JP5515644B2

JP5515644B2 - 位置制御装置

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Publication number: JP5515644B2
Application number: JP2009253115A
Authority: JP
Inventors: 宏一田島; 貴之金子
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: JP2011100203A

Description

この発明は、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位置制御装置に関し、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位置制御装置に関する。

図１９は、この種の制御対象機械の模式的概念構成図である。

この対象機械１０には、重量物１１と、アーム１２と、スライド移動部１３と、スライドレール部１４と、送りねじ１５と、カップリング１６と、モータ１７と、モータエンコーダ１８と、位置制御装置２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０のうちの何れか１台とを備えている。このうち、重量物１１，アーム１２，スライド移動部１３，スライドレール部１４，送りねじ１５，カップリング１６は、制御対象機械として包括されるものである。

図１９において、スライドレール部１４は、スライド移動部１３が図示の左右の移動方向のみ移動するように拘束する。さらに、スライドレール部１４とスライド移動部１３の接触部は低摩擦であり、スライド移動部１３がスライドレール部１４上を滑らかに移動できるようにされている。また、モータ１７の出力軸はカップリング１６を介して送りねじ１５と連結され、この送りねじ１５はスライド移動部１３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。

すなわち、前記何れかの位置制御装置からの位置指令値に従った位置決め制御により、モータ１７が送りねじ１５を回転駆動することにより、スライド移動部１３が図示の左右方向に移動する。

このような位置決め制御がなされるスライド移動部１３には、長尺のアーム１２が取り付けられており、このアーム１２の先端には重量物１１が取り付けられている。従って、スライド移動部１３の位置制御により、アーム１２の先端の重量物１１も位置決め制御されることとなる。

図１９に示した構成においては、スライド移動部１３が目標位置で停止した場合でも、アーム１２の先端にある重量物１１は自らの慣性力によりアーム１２をたわませて指令位置より先に進み、スライド移動部１３が目標位置で停止した後も、即座に停止せず振動する場合があることが知られている。

図２０は、上述の振動現象を抑制する機能を備えた従来の位置制御装置２０の回路構成図であり、下記特許文献１に開示されている回路構成である。

この位置制御装置２０には、位置指令ブロック２１と、位置調節器２２と、速度調節器２８と、トルク調節器２９とを備えている。

図２０において、位置指令ブロック２１では、スライド移動部１３が目標位置に移動するためのパルス列形式の位置指令値を出力し、このパルス列形式の位置指令値ではパルス数が移動量を指令し、パルス周波数がその時々の移動速度（すなわち、単位時間当りの位置の移動量が速度に相当する指令値となる）を指令している。

減算器２３，積算器２４，調節器２５，加算器２６，フィードフォワード制御ブロック２７からなる位置調節器２２では、モータ１７の出力軸に取り付けられたモータエンコーダ１８からのパルス列の検出信号を指令される前記位置指令値に一致させるために、減算器２３，積算器２４，調節器２５を用いた調節動作が行われ、その出力は速度指令値として加算器２６を介して速度調節器２８に送られる。

このとき、フィードフォワード制御ブロック２７では、位置指令ブロック２１からの前記位置指令値の単位時間当りの位置の移動量に所定のフィードフォワードゲインを乗じた補正量を求め、この補正量と調節器２５からの速度指令値とを加算器２６により加算し、この加算値を新たな速度指令値として速度調節器２８に送っている。

速度調節器２８では、モータエンコーダ１８からのパルス列の検出信号に基づくモータ１７の速度検出値が前記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、前記トルク指令値に従い、このトルク調節器２９に内蔵するインバータなどの半導体電力変換器を介してモータ１７を駆動し、対象機械１０のスライド移動部１３を所定位置に移動させて停止させるような位置決め制御が実行される。

図２１は、図２０に示した位置制御装置２０とは異なった従来の位置制御装置の回路構成図であり、図２０に示した構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

この位置制御装置３０には、位置指令ブロック３１と、位置調節器３２と、積算器３８と、速度調節器２８と、トルク調節器２９とを備えている。

図２１において、位置指令ブロック３１では、スライド移動部１３が目標位置に移動するためのデータ形式の位置指令値を出力し、このデータ形式の位置指令値ではデータの値が移動量を指令し、データの変化がその時々の移動速度を指令している。

