達関数Gをほぼ1にすることができ、位置応答θの位置指令θrに対する遅れを解消することができる。
【0022】
図4は、Kp=25[1/s]、Kv=200[1/s]、Ka=10、Kff1=1[1/s]、Kff2=1[1/s]としたときの本実施形態の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。
【0023】
図4には、位置指令θrおよび位置応答θの微分dθ/dt、dθ/dtの変動の様子が示されている。図4のdθr/dtは、図10のdθr/dtと同じ波形となっている。また、図4では、加減速時間、定常速度、所定の時間、位置ループゲインKp、速度ループゲインKv、イナーシャJの値も図10での値と同じであるとし、加速度ループゲインKa=10、フィードフォワードゲインKff1=1、Kff2=1としている。図4(a)のBの部分を拡大した図4(b)と、図10(b)と比較した場合、速度応答dθ/dtのオーバシュート量が減っているのがわかる。
【0024】
以上述べたように、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、加速度指令とモータ4の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインKaによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御器8を備える。こうすることによって、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、位置指令θrを入力とし位置応答θを出力とする伝達関数Gの係数の中に含まれるモータ4のイナーシャJが未知であっても、伝達関数Gの中で加速度ループゲインKaがその係数中におけるモータ4のイナーシャJの分母となるため、加速度ループゲインKaの値が適当な値に設定されることによってモータ4のイナーシャJの位置応答θに対する影響を無視することができるようになる。そのため、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、良好な制御応答を得ることができる。
【0025】
また、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、モータ4のイナーシャJの値が変化しても、加速度ループゲインKaの値が適当な値に設定されることによって、モータ4のイナーシャJの位置応答θに対する影響を無視することができるようになるため、良好な制御応答を得ることができる。
【0026】
また、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、イナーシャJの値が明確であるときには、Kff2=1+J/Kaとすることによって、伝達関数G=1とすることもできる。したがって、本実施形態の位置決めサーボコントローラは、イナーシャJの値が明確であるかないかに関わらず、モータ4を最適に位置決めすることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の位置決めサーボコントローラでは、加速度指令とモータの実際の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御器を備えることによって、位置指令を入力とし位置応答を出力とする伝達関数の係数の中に含まれるモータのイナーシャが未知であっても、伝達関数の中で加速度ループゲインの値がそのモータのイナーシャの分母となる。したがって、加速度ループゲインの値が適当な値に設定されることによってモータのイナーシャの位置応答に対する影響を無視することができるようになる。そのため、本発明の位置決めサーボコントローラでは、良好な制御応答を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。
【図2】図1の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。
【図3】図2の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。
【図4】本発明の一実施形態の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。
【図5】従来の位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。
【図6】従来の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。
【図7】フィードバック制御方式とともにフィードフォワード制御方式を用いた位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。
【図8】図7の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。
【図9】図8の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。
【図10】従来の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。
【符号の説明】
1 位置制御器
2 速度制御器
3 トルクアンプ
4 モータ
5、9 微分器
6、7 フィードフォワード制御器
8 加速度制御器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a positioning servo controller for positioning a control target, and more particularly to a positioning servo controller for positioning a motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 is a control block diagram showing a configuration of a conventional positioning servo controller. As shown in FIG. 5, the conventional positioning servo controller includes a position controller 1, a speed controller 2, a torque amplifier 3, a motor 4, and a differentiator 5. This positioning servo controller controls the position θ [rad] of the motor 4 whose inertia is J [N · m · s 2 ].
[0003]
The motor 4 is provided with an encoder (not shown) so that the position θ of the motor 4 can be detected by the encoder. A position deviation between the position command θ r issued from a host device (not shown) and the position θ of the motor 4 is input to the position controller 1. The position controller 1 is a proportional controller that outputs a value obtained by multiplying the deviation by K p by the position loop gain K p [1 / s] as a speed command ω r [rad / s] to the motor 4. The differentiator 5 differentiates the position θ [rad] of the motor 4 and outputs the speed ω [rad / s] of the motor 4. The speed controller 2 inputs a speed deviation between the speed command ω r [rad / s] and the speed ω [rad / s] of the motor 4 and uses the speed loop gain K v [1 / s] to calculate the deviation K v. This is a proportional controller that outputs the multiplied value as a torque command T ref [N · m] to the motor 4. The torque amplifier 3 inputs a torque command T ref and generates a torque Tr to drive the motor 4. That is, the positioning servo controller is for to follow the position theta of the motor 4 to the position command theta r, the position theta of the motor 4, the position response to the position command theta r.
