JP5297759B2 - Industrial machinery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の産業機械は、制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正して指令座標系と運動座標系との間の空間誤差を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、前記制御装置は、前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、前記位置検出部で検出された前記制御対象の位置と前記補正部の出力との差に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする。 The industrial machine of the present invention includes a moving mechanism that moves a control target, and a control device that controls the movement mechanism to cause the position of the control target to follow a position command value, and the control device includes the control target. A position detection unit that detects the position of the correction unit, a correction unit that corrects a detection position by the position detection unit to correct a spatial error between the command coordinate system and the motion coordinate system, and the correction unit that is corrected by the correction unit An industrial machine including a position control unit that controls the position of the control target based on a deviation of the detected position with respect to the position command value, wherein the control device is configured to move the moving mechanism based on the position command value. the based on the difference between the position feedforward control unit that feed-forward control, the detected position of the control target by the position detection unit and the output of the correction unit, a feed forward control of the moving mechanism Characterized in that it comprises a that correction amount feedforward controller.
従来、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、制御装置は、制御対象の位置を検出する位置検出部と、位置検出部による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の三次元位置制御システム(制御装置)では、位置検出器(位置検出部)と、位置制御器(位置制御部)とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、三次元位置制御システムは、フィードバック制御のループ外において、位置検出器による検出位置を補正するとともに、制御対象の目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して空間誤差を補正している。なお、空間誤差とは、指令座標系と、運動座標系との間の誤差である(特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a moving mechanism that moves a control object and a control device that controls the position of the control object by following the position command value by controlling the movement mechanism, the control device includes a position detection unit that detects the position of the control object, An industrial machine is known that includes a position control unit that controls the position of a control target based on a deviation from a position command value of a detection position by a position detection unit (see, for example, Patent Document 1).
The three-dimensional position control system (control device) described in Patent Literature 1 includes a position detector (position detection unit) and a position controller (position control unit), and feedback-controls the position of a control target. In addition, the 3D position control system corrects the position detected by the position detector outside the feedback control loop, and corrects the spatial error by calculating the position command value by reverse correcting the target position to be controlled. ing. The spatial error is an error between the command coordinate system and the motion coordinate system (see Patent Document 1).
しかしながら、逆補正の処理は複雑な演算を必要とするので、特許文献1に記載の三次元位置制御システムでは、近似関数を用いた簡易的な逆補正を採用している。このため、適切に空間誤差を補正することができないという問題がある。
これに対して、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができる制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献2に記載の空間誤差補正装置(制御装置)では、位置検出器と、位置制御器とを備え、制御対象の位置をフィードバック制御している。また、空間誤差補正装置は、フィードバック制御のループ内において、位置検出器による検出位置を補正する補正部を備えることで空間誤差を適切に補正している。
However, since the reverse correction process requires complicated calculation, the three-dimensional position control system described in Patent Document 1 employs simple reverse correction using an approximate function. For this reason, there is a problem that the spatial error cannot be corrected appropriately.
On the other hand, a control device that can correct a spatial error without reversely correcting the target position is known (see, for example, Patent Document 2).
The spatial error correction device (control device) described in Patent Literature 2 includes a position detector and a position controller, and feedback-controls the position of the controlled object. In addition, the spatial error correction device appropriately corrects the spatial error by including a correction unit that corrects the position detected by the position detector in the feedback control loop.
ところで、このような制御装置では、目標位置の変化速度が大きくなると、制御対象の位置が位置指令値に追従できなくなり、追従誤差が生じるという問題がある。そこで、このような制御装置には、追従誤差を抑制するために、一般的にフィードフォワード制御が用いられている。 By the way, in such a control apparatus, when the change speed of a target position becomes large, there exists a problem that the position of a control object cannot follow a position command value, and a follow-up error arises. Therefore, feed-forward control is generally used in such a control device in order to suppress a tracking error.
図2は、フィードバック制御のループ外で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置10は、図2に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部11と、位置検出部11による検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構19に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部12と、目標位置を逆補正することで位置指令値を算出して出力する簡易逆補正部13と、位置検出部11による検出位置を補正する直線補正部14、及び空間誤差補正部15と、フィードフォワード制御部16とを備える。なお、制御装置10において、フィードフォワード制御部16を除く各構成要素11〜15は、特許文献1に記載の三次元位置制御システムにおける各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example in which feedforward control is used in a control device that performs correction outside the feedback control loop.
