JP4471921B2 - Machine control device - Google Patents

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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

本発明は、制御対象機械を目標位置へ移動させて停止させるための機械制御装置に関し、特に、停止時の慣性力による制御対象機械の振動を抑制するようにした機械制御装置に関する。   The present invention relates to a machine control apparatus for moving a control target machine to a target position and stopping the machine, and more particularly to a machine control apparatus configured to suppress vibration of the control target machine due to inertial force at the time of stop.

移動を伴う機械装置は従来からも各種存在しているが、このうち図14で示すような長尺のアームの先端に搭載された重量物を搬送する機械を制御する機械制御装置には特有の問題がある。以下、このような問題点について説明する。
ここで、図14は従来技術の機械制御装置の構成図、図15は機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図15(a)は時間−速度線図、図15(b)は時間−位置線図である。
There are various types of mechanical devices that accompany the movement. Among them, a mechanical control device that controls a machine that transports a heavy object mounted on the end of a long arm as shown in FIG. 14 is unique. There's a problem. Hereinafter, such problems will be described.
Here, FIG. 14 is a block diagram of a prior art machine control device, FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the operation of the machine control device, FIG. 15 (a) is a time-speed diagram, and FIG. It is a time-position diagram.

図14に示す機械制御装置は、重量物1と、アーム2と、スライド移動部3と、スライドレール部4と、モータ5と、カップリング6と、送りねじ7と、位置制御装置8と、位置指令装置9とを備えている。
このうち、重量物1、アーム2、スライド移動部3、スライドレール部4、モータ5、カップリング6、及び送りねじ7は、制御対象機械として包括されるものである。
The machine control device shown in FIG. 14 includes a heavy object 1, an arm 2, a slide moving unit 3, a slide rail unit 4, a motor 5, a coupling 6, a feed screw 7, a position control device 8, And a position command device 9.
Among these, the heavy object 1, the arm 2, the slide moving part 3, the slide rail part 4, the motor 5, the coupling 6, and the feed screw 7 are included as controlled machines.

続いて、各部の動作・機能について概略説明する。
スライドレール部4は、スライド移動部3が図14の左右の移動方向にのみ移動するように拘束する。更に、スライドレール部4とスライド移動部3との接触部は低摩擦であり、スライド移動部3がスライドレール部4上を滑らかに移動できるようになされている。
また、モータ5の出力軸はカップリング6を介して送りねじ7と連結され、この送りねじ7は、スライド移動部3に取り付けられた図示しないねじ部内に螺挿されている。
Next, the operation and function of each part will be outlined.
The slide rail unit 4 restrains the slide moving unit 3 to move only in the left and right moving directions in FIG. Further, the contact portion between the slide rail portion 4 and the slide moving portion 3 has a low friction so that the slide moving portion 3 can move smoothly on the slide rail portion 4.
The output shaft of the motor 5 is connected to a feed screw 7 via a coupling 6, and this feed screw 7 is screwed into a screw portion (not shown) attached to the slide moving portion 3.

このモータ5が送りねじ7を回転駆動することにより、スライド移動部3が図14の左右方向へ移動する。モータ5には制御回路及びモータドライバを含む位置制御装置8が接続されており、この位置制御装置8は位置指令装置9から送信された位置指令値に応じて位置制御を行う。   When the motor 5 rotationally drives the feed screw 7, the slide moving unit 3 moves in the left-right direction in FIG. A position control device 8 including a control circuit and a motor driver is connected to the motor 5, and the position control device 8 performs position control according to the position command value transmitted from the position command device 9.

このような位置制御がなされるスライド移動部3には、長尺のアーム2が取り付けられており、このアーム2の先端には重量物1が取り付けられている。スライド移動部3の位置制御によりアーム2の先端の重量物1も位置制御されることとなる。   A long arm 2 is attached to the slide moving unit 3 where such position control is performed, and a heavy object 1 is attached to the tip of the arm 2. The position of the heavy object 1 at the tip of the arm 2 is also controlled by the position control of the slide moving unit 3.

続いて、このような機械制御装置における制御方法について説明する。
スライド移動部3を移動させる場合、図15(a)で示すように、時間a〜時間bでは、所定加速度でスライド移動部3の移動速度を増大させ、時間b〜時間cでは一定速度でスライド移動部3を移動させ、時間c〜時間dでは所定減速度でスライド移動部3の移動速度を低下させ、最終的には時間dで目標位置に達したスライド移動部3を移動停止させる。位置指令装置9は、スライド移動部3がこのような速度で移動するように時々刻々と変化する位置指令値U(s)を出力する。なお、U(s)はラプラス変換変数を用いる関数として表現する。
Then, the control method in such a machine control apparatus is demonstrated.
When the slide moving unit 3 is moved, as shown in FIG. 15A, the moving speed of the slide moving unit 3 is increased at a predetermined acceleration from time a to time b, and the slide is moved at a constant speed from time b to time c. The moving unit 3 is moved, the moving speed of the slide moving unit 3 is decreased at a predetermined deceleration from time c to time d, and finally the movement of the slide moving unit 3 that has reached the target position is stopped at time d. The position command device 9 outputs a position command value U (s) that changes every moment so that the slide moving unit 3 moves at such a speed. U (s) is expressed as a function using a Laplace transform variable.