[0004]
In such a conventional positioning servo controller, a feedback control system is used in which positioning control is performed based on the fed back position response θ of the motor 4. As described above, the positioning servo controller normally has a speed loop process as a minor loop in the position loop process.
[0005]
However, in such a feedback control type positioning servo controller, the values of the position loop gain K p and the speed loop gain K v are finite values and have upper limit values. Therefore, the position response θ of the motor 4 does not completely coincide with the position command θ r, and so-called servo delay occurs.
[0006]
FIG. 6 is a graph showing the operation of a conventional positioning servo controller. 6A shows the position command θ r and the position response θ, and FIG. 6B shows the position command θ r and the differentials dθ r / dt and dθ / dt of the position response θ. ing. As shown in FIGS. 6A and 6B, dθ r / dt is obtained by accelerating the motor 4 at a constant acceleration so that the speed reaches the steady speed V [rad / s], and the steady speed V is reached for a predetermined time. The command is to decelerate at a constant acceleration after moving at. In such a case, the maximum position deviation is V / Kp [rad], and the time from when the value of dθ r / dt reaches 0 until the position response θ actually reaches the value of the position command θ r is , 1 / K p [s] and becomes longer in proportion.
[0007]
In FIG. 6, acceleration / deceleration time = 0.1 [s], steady speed V = 100 [rad / s], predetermined time = 0.2 [s], and position loop gain K p = 25 [1 / s. ], When the velocity loop gain K v = 200 [1 / s] and the inertia J = 1 [N · m · s 2 ], the commands θ r and dθ r / dt and the responses θ and dθ / dt change. It is shown. In FIG. 6, the steady-state deviation is V / K p = 100/25 = 4 [rad], and the value of the position response θ actually reaches the value of the position command θ r after dθ r / dt becomes 0. The time is 0.1 [s].
[0008]
In such a positioning servo controller, a feedforward control method may be used together with a feedback control method in order to eliminate the above-described servo delay. FIG. 7 is a control block diagram showing the configuration of a positioning servo controller that uses the feedforward control method together with the feedback control method. This positioning servo controller includes feedforward controllers 6 and 7 in addition to the components of the positioning servo controller of FIG. Feedforward controller 6 differentiates the position command theta r Enter the position command theta r, and outputs a K ff1 value multiplied by by its differential value first feedforward gain K ff1 [1 / s]. This value is the first feedforward control amount that is added to the speed command ω r [1 / s] output from the position controller 1.
[0009]
By doing so, in the positioning servo controller of FIG. 7, the speed loop process is performed based on the speed command that does not include the servo delay element generated directly from the position command θ r, so that it is more than in the case of only the feedback control. Servo delay can be eliminated. Further, the feedforward controller 7 receives and differentiates the first feedforward compensation amount output from the feedforward controller 6, and obtains a value obtained by multiplying the derivative by K ff2 by the second feedforward gain K ff2 . 2 is output as the feedforward compensation amount. This second feedforward compensation amount is added to the value output from the speed controller 2, and the added value is input to the torque amplifier 3 as the torque command Tr. In this way, the torque amplifier 3 can drive the motor 4 based on the torque command Tr that does not include a servo delay element.
[0010]
As described above, the positioning servo controller in FIG. 7 can compensate for the servo delay generated by the feedback control by performing the speed feedforward control and the torque feedforward control.
[0011]
FIG. 8 is a control block diagram in which each block of the positioning servo controller of FIG. 7 is simplified. As shown in FIG. 8, the control performance of this positioning servo controller is determined by the values of feed forward gains K ff1 and K ff2 . Therefore, in the positioning servo controller of FIG. 7, the feedforward gains Kff1 and Kff2 are set to optimum values, and the motor 4 is controlled in a state where the servo delay is minimized.