As shown in FIG. 2, the
フィードフォワード制御部16は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部16のループ内には、フィードフォワード補償器17が設けられている。
このような構成によれば、制御装置10は、フィードフォワード制御部16を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。また、制御装置10は、フィードバック制御、及びフィードフォワード制御のループ外で空間誤差を補正しているので、空間誤差の補正に起因する追従誤差が生じることもない。
The
According to such a configuration, since the
図3は、フィードバック制御のループ内で補正をする制御装置にフィードフォワード制御を用いた場合の一例を示すブロック図である。
制御装置20は、図3に示すように、制御対象の位置を検出する位置検出部21と、位置検出部21による検出位置を補正する補正部22と、補正部22にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構29に速度指令値を出力することで制御対象の位置を制御する位置制御部23と、フィードフォワード制御部24とを備える。なお、制御装置20において、フィードフォワード制御部24を除く各構成要素21〜23は、特許文献2に記載の空間誤差補正装置における各構成要素と同様の機能を有しているので説明を省略する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example in which feedforward control is used in a control device that performs correction in a feedback control loop.
As illustrated in FIG. 3, the
フィードフォワード制御部24は、位置指令値に基づいて、制御対象の位置をフィードフォワード制御するものであり、フィードフォワード制御部24のループ内には、フィードフォワード補償器25が設けられている。
このような構成によれば、制御装置20は、フィードフォワード制御部24を備えているので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。
The
According to such a configuration, since the
しかしながら、制御装置20では、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正しているので、位置制御部23には、空間誤差の補正を含む位置指令値が入力され、フィードフォワード補償器25には、空間誤差の補正を含まない位置指令値が入力されることになる。したがって、制御装置20には、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差に加えて、補正に起因する追従誤差が生じるという問題がある。
However, since the
本発明の目的は、目標位置の変化速度、及び補正に起因する追従誤差を抑制することができる制御装置を備える産業機械を提供することにある。 The objective of this invention is providing an industrial machine provided with the control apparatus which can suppress the tracking error resulting from the change speed of a target position, and correction | amendment.
本発明の産業機械は、制御対象を移動させる移動機構と、前記移動機構を制御することで前記制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記制御対象の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部による検出位置を補正する補正部と、前記補正部にて補正された前記検出位置の前記位置指令値に対する偏差に基づいて、前記制御対象の位置を制御する位置制御部とを備える産業機械であって、前記制御装置は、前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、前記補正部による前記検出位置の補正量に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする。 The industrial machine of the present invention includes a moving mechanism that moves a control target, and a control device that controls the movement mechanism to cause the position of the control target to follow a position command value, and the control device includes the control target. A position detection unit for detecting the position of the control unit, a correction unit for correcting the detection position by the position detection unit, and a deviation of the detection position corrected by the correction unit from the position command value. An industrial machine including a position control unit that controls a position, wherein the control device feeds the moving mechanism with a position feedforward control unit based on the position command value, and the correction unit And a correction amount feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on the correction amount of the detection position.
このような構成によれば、制御装置は、位置検出部と、補正部と、位置制御部とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置は、位置フィードフォワード制御部を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置は、補正量フィードフォワード制御部を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。なお、補正部による検出位置の補正量は、例えば、補正部の入出力の差を取ることで算出することができる。 According to such a configuration, since the control device includes the position detection unit, the correction unit, and the position control unit, it is possible to correct the spatial error in the feedback control loop. Further, since the control device includes the position feedforward control unit, it is possible to suppress a follow-up error caused by the change speed of the target position. Furthermore, since the control device includes a correction amount feedforward control unit, it is possible to suppress a tracking error caused by the correction. Note that the correction amount of the detection position by the correction unit can be calculated, for example, by taking a difference between input and output of the correction unit.
本発明では、前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることが好ましい。
このような構成によれば、前述した産業機械と同様の作用効果を奏することができる。
In this invention, it is preferable that the said industrial machine is a measuring machine which uses the measuring element for measuring a to-be-measured object as the said control object.
According to such a configuration, the same operational effects as those of the industrial machine described above can be achieved.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る三次元測定機1の概略構成を示すブロック図である。
産業機械としての三次元測定機1は、図1に示すように、被測定物を測定するための測定子(制御対象)を移動させる移動機構2と、移動機構2を制御することで測定子の位置を位置指令値に追従させる制御装置3とを備える。
制御装置3は、位置検出部31と、補正部32と、位置制御部33とを備え、測定子の位置をフィードバック制御している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coordinate measuring machine 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the coordinate measuring machine 1 as an industrial machine has a moving mechanism 2 that moves a measuring element (control target) for measuring an object to be measured, and a measuring element by controlling the moving mechanism 2. And a control device 3 that causes the position of the position to follow the position command value.