減算器３３，調節器３４，加算器３５，微分器３６，フィードフォワード制御ブロック３７からなる位置調節器３２では、モータ１７に取り付けられたモータエンコーダ１８からのパルス列の検出信号の積算器３８による積算値である移動量検出値を位置指令ブロック３１からが指令される前記位置指令値に一致させるために、減算器３３，調節器３４を用いた調節動作が行われ、その出力は速度指令値として加算器３５を介して速度調節器２２に送られる。

このとき、微分器３６とフィードフォワード制御ブロック３７とにより、位置指令ブロック３１からの前記位置指令値の微分値に所定のフィードフォワードゲインを乗じた補正量を求め、この補正量と調節器３４からの速度指令値とを加算器３５により加算し、この加算値を新たな速度指令値として速度調節器２８に送っている。

特開２００３−７６４２６号公報

従来の位置制御装置２０，３０において、位置調節器２２，３２を形成するフィードフォワード制御ブロック２７，３７での前記フィードフォワードゲインを大きく設定し過ぎると、位置決め終了時のオーバーシュートが大きくなり、また、前記フィードフォワードゲインを小さく設定し過ぎると、位置決め開始から終了までの所要時間（サイクルタイムとも称する）が長くなることが知られている。

特に制御対象機械のアームが長くその剛性が低い場合など、位置調節器２２，３２を形成する調節器２５，３４の比例ゲインを大きく設定できないときには、この状態での位置決め性能はフィードフォワードゲインの設定値に大きく依存するため、従来の固定したフィードフォワードゲインの設定値では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制とサイクルタイムの短縮とが両立できないという問題点があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した位置制御装置を提供することにある。

この第１の発明は、制御対象機械を目標位置に移動させて停止させるために指令される位置指令値に基づいて位置決め制御を行う際に、この位置決め制御のための位置調節演算動作の出力値に、前記位置指令値にフィードフォワードゲインを乗じて得られる補正量を加算し、この加算した値に基づいて前記制御対象機械を駆動制御する位置制御装置において、予め、フィードフォワードゲイン設定値と、このフィードフォワードゲイン設定値より小さな値のフィードフォワードゲイン設定値とが設定され、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値にステップ関数状に変化させるフィードフォワードゲイン設定手段を備えることを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明の位置制御装置において、前記フィードフォワードゲイン設定手段は、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が減速状態で予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さい値のフィードフォワードゲイン設定値に変化させることを特徴とする。

第３の発明は、制御対象機械を目標位置に移動させて停止させるために指令される位置指令値に基づいて位置決め制御を行う際に、この位置決め制御のための位置調節演算動作の出力値に、前記位置指令値にフィードフォワードゲインを乗じて得られる補正量を加算し、この加算した値に基づいて前記制御対象機械を駆動制御する位置制御装置において、
予め、フィードフォワードゲイン設定値と、このフィードフォワードゲイン設定値より小さな値のフィードフォワードゲイン設定値とが設定され、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値にランプ関数状に変化させるフィードフォワードゲイン設定手段を備えることを特徴とする。

第４の発明は前記第３の発明の位置制御装置において前記フィードフォワードゲイン設定手段は、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が減速状態で予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値に変化させることを特徴とする。

この発明によれば、前記位置指令値に基づく速度指令演算値または移動量演算値に対応して、前記フィードフォワードゲインの設定値を変化させることにより、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制とサイクルタイムの短縮とを両立させることが可能になる。

この発明の第１の実施例を示す位置制御装置の回路構成図図１の動作を説明する波形図図１の動作を説明する波形図図１の動作を説明する波形図図１の動作を説明する波形図この発明の第２の実施例を示す位置制御装置の回路構成図図６の動作を説明する波形図図６の動作を説明する波形図図６の動作を説明する波形図図６の動作を説明する波形図この発明の第３の実施例を示す位置制御装置の回路構成図この発明の第４の実施例を示す位置制御装置の回路構成図図１１，１２の動作を説明する波形図図１１，１２の動作を説明する波形図この発明の第５の実施例を示す位置制御装置の回路構成図この発明の第６の実施例を示す位置制御装置の回路構成図図１５，１６の動作を説明する波形図図１５，１６の動作を説明する波形図制御対象機械の模式的概念構成図従来例を示す位置制御装置の回路構成図従来例を示す位置制御装置の回路構成図