このような位置指令値U(s)は、位置制御装置8へ入力される。スライド移動部3の位置をXm(s)と表し、また、位置制御装置8からモータ5、送りねじ7、スライド移動部3までを含む伝達関数をG(s)とすると、Xm(s)は次式のように表される。   Such a position command value U (s) is input to the position control device 8. When the position of the slide moving unit 3 is expressed as Xm (s), and the transfer function including the position control device 8 to the motor 5, the feed screw 7 and the slide moving unit 3 is G (s), Xm (s) is It is expressed as:

Figure 0004471921
Figure 0004471921

このような機械制御装置では、スライド移動部3は、位置指令値U(s)に応じて図18(a)で示したような移動速度で移動して時間dで移動が停止することとなり、重量物1が所定の目標位置に搬送されることとなる。
従来技術の制御対象機械は、位置制御装置8によって上記のように制御される。
In such a machine control device, the slide moving unit 3 moves at a moving speed as shown in FIG. 18A according to the position command value U (s) and stops moving at time d. The heavy object 1 is conveyed to a predetermined target position.
The machine to be controlled according to the prior art is controlled by the position control device 8 as described above.

このような機械制御装置では、位置制御装置8及び制御対象機械の伝達関数G(s)を最適に設計することで目標位置へスライド移動部3を正確に移動させる制御を実現可能であるが、スライド移動部3に取り付けられたアーム2はたわみが生じた状態で移動し、スライド移動部3が目標位置で停止した場合でも、アーム2の先端にある重量物1は自らの慣性力によりアーム2をたわませて指令位置より先に進み、スライド移動部3が目標位置で停止した後も、即座に停止せずに振動する場合がある。このため、アーム2の先端に取り付けられた重量物1の位置を制御することは従来では難しかった。   In such a machine control device, it is possible to realize control for accurately moving the slide moving unit 3 to the target position by optimally designing the transfer function G (s) of the position control device 8 and the machine to be controlled. The arm 2 attached to the slide moving unit 3 moves in a state in which the deflection occurs, and even when the slide moving unit 3 stops at the target position, the heavy object 1 at the tip of the arm 2 is arm 2 by its own inertial force. Even after the slide moving unit 3 stops at the target position, it may vibrate without stopping immediately. For this reason, it has been difficult in the past to control the position of the heavy object 1 attached to the tip of the arm 2.

具体的には、図15(a)で示すように、所定減速度で減速させて最終的に時間dで目標位置で停止させるようにスライド移動部3を制御すると、スライド移動部3は図15(b)の斜め方向に降りる実線で示すように指令位置で停止するにも拘わらず、重量物1は図15(b)の斜め方向に降りる点線で示すように目標位置を中心とした振動を生じてしまう。このような重量物1の位置であるXw(s)は、スライド移動部3の位置であるXm(s)を用いて伝達関数として表示すると次式のようになる。   Specifically, as shown in FIG. 15A, when the slide moving unit 3 is controlled to decelerate at a predetermined deceleration and finally stop at the target position at time d, the slide moving unit 3 is Despite stopping at the command position as shown by the solid line descending in the oblique direction of (b), the heavy article 1 vibrates around the target position as shown by the dotted line descending in the oblique direction of FIG. It will occur. Xw (s) that is the position of the heavy object 1 is expressed as the following expression when displayed as a transfer function using Xm (s) that is the position of the slide moving unit 3.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

ここで、Ksはアーム2のバネ定数であり、Wは重量物1の質量である。
以上の数式1,2をまとめて、機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。
Here, Ks is the spring constant of the arm 2, and W is the mass of the heavy object 1.
When the above formulas 1 and 2 are put together to represent the overall system of the machine control device, the following formula is obtained.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

この重量物1の移動に関する伝達関数は、ラプラス平面上で以下に示すような極を有している。   The transfer function related to the movement of the heavy object 1 has the following poles on the Laplace plane.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

伝達関数が数式4のような極を有する場合、重量物1の位置は正弦波状の振動波形で移動することが知られ、次式で示すような周波数で振動する。   When the transfer function has a pole as shown in Equation 4, it is known that the position of the heavy object 1 moves with a sinusoidal vibration waveform, and vibrates at a frequency represented by the following equation.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