The control device 3 includes a
位置検出部31は、移動機構2にて移動される測定子の位置を検出する。
補正部32は、位置検出部31による検出位置を補正する。具体的に、補正部32は、位置検出部31による検出位置を補正することで指令座標系と、運動座標系との間の誤差である空間誤差を補正する。なお、本実施形態では、三次元測定機1は、補正部32にて補正された検出位置を測定値として出力する。
位置制御部33は、補正部32にて補正された検出位置の位置指令値に対する偏差に基づいて、移動機構2に速度指令値を出力することで測定子の位置を制御する。なお、本実施形態では、測定子の目標位置を位置指令値として位置制御部33に入力する。
The
The
The
また、制御装置3は、位置フィードフォワード制御部34と、補正量フィードフォワード制御部35とを備える。
位置フィードフォワード制御部34は、位値指令値に基づいて、移動機構2をフィードフォワード制御するものであり、位置フィードフォワード制御部34のループ内には、位置FF(フィードフォワード)補償器36が設けられている。位置FF補償器36は、位値指令値に基づく速度指令値を移動機構2に出力する。
そして、位置FF補償器36にて出力される速度指令値は、位置制御部33にて出力される速度指令値に加算されて移動機構2に出力される。
The control device 3 includes a position
The position
The speed command value output by the
補正量フィードフォワード制御部35は、補正部32による検出位置の補正量に基づいて、移動機構2をフィードフォワード制御するものであり、補正量フィードフォワード制御部35のループ内には、補正量FF(フィードフォワード)補償器37が設けられている。補正量FF補償器37は、補正部32による検出位置の補正量に基づく速度指令値を移動機構2に出力する。
ここで、補正部32の入力は、補正部32にて補正をする前の位置検出部31による検出位置であり、補正部32の出力は、補正部32にて補正をした後の検出位置であるので、補正部32による検出位置の補正量は、補正部32の入出力の差を取ることで算出される。
そして、補正量FF補償器37にて出力される速度指令値は、位置制御部33にて出力される速度指令値から減算されて移動機構2に出力される。
The correction amount feedforward control unit 35 performs feedforward control of the moving mechanism 2 based on the correction amount of the detection position by the
Here, the input of the
The speed command value output from the correction
このような本実施形態によれば以下の効果がある。
(1)制御装置3は、位置検出部31と、補正部32と、位置制御部33とを備えるので、フィードバック制御のループ内で空間誤差を補正することができる。また、制御装置3は、位置フィードフォワード制御部34を備えるので、目標位置の変化速度に起因して生じる追従誤差を抑制することができる。さらに、制御装置3は、補正量フィードフォワード制御部35を備えるので、補正に起因する追従誤差を抑制することができる。
(2)制御装置3は、目標位置を逆補正することなく、空間誤差を補正することができるので、適切に空間誤差を補正することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the control device 3 includes the
(2) Since the control device 3 can correct the spatial error without reverse correcting the target position, it can appropriately correct the spatial error.
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、補正量フィードフォワード制御部35は、補正部32の入出力の差を取ることで算出される補正量に基づいて、移動機構2をフィードフォワード制御していた。これに対して、例えば、補正部による補正量が既知である場合には、補正量フィードフォワード制御部は、既知の補正量に基づいて、移動機構をフィードフォワード制御してもよい。
前記実施形態では、産業機械として三次元測定機1を例示していたが、例えば、他の測定機や、工作機械等の他の産業機械を採用してもよい。要するに、本発明は、制御対象を移動させる移動機構と、移動機構を制御することで制御対象の位置を位置指令値に追従させる制御装置とを備える産業機械に適用することができる。
[Modification of Embodiment]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the correction amount feedforward control unit 35 feedforward-controls the moving mechanism 2 based on the correction amount calculated by taking the input / output difference of the
In the said embodiment, although the three-dimensional measuring machine 1 was illustrated as an industrial machine, you may employ | adopt other industrial machines, such as another measuring machine and a machine tool, for example. In short, the present invention can be applied to an industrial machine including a moving mechanism that moves a control target and a control device that controls the position of the control target to follow the position command value by controlling the moving mechanism.
1…三次元測定機(産業機械)
2…移動機構
3…制御装置
31…位置検出部
32…補正部
33…位置制御部
34…位置フィードフォワード制御部
35…補正量フィードフォワード制御部。
1 ... CMM (industrial machine)
2 ... Moving mechanism 3 ...
Claims (2)
前記制御装置は、
前記位値指令値に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する位置フィードフォワード制御部と、
前記位置検出部で検出された前記制御対象の位置と前記補正部の出力との差に基づいて、前記移動機構をフィードフォワード制御する補正量フィードフォワード制御部とを備えることを特徴とする産業機械。 A movement mechanism that moves the control object; and a control device that controls the movement mechanism to cause the position of the control object to follow a position command value, and the control apparatus detects a position of the control object. A correction unit for correcting a detection position by the position detection unit to correct a spatial error between the command coordinate system and the motion coordinate system, and the position command value of the detection position corrected by the correction unit An industrial machine comprising a position control unit for controlling the position of the control object based on a deviation from
The controller is
A position feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on the position command value;
An industrial machine, comprising: a correction amount feedforward control unit that feedforward-controls the moving mechanism based on a difference between the position of the control target detected by the position detection unit and an output of the correction unit. .
前記産業機械は、被測定物を測定するための測定子を前記制御対象とする測定機であることを特徴とする産業機械。 The industrial machine according to claim 1,
The industrial machine is a measuring machine whose control target is a probe for measuring an object to be measured.
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