＜実施例＞
図１は、この発明の第１の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図２０に示した従来の位置制御装置２０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

この位置制御装置４０では、従来の位置調節器２２に代えて、フィードフォワード制御ブロック２７がフィードフォワード制御ブロック２７ａに変更された位置調節器２２ａが備えられている。

このフィードフォワード制御ブロック２７ａは位置指令ブロック２１からの前記位置指令値の単位時間当りの位置の移動量に基づく速度に相当する指令値（速度指令演算値）に対して、フィードフォワード設定手段４１〜４４の何れかで設定し出力されるフィードフォワードゲインを乗じた値を、新たな補正量として出力する機能を有する。

図２は、図１に示した位置制御装置４０において、フィードフォワード設定手段４１を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置４０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段４１では、位置指令ブロック２１からのパルス列形式の位置指令値に含まれるパルス周波数の変化に基づく速度指令演算値を求めつつその変化を監視し、図２に示す如く、この速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さい時刻Ｔ₀以前ではフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定する。また、速度指令演算値が予め定めた切換設定値より大きい時刻Ｔ₀〜時刻Ｔ₁の間はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定し、さらに、速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さい時刻Ｔ₁以降はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定する。上記のように速度指令演算値に応じてフィードフォワードゲインを変化させることにより、このフィードフォワード設定手段４１を用いた位置制御装置４０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と位置決め開始から終了までのサイクルタイムの短縮とを可能にしている。

図３は、図１に示した位置制御装置４０において、フィードフォワード設定手段４２を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置４０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段４２では、位置指令ブロック２１からのパルス列形式の位置指令値に含まれるパルス周波数の変化に基づく速度指令演算値を求めつつその変化を監視し、図３に示す如く、この速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値より小さい時刻Ｔ₁以前ではフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定し、また、前記速度指令演算値が予め定めた第２切換設定値に達するまでの時刻Ｔ₁〜時刻Ｔ₂の間はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により増大させ、さらに、前記速度指令演算値が第２切換設定値を越えた状態の時刻Ｔ₂〜時刻Ｔ₃の間はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定し、また、前記速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値に達するまでの時刻Ｔ₃〜時刻Ｔ₄の間はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、また、速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値より小さい時刻Ｔ₄以降はフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段４２を用いた位置制御装置４０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制しつつ、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と位置決め開始から終了までのサイクルタイムの短縮とを可能にしている。

図４は、図１に示した位置制御装置４０において、フィードフォワード設定手段４３を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置４０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段４３では、位置指令ブロック２１からのパルス列形式の位置指令値に含まれるパルス周波数の変化に基づく速度指令演算値を求めつつその変化を監視し、図４に示す如く、この速度指令演算値が増大し、その後、減速状態になり、予め定めた切換設定値より小さくなった時刻Ｔ₁以降ではフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段４３を用いた位置制御装置４０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記速度指令演算値が加速状態のときのフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

図５は、図１に示した位置制御装置４０において、フィードフォワード設定手段４４を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置４０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段４４では、位置指令ブロック２１からのパルス列形式の位置指令値に含まれるパルス周波数の変化に基づく速度指令演算値を求めつつその変化を監視し、図５に示す如く、この速度指令演算値が増大し、その後、減速状態になり、予め定めた切換設定値より小さくなった時刻Ｔ₁以降ではフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、最終的には、フィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さい値に固定することにより、このフィードフォワード設定手段４４を用いた位置制御装置４０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制しつつ、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記速度指令演算値が加速状態のときのフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

なお、図２〜図５の波形図に基づいたこの発明の動作説明において、それぞれの状態におけるフィードフォワードゲインの設定値，切換設定値，ランプ関数の勾配値は、前記制御対象機械に対して、予め試運転などを行って決定した値を使用するものとする。

図６は、この発明の第２の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図２１に示した従来の位置制御装置３０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