このように、重量物1は図15(b)の点線で示すように目標位置に到達した後も振動し、すぐには整定しない。
従って、スライド移動部3が目標位置で停止したときに、スライド移動部3の元位置は指令通りに停止するが、アーム2の先端位置にある重量物1は、目標位置を中心とした振動を生じてしまうという問題があった。つまり、重量物1が直ちに停止しないため、停止するまでの時間が損失時間となっていた。
Thus, the heavy article 1 vibrates after reaching the target position as shown by the dotted line in FIG. 15B, and does not settle immediately.
Therefore, when the slide moving unit 3 stops at the target position, the original position of the slide moving unit 3 stops as instructed, but the heavy object 1 at the tip end of the arm 2 vibrates around the target position. There was a problem that it would occur. That is, since the heavy object 1 does not stop immediately, the time until it stops is a loss time.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、先端に重量物が取り付けられた長尺のアームを移動させて目標位置に停止させるような場合に、停止時の振動を抑制することができる機械制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to vibrate when stopping when a long arm with a heavy object attached to the tip is moved to stop at a target position. An object of the present invention is to provide a machine control device that can suppress the above-described problem.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、振動要素としての重量物が取り付けられたアームを直線加減速により目標位置へ移動させて停止させる際の前記重量物の振動を抑制するための機械制御装置において、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値の2階微分値を得る微分手段と、
前記微分手段から出力された2階微分値と、前記重量物の質量を前記アームのバネ定数により除したゲイン定数と、を乗算した値を補正量として出力するゲイン手段と、
前記ゲイン手段から出力された前記補正量と前記位置指令値とを加算して補償位置指令値を出力する加算手段と、
前記加算手段から出力された補償位置指令値が入力される位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により前記アームを目標位置へ移動するように制御される制御対象機械と、を備えたものである。
In order to solve the above problem, the invention described in claim 1 suppresses vibration of the heavy object when the arm attached with the heavy object as a vibration element is moved to a target position by linear acceleration / deceleration and stopped. Machine control device for
A position command device for outputting a position command value ;
Differentiating means for obtaining a second order differential value of the position command value;
Gain means for outputting a value obtained by multiplying the second-order differential value output from the differentiating means by a gain constant obtained by dividing the mass of the heavy object by the spring constant of the arm, as a correction amount;
Adding means for adding the correction amount output from the gain means and the position command value to output a compensated position command value;
A position control device to which a compensated position command value output from the adding means is input;
And a controlled object machine that is controlled to move the arm to a target position under the control of the position control device .

請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した機械制御装置において、前記2階微分値が、一定値から緩やかに増加または減少する特性を有するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the machine control device according to the first aspect, the second-order differential value has a characteristic of gradually increasing or decreasing from a constant value .

本発明によれば、先端に重量物が取り付けられた長尺のアームを移動させるように剛性の弱い機械を移動させる場合でも、振動を伴うことなく短時間で目標位置に停止させることが可能な機械制御装置を提供することができる。   According to the present invention, even when a machine having low rigidity is moved so as to move a long arm with a heavy object attached to the tip, it can be stopped at a target position in a short time without vibration. A machine control device can be provided.

以下、本発明の機械制御装置の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態の構成図であり、請求項1に記載した発明の実施形態に相当する。図2は、微分手段、ゲイン手段、加算手段からなる補償要素の説明図である。図3は機械制御装置の動作を説明する説明図であって、図3(a)は時間−速度線図、図3(b)は時間−位置線図である。
また、図4は、スライド移動部の動作を説明する説明図であって、図4(a)は時間−速度線図、図4(b)は時間−加速度線図である。図5は、スライド移動部の動作を説明する説明図であって、図5(a)は時間−速度線図、図5(b)は時間−加速度線図である。
Hereinafter, embodiments of the machine control device of the present invention will be described.
Figure 1 is a block diagram of implementation of the invention, corresponding to the embodiment of the invention described in claim 1. Figure 2 is a finely divided means, gain means is an explanatory view of a compensating element consisting of adding means. 3A and 3B are explanatory diagrams for explaining the operation of the machine control device. FIG. 3A is a time-speed diagram, and FIG. 3B is a time-position diagram.
4A and 4B are explanatory diagrams for explaining the operation of the slide moving unit. FIG. 4A is a time-speed diagram, and FIG. 4B is a time-acceleration diagram. 5A and 5B are explanatory diagrams for explaining the operation of the slide moving unit, in which FIG. 5A is a time-speed diagram, and FIG. 5B is a time-acceleration diagram.

の実施形態に係る機械制御装置は、図1に示すように、基本的には従来技術の構成要素である重量物1と、アーム2と、スライド移動部3と、スライドレール部4と、モータ5と、カップリング6と、送りねじ7と、位置制御装置8と、位置指令装置9とを備えている。
また、これらのうち、重量物1、アーム2、スライド移動部3、スライドレール部4、モータ5、カップリング6、及び送りねじ7は、制御対象機械として包括される点も従来技術と同様である。
更にまた、この機械制御装置でも、長尺のアーム2の先端に重量物1が搭載されており、スライド移動部3に取り付けられたアーム2の移動によってたわみが生じる点も従来と同様である。
The machine control device according to the implementation form of this, as shown in FIG. 1, is basically a heavy 1 which is a component of the prior art, an arm 2, the sliding movement portion 3, the slide rail section 4 , Motor 5, coupling 6, feed screw 7, position control device 8, and position command device 9.
Of these, the heavy object 1, the arm 2, the slide moving part 3, the slide rail part 4, the motor 5, the coupling 6, and the feed screw 7 are also included as controlled machines in the same manner as the prior art. is there.
Further, in this machine control device, the heavy object 1 is mounted at the tip of the long arm 2 and the deflection is caused by the movement of the arm 2 attached to the slide moving unit 3 as in the conventional case.