[0012]
If the feed forward gain K ff1 = 1, the control block diagram of this positioning servo controller is as shown in FIG. Further, when the feed forward gain K ff2 = J, the value of the transfer function G from the position command θ r to the position response θ is 1, and ideally there is no delay between the position command θ r and the position response θ. The servo delay of the positioning servo controller becomes zero.
[0013]
However, in reality, the physical quantity such as inertia J of the motor 4 to be controlled is often not completely grasped, and it is difficult to set the values of the feed forward gains K ff1 and K ff2 to optimum values. is there. In such a case, phenomena such as overshoot and undershoot occur when the motor 4 is positioned. For example, if K ff2 = J, the servo delay of the positioning servo controller is 0, but if the value of J is unknown, the value of the feedforward gain K ff2 cannot be set to the value of J. Therefore, overshoot or undershoot occurs in the response. FIG. 10 shows the fluctuation of the speed response dθ / dt, which is the derivative of the positioning servo controller position response θ when the value of the feedforward gain K ff2 is not optimally set. In FIG. 10, K ff2 = 0.5 = J / 2. FIG. 10B is an enlarged view of the portion A in FIG.
[0014]
As shown in FIG. 10B, an overshoot occurs in the speed response dθ / dt. In order to eliminate such overshoot, measures such as lowering the value of the feedforward gain Kff1 or providing a filter at the output of the feedforward controller 7 have been taken. There was a problem that the servo delay was caused again by such measures.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional positioning servo controller, when the physical quantity of the motor that affects the control is unknown, the value of the control parameter such as the feed forward gain cannot be set to the optimum value. There was a problem that an overshoot or undershoot occurred in the response and a good control response could not be obtained.
[0016]
An object of the present invention is to provide a positioning servo controller that can obtain a good control response even if the physical quantity of the motor is unknown.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, positioning servo controller of the present invention,
Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position to be controlled by a position loop gain and outputting the position deviation;
A speed feedforward having a speed command obtained by adding a first feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the position command by a first feedforward gain to a value output from the position control means. Control means;
Speed control means for amplifying and outputting a speed deviation between the speed command and the speed to be controlled by a speed loop gain;
A value obtained by adding a second feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the first feedforward compensation amount by a second feedforward gain to a value output from the speed control means is an acceleration command. Acceleration feed forward means to perform,
Acceleration control means for amplifying an acceleration deviation between the acceleration command and the acceleration to be controlled by an acceleration loop gain and outputting the torque command as a torque command;
A torque amplifier that drives the object to be controlled based on the torque command ;
Bei to give a,
The second feedforward gain is set to 1 .
Other positioning servo controllers of the present invention are:
Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position to be controlled by a position loop gain and outputting the position deviation;
A speed feedforward having a speed command obtained by adding a first feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the position command by a first feedforward gain to a value output from the position control means. Control means;
Speed control means for amplifying and outputting a speed deviation between the speed command and the speed to be controlled by a speed loop gain;
A value obtained by adding a second feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the first feedforward compensation amount by a second feedforward gain to a value output from the speed control means is an acceleration command. Acceleration feed forward means to perform,
An acceleration control means for amplifying an acceleration deviation between the acceleration command and the acceleration to be controlled by an acceleration loop gain and outputting it as a torque command;
A torque amplifier that drives the object to be controlled based on the torque command;
With
When the inertia value to be controlled is known, the second feedforward gain is set based on the inertia value and the acceleration loop gain.
[0018]
The positioning servo controller according to the present invention includes an acceleration control means for outputting, as a torque command, a value obtained by amplifying an acceleration deviation between an acceleration command and an acceleration to be controlled by an acceleration loop gain, thereby outputting a position command as a position response Even if the physical quantity of the controlled object included in the coefficient of the transfer function is unknown, the acceleration loop gain value in that coefficient becomes the denominator of the physical quantity of the controlled object, and the acceleration loop gain value is set appropriately. Since the influence of the value of the physical quantity to be controlled on the position response can be ignored by setting the value, a favorable control response can be obtained by setting the acceleration loop gain to an appropriate value.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a positioning servo controller according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals denote the same components.