この位置制御装置５０では、従来の位置調節器３２に代えて、微分器３６がその出力値を外部にも出力できるように変更された微分器３６ａおよびフィードフォワード制御ブロック３７がフィードフォワード制御ブロック３７ａに変更された位置調節器３２ａが備えられている。

フィードフォワード制御ブロック３７ａでは、位置指令ブロック３１からの前記位置指令値を微分器３６ａにより微分して位置指令値に含まれる速度成分を抽出し、この抽出した値（速度指令演算値）に対して、フィードフォワード設定手段５１〜５４の何れかで設定し出力されるフィードフォワードゲインを乗じた値を、新たな補正量として出力する機能を有する。

図７は、図６に示した位置制御装置５０において、フィードフォワード設定手段５１を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置５０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段５１では、位置調節器３２ａを形成する微分器３６ａから出力される位置指令ブロック３１からのデータ形式の位置指令値に含まれるデータの変化に基づく速度指令演算値の変化を監視し、図７に示す如く、この速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さい時刻Ｔ₀以前ではフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定し、また、速度指令演算値が予め定めた切換設定値より大きい時刻Ｔ₀〜時刻Ｔ₁の間はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定し、さらに、速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さい時刻Ｔ₁以降はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段５１を用いた位置制御装置５０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と位置決め開始から終了までのサイクルタイムの短縮とを可能にしている。

図８は、図６に示した位置制御装置５０において、フィードフォワード設定手段５２を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置５０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段５２では、位置調節器３２ａを形成する微分器３６ａから出力される位置指令ブロック３１からのデータ形式の位置指令値に含まれるデータの変化に基づく速度指令演算値の変化を監視し、図８に示す如く、この速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値より小さい時刻Ｔ₁以前ではフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定し、また、前記速度指令演算値が予め定めた第２切換設定値に達するまでの時刻Ｔ₁〜時刻Ｔ₂の間はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により増大させ、さらに、前記速度指令演算値が第２切換設定値を越えた状態の時刻Ｔ₂〜時刻Ｔ₃の間はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定し、また、前記速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値に達するまでの時刻Ｔ₃〜時刻Ｔ₄の間はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、また、速度指令演算値が予め定めた第１切換設定値より小さい時刻Ｔ₄以降はフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段５２を用いた位置制御装置５０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制しつつ、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と位置決め開始から終了までのサイクルタイムの短縮とを可能にしている。

図９は、図６に示した位置制御装置５０において、フィードフォワード設定手段５３を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置５０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段５３では、位置調節器３２ａを形成する微分器３６ａから出力される位置指令ブロック３１からのデータ形式の位置指令値に含まれるデータの変化に基づく速度指令演算値の変化を監視し、図９に示す如く、この速度指令演算値が増大し、その後、減速状態になり、予め定めた切換設定値より小さくなった時刻Ｔ₁以降ではフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段５３を用いた位置制御装置５０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記速度指令演算値が加速状態のときのフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

図１０は、図６に示した位置制御装置５０において、フィードフォワード設定手段５４を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、この位置制御装置５０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段５４では、位置調節器３２ａを形成する微分器３６ａから出力される位置指令ブロック３１からのデータ形式の位置指令値に含まれるデータの変化に基づく速度指令演算値の変化を監視し、図１０に示す如く、この速度指令演算値が増大し、その後、減速状態になり、予め定めた切換設定値より小さくなった時刻Ｔ₁以降ではフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、最終的には、フィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さい値に固定することにより、このフィードフォワード設定手段５４を用いた位置制御装置５０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制しつつ、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記速度指令演算値が加速状態のときのフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより大きい値で固定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

なお、図７〜図１０の波形図に基づいたこの発明の動作説明において、それぞれの状態におけるフィードフォワードゲインの設定値，切換設定値，ランプ関数の勾配値は、前記制御対象機械に対して、予め試運転などを行って決定した値を使用するものとする。

図１１は、この発明の第３の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した位置制御装置４０と同一機能を有するものには同一符号を付している。