本実施形態では、これらに加えて、位置制御装置8と位置指令装置9との間に補償要素10が設けられている点が新規な点である。
これら重量物1から位置指令装置9までの機能等は従来技術で説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下では補償要素10について説明する。
新たに加えられた補償要素10は、図2に示すように、微分手段10aとゲイン手段10bと加算手段10cを備えている。
In this embodiment, in addition to these, a compensation element 10 is provided between the position control device 8 and the position command device 9 as a novel point.
Since the functions and the like from these heavy objects 1 to the position command device 9 are the same as those described in the prior art, description thereof will be omitted, and the compensation element 10 will be described below.
As shown in FIG. 2, the newly added compensation element 10 includes a differentiating means 10a, a gain means 10b, and an adding means 10c.

微分手段10aは、位置指令値U(s)に対して2階微分を施し、2階微分値s・U(s)を出力するための手段である。
ゲイン手段10bは、微分手段10aから出力された2階微分値s・U(s)に対してゲイン定数Kを乗算して、補正量K・s・U(s)を出力するための手段である。
The differentiating means 10a is a means for performing second order differentiation on the position command value U (s) and outputting a second order differential value s 2 · U (s).
The gain unit 10b multiplies the second-order differential value s 2 · U (s) output from the differentiation unit 10a by a gain constant K, and outputs a correction amount K · s 2 · U (s). Means.

加算手段10cは、上記ゲイン手段10bから出力された補正量K・U(s)・sと位置指令値U(s)とを加算して補償位置指令値U(s)+K・U(s)・sを出力するための手段である。
この補償要素10が出力する補償位置指令値は、(1+K・s)・U(s)となる。このゲイン定数KをK=W/Ksとすると、以下の式で表される補償位置指令値U’(s)が出力される。
The adding means 10c adds the correction amount K · U (s) · s 2 and the position command value U (s) output from the gain means 10b to compensate the position command value U (s) + K · U (s ) · Means for outputting s 2 .
The compensation position command value output by the compensation element 10 is (1 + K · s 2 ) · U (s). When the gain constant K is K = W / Ks, a compensation position command value U ′ (s) expressed by the following equation is output.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

続いて、このような補償位置指令値を用いる機械制御装置の制御について説明する。
スライド移動部3を移動させる場合、図3(a)で示すように、時間a〜時間bでは、所定加速度でスライド移動部3の移動速度を増大させ、時間b〜時間cでは一定速度でスライド移動部3を移動させ、時間c〜時間dでは所定減速度でスライド移動部3の移動速度を低下させ、最終的に時間dで所定の目標位置でスライド移動部3を移動停止させる。この点は従来技術と同じである。
Subsequently, control of the machine control device using such a compensated position command value will be described.
When the slide moving unit 3 is moved, as shown in FIG. 3A, the moving speed of the slide moving unit 3 is increased at a predetermined acceleration from time a to time b, and the slide is moved at a constant speed from time b to time c. The moving unit 3 is moved, the moving speed of the slide moving unit 3 is decreased at a predetermined deceleration from time c to time d, and finally the slide moving unit 3 is stopped at a predetermined target position at time d. This is the same as the prior art.

位置指令装置9は、スライド移動部3がこのような速度となるように時々刻々と変化する位置指令値U(s)を出力する。
この位置指令値U(s)は、補償要素10へ入力されて補償位置指令値U’(s)に変換され、位置制御装置8へ入力される。スライド移動部3の位置をXm(s)と表し、また、位置制御装置8からモータ5、送りねじ7、スライド移動部3までを含む伝達関数をG(s)とすると、Xm(s)は次式のように表される。
The position command device 9 outputs a position command value U (s) that changes from moment to moment so that the slide moving unit 3 has such a speed.
This position command value U (s) is input to the compensation element 10, converted to a compensated position command value U ′ (s), and input to the position control device 8. When the position of the slide moving unit 3 is expressed as Xm (s), and the transfer function including the position control device 8 to the motor 5, the feed screw 7 and the slide moving unit 3 is G (s), Xm (s) is It is expressed as:

Figure 0004471921
Figure 0004471921

更に、アーム2のたわみを考慮した重量物1の位置Xw(s)は、スライド移動部3の位置をXm(s)を用いた伝達関数として表示すると、次式のようになる。   Further, the position Xw (s) of the heavy object 1 considering the deflection of the arm 2 is represented by the following expression when the position of the slide moving unit 3 is displayed as a transfer function using Xm (s).

Figure 0004471921
Figure 0004471921

これらの数式からXm(s)、U’(s)を消去して、機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。   When Xm (s) and U '(s) are deleted from these mathematical expressions to represent the entire system of the machine control device, the following expression is obtained.