[0020]
FIG. 1 is a control block diagram showing the configuration of the positioning servo controller of this embodiment. The positioning servo controller of the present embodiment is different from the conventional positioning servo controller of FIG. 7 in that an acceleration controller 8 and a differentiator 9 are provided. The differentiator 9 performs second-order differentiation on the position response θ of the motor 4 and outputs the acceleration of the motor 4. The acceleration controller 8 calculates an acceleration deviation between a value obtained by adding the value output from the speed controller 2 and the value output from the feedforward controller 7 and the acceleration of the motor 4 output from the differentiator 9. enter a proportional controller for outputting the torque amplifier 3 a value of acceleration deviation was K a multiplied by the acceleration loop gain K a as the torque command T r.
[0021]
A simplified version of the control block diagram of FIG. 1 is shown in FIG. In order to further simplify the control block diagram of FIG. 2, assuming that the feedforward gain K ff1 = 1, the control block diagram of FIG. 2 is simplified as the control block diagram of FIG. When the control block diagram of FIG. 3 is compared with the control block diagram of FIG. 9, the coefficient of the term of S 2 is J in the control block diagram of FIG. in the control block diagram, and it has a 1 + J / K a. Since the value of the acceleration loop gain K a in the transfer function G is a denominator of inertia J of the motor 4, the acceleration loop gain K value of a is greater the J / K a approaches zero. That is, even when the value of inertia J is not clear, by setting the value of the acceleration loop gain K a to an appropriate value, it is possible to reduce the influence of inertia J with respect to the position response theta. Further, in the control block diagram of FIG. 3, if the feedforward gain K ff2 = 1, the transfer function G between the position command θ r and the position response θ can be made substantially 1, and the position of the position response θ The delay with respect to the command θ r can be eliminated.
[0022]
In FIG. 4, K p = 25 [1 / s], K v = 200 [1 / s], K a = 10, K ff1 = 1 [1 / s], and K ff2 = 1 [1 / s]. It is a graph which shows operation | movement of the positioning servo controller of this embodiment at the time.
[0023]
FIG. 4 shows changes in the differentials dθ / dt and dθ / dt of the position command θ r and the position response θ. Dθ r / dt in FIG. 4 has the same waveform as dθ r / dt in FIG. Further, in FIG. 4, and acceleration and deceleration time, constant speed, a predetermined time, the position loop gain K p, the speed loop gain K v, and the value of inertia J is the same as the value in FIG. 10, the acceleration loop gain K a = 10, feed forward gain Kff1 = 1, Kff2 = 1. 4B, which is an enlarged view of the portion B in FIG. 4A, and FIG. 10B, it can be seen that the amount of overshoot in the speed response dθ / dt is reduced.
[0024]
As described above, the positioning servo controller of this embodiment includes the acceleration controller 8 that outputs a value obtained by amplifying the acceleration deviation between the acceleration command and the acceleration of the motor 4 by the acceleration loop gain Ka as a torque command. By doing so, in the positioning servo controller of the present embodiment, even if the inertia J of the motor 4 included in the coefficient of the transfer function G having the position command θ r as an input and the position response θ as an output is unknown, transmitting the acceleration loop gain K a in the function G is the denominator of the inertia J of the motor 4 during its coefficients, the inertia J of the acceleration loop gain K motor by the value of a is set to an appropriate value 4 The influence on the position response θ can be ignored. Therefore, the positioning servo controller of this embodiment can obtain a good control response.
[0025]
Further, in the positioning servo controller of the present embodiment, even if the value of the inertia J of the motor 4 is changed by the value of the acceleration loop gain K a is set to an appropriate value, the position response of the inertia J of the motor 4 Since the influence on θ can be ignored, a good control response can be obtained.