この位置制御装置６０では、図１に示した位置制御装置４０に備えたフィードフォワード設定手段４１〜４４が削除され、さらに、先述の位置指令ブロック２１の機能の他に、位置目標値を外部に出力できるように変更された位置指令ブロック２１ａと、積算器６１と、フィードフォワード設定手段６２，６３のいずれかが備えられている。

図１２は、この発明の第４の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図１１に示した位置制御装置６０と同一機能を有するものには同一符号を付している。

この位置制御装置７０では、図１１に示した位置制御装置６０に備えた積算器６１とフィードフォワード設定手段６２，６３が削除され、新たに、積算器７１と、フィードフォワード設定手段７２，７３のいずれかが備えられている。

図１３は、図１１に示した位置制御装置６０，図１２に示した位置制御装置７０において、積算器６１，フィードフォワード設定手段６２または積算器７１，フィードフォワード設定手段７２を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、位置制御装置６０，７０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段６２，７２では、積算器６１，７１から出力される位置指令ブロック２１ａからのパルス列形式の位置指令値に基づく移動量演算値の変化を監視し、図１３に示す如く、この移動量演算値が増大し、位置指令ブロック２１ａが出力する位置目標値に基づいて設定された切換設定値を越えた時刻Ｔ₁以降は、フィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段６２，７２を用いた位置制御装置６０，７０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記時刻Ｔ₁以前のフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

図１４は、図１１に示した位置制御装置６０，図１２に示した位置制御装置７０において、積算器６１，フィードフォワード設定手段６３または積算器７１，フィードフォワード設定手段７３を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、位置制御装置６０，７０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段６３，７３では、積算器６１，７１から出力される位置指令ブロック２１ａからのパルス列形式の位置指令値に基づく移動量演算値の変化を監視し、図１４に示す如く、この移動量演算値が増大し、位置指令ブロック２１ａが出力する位置目標値に基づいて設定された切換設定値を越えた時刻Ｔ₁以降は、フィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、最終的には、フィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより小さい値に固定することにより、このフィードフォワード設定手段６３，７３を用いた位置制御装置６０，７０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制し、さらに、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記時刻Ｔ₁以前のフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

なお、図１３，図１４の波形図に基づいたこの発明の動作説明において、それぞれの状態におけるフィードフォワードゲインの設定値，切換設定値，ランプ関数の勾配値は、前記制御対象機械に対して、予め試運転などを行って決定した値を使用するものとする。

図１５は、この発明の第５の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図２１に示した従来の位置制御装置３０と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

この位置制御装置８０では、先述の位置指令ブロック３１の機能の他に、位置目標値を外部に出力できるように変更された位置指令ブロック３１ａと、従来の位置調節器３２に代えて、フィードフォワード制御ブロック３７がフィードフォワード制御ブロック３７ａに変更された位置調節器３２ｂが備えられている。

この構成において、微分器３６を介したフィードフォワード制御ブロック３７ａでは、位置指令ブロック３１からの前記位置指令値に含まれる速度成分を抽出し、この抽出した値に対して、フィードフォワード設定手段８１，８２の何れかで設定し出力されるフィードフォワードゲインを乗じた値を、新たな補正量として出力する機能を有する。

図１６は、この発明の第６の実施例を示す位置制御装置の回路構成図であり、この図において、図１５に示した位置制御装置８０と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、この位置制御装置９０では、図１５に示したフィードフォワード設定手段８１，８２に代えて、フィードフォワード設定手段９１，９２の何れかが備えられている。

図１７は、図１５に示した位置制御装置８０，図１６に示した位置制御装置９０において、フィードフォワード設定手段８１またはフィードフォワード設定手段９１を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、位置制御装置８０，９０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段８１，９１では、位置指令ブロック３１ａからのデータ形式の位置指令値に基づく移動量または積算器３８の出力である移動量検出値を移動量演算値として、その変化を監視し、図１７に示す如く、この移動量演算値が増大し、位置指令ブロック３１ａが出力する位置目標値に基づいて設定された切換設定値を越えた時刻Ｔ₁以降は、フィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さく設定することにより、このフィードフォワード設定手段８１，９１を用いた位置制御装置８０，９０では、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記時刻Ｔ₁以前のフィードフォワード制御ブロック２７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