Figure 0004471921
Figure 0004471921

上述した補償要素10により、分母部分にあったWs+Ksを消去する極零相殺を行って、振動要素をなくしている。従って、図3(b)に示すように、スライド移動部3の元位置(実線にて示す)及び重量物1の位置(点線にて示す)は、振動することなく目標位置で停止し、整定する。このように、スライド移動部3の元位置と共にアーム2の先端位置にある重量物1は振動することなく停止するため、従来の損失時間を無くし、高速な制御を実現することができるようになる。 The compensation element 10 described above performs pole-zero cancellation that eliminates Ws 2 + Ks in the denominator portion, thereby eliminating the vibration element. Therefore, as shown in FIG. 3B, the original position (indicated by the solid line) of the slide moving unit 3 and the position of the heavy object 1 (indicated by the dotted line) are stopped at the target position without vibration and settling. To do. As described above, since the heavy object 1 at the tip position of the arm 2 together with the original position of the slide moving unit 3 stops without vibrating, the conventional loss time can be eliminated and high-speed control can be realized. .

なお、本実施形態では、位置指令装置9と位置制御装置8との間に補償要素10を配置しているが、最終的に、補償位置指令値U’(s)を得ることができれば良いことから、補償要素10と一体となった位置指令装置9としたり、あるいは、補償要素10と一体となった位置制御装置8としてもよい。これらは、追加された補償要素10をどちらに帰属させるかという問題であり、実質上の差異はない。   In the present embodiment, the compensation element 10 is arranged between the position command device 9 and the position control device 8, but it is only necessary that the compensated position command value U ′ (s) can be finally obtained. Therefore, the position command device 9 integrated with the compensation element 10 may be used, or the position control device 8 integrated with the compensation element 10 may be used. These are the problems to which the added compensation element 10 belongs, and there is no substantial difference.

さて、以上説明した補償要素10を用いて補償を行う場合、スライド移動部3の移動速度は、図4(a)で示すように直線加減速特性を有する、つまり、位置指令値の微分値が一定期間は直線的に変化する特性となる。この場合、スライド移動部3の加速度、つまり位置指令値の2階微分値は、図4(b)で示すように、時間a,b,c,dで不連続変化することとなる。これは、アーム2の元位置であるスライド移動部3を急激に停止させる必要があることを示しているが、実際にはモータ5が送りねじ7へ与える回転トルクが不足し、このような停止が困難になる場合がある。   When compensation is performed using the compensation element 10 described above, the moving speed of the slide moving unit 3 has a linear acceleration / deceleration characteristic as shown in FIG. 4A, that is, the differential value of the position command value is The characteristic changes linearly for a certain period. In this case, the acceleration of the slide moving unit 3, that is, the second-order differential value of the position command value, changes discontinuously at times a, b, c, and d as shown in FIG. This indicates that the slide moving unit 3 that is the original position of the arm 2 needs to be suddenly stopped. However, the rotational torque that the motor 5 applies to the feed screw 7 is actually insufficient, and such a stop is caused. May be difficult.

そこで、補償要素10を用いて補償を行う場合、図5(a)に示すように、スライド移動部3の移動速度が変化する前後でほぼS字形になるような加減速特性、つまり、位置指令値の微分値が一定値から緩やかに増加または減少するように配慮した。この場合、スライド移動部3の加速度、つまり位置指令値の2階微分値は、図5(b)で示すように、漸増または漸減しつつ変化することとなる。   Therefore, when the compensation is performed using the compensation element 10, as shown in FIG. 5A, the acceleration / deceleration characteristics such as a substantially S-shape before and after the movement speed of the slide moving unit 3 changes, that is, the position command Consideration was made so that the differential value of the value gradually increases or decreases from a constant value. In this case, the acceleration of the slide moving unit 3, that is, the second-order differential value of the position command value, changes as it gradually increases or decreases as shown in FIG.

従って、アーム2の元位置であるスライド移動部3に加わる加速度も連続して漸増または漸減するため、このときにモータ5が送りねじ7へ与える回転トルクが不足するという事態はなくなり、モータ5に過度な負担が加わるという事態が回避される。
上記の点は請求項の発明に相当するものである
Accordingly, since the acceleration applied to the slide moving unit 3 that is the original position of the arm 2 also gradually increases or decreases continuously, there is no situation where the rotational torque that the motor 5 applies to the feed screw 7 at this time is insufficient. The situation where an excessive burden is added is avoided.
The above point corresponds to the invention of claim 2 .

以上説明した機械制御装置では、振動系が持つラプラス平面上の極に対して、同じ点に零点特性を追加して極零相殺させることで、機械振動を防止するという理論に基づくものであるが、このような効果が実際に得られるか否かを検証する実験を行ったところ、機械振動を防止できる効果が確認されている。   The machine control device described above is based on the theory of preventing machine vibration by adding a zero point characteristic to the same point and canceling the pole to zero with respect to the pole on the Laplace plane of the vibration system. When an experiment for verifying whether or not such an effect is actually obtained is performed, an effect capable of preventing mechanical vibration has been confirmed.