[0026]
Further, the positioning servo controller of the present embodiment, when the value of inertia J is clear, by the K ff2 = 1 + J / K a, can also be a transfer function G = 1. Therefore, the positioning servo controller of the present embodiment can optimally position the motor 4 regardless of whether the value of the inertia J is clear.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the positioning servo controller of the present invention includes the acceleration controller that outputs a value obtained by amplifying the acceleration deviation between the acceleration command and the actual acceleration of the motor by the acceleration loop gain as a torque command. Even if the inertia of the motor included in the coefficient of the transfer function that outputs the position response is unknown, the value of the acceleration loop gain in the transfer function becomes the denominator of the inertia of the motor. Therefore, by setting the acceleration loop gain value to an appropriate value, the influence on the position response of the inertia of the motor can be ignored. Therefore, the positioning servo controller of the present invention can obtain a good control response.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram showing a configuration of a positioning servo controller according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a simplified control block diagram of the control block diagram of FIG.
FIG. 3 is a simplified control block diagram of the control block diagram of FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing the operation of the positioning servo controller according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a control block diagram showing a configuration of a conventional positioning servo controller.
FIG. 6 is a graph showing the operation of a conventional positioning servo controller.
FIG. 7 is a control block diagram showing a configuration of a positioning servo controller that uses a feedforward control method together with a feedback control method.
FIG. 8 is a control block diagram obtained by simplifying the control block diagram of FIG. 7;
FIG. 9 is a simplified control block diagram of the control block diagram of FIG.
FIG. 10 is a graph showing the operation of a conventional positioning servo controller.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position controller 2 Speed controller 3 Torque amplifier 4 Motor 5, 9 Differentiator 6, 7 Feed forward controller 8 Acceleration controller

Claims (2)

上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、
前記位置指令を微分した値を第1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第1のフィードフォワード補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、
前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、
前記第1のフィードフォワード補償量を微分した値を第2のフィードフォワードゲインにより増幅して得られる第2のフィードフォワード補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、
前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプと
を備え
前記第2のフィードフォワードゲインが1に設定されている、
ことを特徴とする位置決めサーボコントローラ。
Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position to be controlled by a position loop gain and outputting the position deviation;
A speed feedforward having a speed command obtained by adding a first feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the position command by a first feedforward gain to a value output from the position control means. Control means;
Speed control means for amplifying and outputting a speed deviation between the speed command and the speed to be controlled by a speed loop gain;
A value obtained by adding a second feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the first feedforward compensation amount by a second feedforward gain to a value output from the speed control means is an acceleration command. Acceleration feed forward means to perform,
Acceleration control means for amplifying an acceleration deviation between the acceleration command and the acceleration to be controlled by an acceleration loop gain and outputting the torque command as a torque command;
A torque amplifier that drives the object to be controlled based on the torque command ;
Equipped with a,
The second feedforward gain is set to 1;
Positioning servo controller you wherein a.
上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position to be controlled by a position loop gain and outputting the position deviation;
前記位置指令を微分した値を第1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第1のフィードフォワード補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、Speed feedforward having a speed command obtained by adding a first feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the position command by a first feedforward gain to a value output from the position control means. Control means;
前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、Speed control means for amplifying and outputting a speed deviation between the speed command and the speed to be controlled by a speed loop gain;
前記第1のフィードフォワード補償量を微分した値を第2のフィードフォワードゲインにより増幅して得られる第2のフィードフォワード補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、A value obtained by adding a second feedforward compensation amount obtained by amplifying a value obtained by differentiating the first feedforward compensation amount by a second feedforward gain to a value output from the speed control means is an acceleration command. Acceleration feed forward means to perform,
前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、An acceleration control means for amplifying an acceleration deviation between the acceleration command and the acceleration to be controlled by an acceleration loop gain and outputting it as a torque command;
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプと、A torque amplifier that drives the controlled object based on the torque command;
を備え、With
前記制御対象のイナーシャの値が既知の場合は、前記第2のフィードフォワードゲインが前記イナーシャの値および前記加速度ループゲインに基づいて設定される、When the inertia value to be controlled is known, the second feedforward gain is set based on the inertia value and the acceleration loop gain.
ことを特徴とする位置決めサーボコントローラ。A positioning servo controller.
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