図１８は、図１５に示した位置制御装置８０，図１６に示した位置制御装置９０において、フィードフォワード設定手段８２またはフィードフォワード設定手段９２を用いたときの動作を説明する波形図である。

すなわち、位置制御装置８０，９０が位置決め制御動作を開始すると、フィードフォワード設定手段８２，９２では、位置指令ブロック３１ａからのデータ形式の位置指令値に基づく移動量または積算器３８の出力である移動量検出値を移動量演算値として、その変化を監視し、図１８に示す如く、この移動量演算値が増大し、位置指令ブロック３１ａが出力する位置目標値に基づいて設定された切換設定値を越えた時刻Ｔ₁以降は、フィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをランプ関数状により減少させ、最終的には、フィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより小さい値に固定することにより、このフィードフォワード設定手段８２，９２を用いた位置制御装置８０，９０では、フィードフォワードゲインを設定値の変更に伴うショックの発生を抑制し、さらに、位置決め終了時のオーバーシュートの抑制と、前記時刻Ｔ₁以前のフィードフォワード制御ブロック３７ａへのフィードフォワードゲインをより大きく設定することにより、位置決め開始から終了までのサイクルタイムの更なる短縮とを可能にしている。

なお、図１７，図１８の波形図に基づいたこの発明の動作説明において、それぞれの状態におけるフィードフォワードゲインの設定値，切換設定値，ランプ関数の勾配値は、前記制御対象機械に対して、予め試運転などを行って決定した値を使用するものとする。

１０…対象機械、１１…重量物、１２…アーム、１３…スライド移動部、１４…スライドレール部、１５…送りねじ、１６…カップリング、１７…モータ、１８…モータエンコーダ、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０…位置制御装置、２１，２１ａ…位置指令ブロック、２２，２２ａ…位置調節器、２３…減算器、２４…積算器２５…調節器、２６…加算器、２７，２７ａ…フィードフォワード制御ブロック、２８…速度調節器、２９…トルク調節器、３１，３１ａ…位置指令ブロック、３２，３２ａ，３２ｂ…位置調節器、３３…減算器、３４…調節器、３５…加算器、３６，３６ａ…微分器、３７，３７ａ…フィードフォワード制御ブロック、３８…積算器、４１〜４４，５１〜５４，６２，６３，７２，８１，８２，９１，９２…フィードフォワードゲイン設定手段、６１，７１…積算器。

Claims

制御対象機械を目標位置に移動させて停止させるために指令される位置指令値に基づいて位置決め制御を行う際に、この位置決め制御のための位置調節演算動作の出力値に、前記位置指令値にフィードフォワードゲインを乗じて得られる補正量を加算し、この加算した値に基づいて前記制御対象機械を駆動制御する位置制御装置において、
予め、フィードフォワードゲイン設定値と、このフィードフォワードゲイン設定値より小さな値のフィードフォワードゲイン設定値とが設定され、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値にステップ関数状に変化させるフィードフォワードゲイン設定手段を備えることを特徴とする位置制御装置。
請求項１に記載の位置制御装置において、前記フィードフォワードゲイン設定手段は、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が減速状態で予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値に変化させることを特徴とする位置制御装置。
制御対象機械を目標位置に移動させて停止させるために指令される位置指令値に基づいて位置決め制御を行う際に、この位置決め制御のための位置調節演算動作の出力値に、前記位置指令値にフィードフォワードゲインを乗じて得られる補正量を加算し、この加算した値に基づいて前記制御対象機械を駆動制御する位置制御装置において、
予め、フィードフォワードゲイン設定値と、このフィードフォワードゲイン設定値より小さな値のフィードフォワードゲイン設定値とが設定され、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値にランプ関数状に変化させるフィードフォワードゲイン設定手段を備えることを特徴とする位置制御装置。
請求項３に記載の位置制御装置において、前記フィードフォワードゲイン設定手段は、前記位置指令値に基づく速度指令演算値が減速状態で予め定めた切換設定値より小さくなったとき、フィードフォワードゲイン設定値を前記小さな値のフィードフォワードゲイン設定値に変化させることを特徴とする位置制御装置。