なお、本実施形態では、説明の具体化のため、送りねじとスライドレール装置とを用いる制御対象機械について説明した。しかしながら、制御対象機械はこのような機械に限定する趣旨ではなく、例えば、回転駆動用のモータにボールねじを連結したスライドレール装置を移動させ、アーム先端の重量物を移動させる制御対象機械、同様に回転駆動用モータとベルトを用いる制御対象機械、ラック・ピニオンを用いる制御対象機械、リニアモータを用いる制御対象機械などに適用することができる。これらは、数式9のG(s)に包含される個所であり、これらの機構が変化しても、G(s)が変化するのみであって極零相殺させる点では変わりなく、本発明の効果を奏しうる。   In addition, in this embodiment, the control object machine using a feed screw and a slide rail apparatus was demonstrated for the specific description. However, the machine to be controlled is not limited to such a machine. For example, the machine to be controlled is similar to a machine to be controlled that moves a slide rail device in which a ball screw is connected to a motor for rotation driving and moves a heavy object at the end of the arm. Further, the present invention can be applied to a control target machine using a rotational drive motor and a belt, a control target machine using a rack and pinion, a control target machine using a linear motor, and the like. These are locations included in G (s) of Equation 9, and even if these mechanisms change, only G (s) changes and there is no change in the point of canceling pole-zero. Can have an effect.

次に、図6は本発明の実施形態の機能ブロック図である。図6と図1との対応関係について述べると、図1における位置指令装置9、補償要素10及び位置制御装置8が図6におけるブロック21〜29,31に相当し、図1のモータ5が図6のモータ30に相当すると共に、図1のカップリング6以降の機械系が図6の対象機械50に相当する。
Next, FIG. 6 is a functional block diagram of the implementation of the invention. The correspondence between FIG. 6 and FIG. 1 will be described. The position command device 9, the compensation element 10, and the position control device 8 in FIG. 1 correspond to the blocks 21 to 29, 31 in FIG. 6, and the motor 5 in FIG. 6 and the mechanical system after the coupling 6 in FIG. 1 corresponds to the target machine 50 in FIG.

図6において、位置指令ブロック21は位置指令値を出力するブロック、補正ブロック22は位置指令値から生成した2階微分値(加速度指令値)に基づいて補正量を生成するブロックである。
この補正ブロック22は、図2の微分手段10aに相当する加速度検出手段23と、機械振動周波数などに基づいて設定された図2のゲインKに相するパラメータ24と、図2のゲイン手段(乗算手段)10bに相当する補正項演算手段25とから構成されており、補正ブロック22から出力される補正量は、図2の加算手段10cに相当する加算器26において前記位置指令ブロック21からの位置指令値に加算される。
In FIG. 6, a position command block 21 is a block that outputs a position command value, and a correction block 22 is a block that generates a correction amount based on a second-order differential value (acceleration command value) generated from the position command value.
The correction block 22, the acceleration detecting means 23 corresponding to the differentiator 10a of FIG. 2, a parameter 24 phase to those on the gain K of Figure 2 that is set based like mechanical vibration frequency, in FIG gain means ( A correction term calculation means 25 corresponding to the multiplication means 10b, and the correction amount output from the correction block 22 is output from the position command block 21 in the adder 26 corresponding to the addition means 10c in FIG. It is added to the position command value.

図6の加算器26からは補償位置指令値が出力され、この補償位置指令値は位置調節器27に入力される。位置調節器27では、モータ30に取り付けられたモータエンコーダ31からの位置検出値が補償位置指令値に一致するように調節動作が行われ、その出力が速度指令値として速度調節器28に送られる。速度調節器28では、モータエンコーダ31からの速度検出値が速度指令値に一致するように調節動作が行われ、その出力がトルク指令値としてトルク調節器29に送られる。
トルク調節器29ではトルク指令値に従ってモータ30を駆動し、対象機械50のスライド移動部3を所定位置に移動させて停止させるような制御が実行される。
The adder 26 in FIG. 6 outputs a compensated position command value, and this compensated position command value is input to the position adjuster 27. The position adjuster 27 performs an adjustment operation so that the position detection value from the motor encoder 31 attached to the motor 30 matches the compensated position command value, and the output is sent to the speed adjuster 28 as a speed command value. . The speed adjuster 28 performs an adjustment operation so that the speed detection value from the motor encoder 31 matches the speed command value, and the output is sent to the torque adjuster 29 as a torque command value.
In the torque adjuster 29, control is performed such that the motor 30 is driven according to the torque command value, and the slide moving unit 3 of the target machine 50 is moved to a predetermined position and stopped.

なお、上記実施形態では、位置指令値の2階微分値に所定のゲインを乗じて補正量を求め、この補正量を元の位置指令値に加算して補償を行っている。つまり、位置指令値の1階微分値(速度指令値)が図7(a)のとおりであるとすれば、図7(b)に示す位置指令値の2階微分値(加速度指令値)を元の位置指令値に加算して補正している。従って、この補正後の位置指令値の微分値、すなわち補正後の速度指令値は図7(c)のようになる。
言い換えれば、図8(a)に示す速度指令値に対して、その2階微分値に所定のゲインを乗じた図8(b)の加加速度指令値を補正量として加算すれば、図8(c)のような補正後の速度指令値が得られるため、図7に示した位置指令値に対する補正と同等の作用を得ることができる。
In the above you facilities embodiment obtains the correction amount is multiplied by a prescribed gain to second derivative value of the position command value, is carried out a compensation by adding the correction amount to the original position command value. That is, if the first-order differential value (speed command value) of the position command value is as shown in FIG. 7A, the second-order differential value (acceleration command value) of the position command value shown in FIG. It is corrected by adding to the original position command value. Accordingly, the differential value of the corrected position command value, that is, the corrected speed command value is as shown in FIG.
In other words, if the jerk command value shown in FIG. 8B obtained by multiplying the second-order differential value by a predetermined gain is added as a correction amount to the speed command value shown in FIG. Since the corrected speed command value as shown in c) is obtained, an operation equivalent to the correction for the position command value shown in FIG. 7 can be obtained.

本発明の第1参考形態は上記の点に着目したものであり、図9にその制御ブロック図を示す。なお、図6と同一の構成要素には同一の符号を付してある
図9において、補正ブロック32には位置指令値が入力されており、その3階微分値を演算して加加速度指令値を求め、これに所定のゲインを乗じて補正量を算出する。そして、この補正量を加算器26において位置調節器27の出力である速度指令値に加算することにより、速度指令値を補正する。この補正後の速度指令値は速度調節器28に入力され、以後は図6と同様の動作となる。
The first reference embodiment of the present invention focuses on the above points, and FIG. 9 shows a control block diagram thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as FIG .
In FIG. 9, a position command value is input to the correction block 32, and a third acceleration value is calculated to obtain a jerk command value, which is multiplied by a predetermined gain to calculate a correction amount. Then, the speed command value is corrected by adding the correction amount to the speed command value output from the position adjuster 27 in the adder 26. The corrected speed command value is input to the speed adjuster 28, and thereafter the operation is the same as in FIG.

図10は、本発明の第2参考形態を示す制御ブロック図である
この参考形態では、補正ブロック33が位置指令値を4階微分し、その4階微分値に所定のゲインを乗じて補正量を算出している。そして、この補正量を加算器26において速度調節器28の出力であるトルク指令値に加算することにより、トルク指令値を補正する。この補正後のトルク指令値はトルク調節器29に入力され、以後は図6の同様の動作となる。
なお、図示されていないが、前記補正量を推力指令値に加算してその加算結果に基づいて位置制御しても良い。
FIG. 10 is a control block diagram showing a second reference embodiment of the present invention .
In this reference form, the correction block 33 performs fourth-order differentiation of the position command value, and calculates the correction amount by multiplying the fourth-order differential value by a predetermined gain. Then, the torque command value is corrected by adding this correction amount to the torque command value that is the output of the speed adjuster 28 in the adder 26. The corrected torque command value is input to the torque adjuster 29, and thereafter the same operation as in FIG. 6 is performed.
Although not shown, the correction amount may be added to the thrust command value, and the position may be controlled based on the addition result.

上述した各形態では、補正量の演算において完全微分演算を行い、例えば図2、図6の例では補正量をKsとして求めることとしたが、この補正量はKs/(1+sT)やKs/(1+sT+s)のような不完全微分形式によって求めても良い。
また、補正量は必ずしも関数にする必要はなく、図11に前記実施形態に関して示すように、元の指令値の変化を検出し、予めテーブルパターンとして用意しておいた値を変化のタイミングに従って補正量として出力させても良い。
Each form state described above, perform a full differential operation in the calculation of the correction amount, for example 2, it is assumed that obtain the correction amount as Ks 2 in the example of FIG. 6, the correction amount Ks 2 / (1 + sT) Ya ks 2 / (1 + sT 1 + s 2 T 2) may be obtained by incomplete differential form, such as.
The correction amount is not necessarily a function, as shown with respect to the embodiment in FIG. 11, detects a change in the original command value, the correction according to the timing of changing the value which has been prepared as a table pattern It may be output as a quantity.

以上を纏めると、各実施形態について、補正量を生成するための元の指令値(補正元)、補正量を加算する対象となる指令値(補正対象)、補正量の関数例、及び代表的な補正パターン例(図12参照)の関係は、図13のようになる。   Summarizing the above, for each embodiment, the original command value (correction source) for generating the correction amount, the command value (correction target) to which the correction amount is added, a function example of the correction amount, and a representative example The relationship between various correction pattern examples (see FIG. 12) is as shown in FIG.

本発明の実施形態の構成図である。It is a block diagram of implementation of the invention. 補償要素の説明図である。It is explanatory drawing of a compensation element. 機械制御装置の動作を説明する説明図であって、図3(a)は時間−速度線図、図3(b)は時間−位置線図である。It is explanatory drawing explaining operation | movement of a machine control apparatus, Comprising: Fig.3 (a) is a time-speed diagram, FIG.3 (b) is a time-position diagram. スライド移動部の動作を説明する説明図であって、図4(a)は時間−速度線図、図4(b)は時間−加速度線図である。4A and 4B are explanatory diagrams for explaining the operation of the slide moving unit, in which FIG. 4A is a time-speed diagram, and FIG. 4B is a time-acceleration diagram. スライド移動部の動作を説明する説明図であって、図5(a)は時間−速度線図、図5(b)は時間−加速度線図である。It is explanatory drawing explaining operation | movement of a slide moving part, Comprising: Fig.5 (a) is a time-speed diagram, FIG.5 (b) is a time-acceleration diagram. 本発明の実施形態の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an embodiment of the present invention . 本発明の実施形態における位置指令値の補正原理を示す図である。It is a figure which shows the correction principle of the position command value in embodiment of this invention . 本発明の第1参考形態における速度指令値の補正原理を示す図である。It is a figure which shows the correction | amendment principle of the speed command value in the 1st reference form of this invention . 本発明の第1参考形態の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the 1st reference form of the present invention . 本発明の第2参考形態の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the 2nd reference form of the present invention . 本発明の実施形態においてテーブルパターンに基づき補正量を生成する場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of producing | generating a correction amount based on a table pattern in embodiment of this invention . 各形態における補正パターンの説明図である。It is an explanatory view of a correction pattern in the form state. 各形態の補正元、補正対象、関数例、補正パターン例を示す図である。 Each Model state correction source, corrected, example function is a diagram showing a correction pattern example. 従来技術の機械制御装置の構成図である。It is a block diagram of the machine control apparatus of a prior art. 機械制御装置の動作を説明する図であり、図15(a)は時間−速度線図、図15(b)は時間−位置線図である。It is a figure explaining operation | movement of a machine control apparatus, Fig.15 (a) is a time-speed diagram, FIG.15 (b) is a time-position diagram.

符号の説明Explanation of symbols

1 重量物
2 アーム
3 スライド移動部
4 スライドレール部
5 モータ
6 カップリング
7 送りねじ
8 位置制御装置
9 位置指令装置
10 補償要素
10a 微分手段
10b ゲイン手段
10c 加算手段
21 位置指令ブロック
22,32,33 補正ブロック
23 加速度検出手段
24 パラメータ
25 補正項演算手段
26 加算器
27 位置調節器
28 速度調節器
29 トルク調節器
30 モータ
31 モータエンコーダ
50 対象機械
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heavy object 2 Arm 3 Slide moving part 4 Slide rail part 5 Motor 6 Coupling 7 Feed screw 8 Position control device 9 Position command device 10 Compensation element 10a Differentiation means 10b Gain means 10c Addition means 21 Position command blocks 22, 32, 33 Correction block 23 Acceleration detection means 24 Parameter 25 Correction term calculation means 26 Adder 27 Position adjuster 28 Speed adjuster 29 Torque adjuster 30 Motor 31 Motor encoder 50 Target machine

Claims (2)

振動要素としての重量物が取り付けられたアームを直線加減速により目標位置へ移動させて停止させる際の前記重量物の振動を抑制するための機械制御装置において、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値の2階微分値を得る微分手段と、
前記微分手段から出力された2階微分値と、前記重量物の質量を前記アームのバネ定数により除したゲイン定数と、を乗算した値を補正量として出力するゲイン手段と、
前記ゲイン手段から出力された前記補正量と前記位置指令値とを加算して補償位置指令値を出力する加算手段と、
前記加算手段から出力された補償位置指令値が入力される位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により前記アームを目標位置へ移動するように制御される制御対象機械と、
を備えたことを特徴とする機械制御装置。
In the machine control device for suppressing vibration of the heavy object when the arm attached with the heavy object as the vibration element is moved to the target position by linear acceleration / deceleration and stopped,
A position command device for outputting a position command value ;
Differentiating means for obtaining a second order differential value of the position command value;
Gain means for outputting a value obtained by multiplying the second-order differential value output from the differentiating means by a gain constant obtained by dividing the mass of the heavy object by the spring constant of the arm, as a correction amount;
Adding means for adding the correction amount output from the gain means and the position command value to output a compensated position command value;
A position control device to which a compensated position command value output from the adding means is input;
A controlled object machine controlled to move the arm to a target position under the control of the position control device ;
A machine control device comprising:
請求項1に記載した機械制御装置において、
前記2階微分値が、一定値から緩やかに増加または減少する特性を有することを特徴とする機械制御装置。
The machine control device according to claim 1,
The machine control device characterized in that the second-order differential value has a characteristic of gradually increasing or decreasing from a constant value .
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