JPH0115881B2 - - Google Patents

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JPH0115881B2
JPH0115881B2 JP57098201A JP9820182A JPH0115881B2 JP H0115881 B2 JPH0115881 B2 JP H0115881B2 JP 57098201 A JP57098201 A JP 57098201A JP 9820182 A JP9820182 A JP 9820182A JP H0115881 B2 JPH0115881 B2 JP H0115881B2
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JP
Japan
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control
gap
load
deceleration
state
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Application number
JP57098201A
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Japanese (ja)
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JPS58214906A (en
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Shigeru Futami
Shukaku Kura
Sadaaki Nanai
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0115881B2 publication Critical patent/JPH0115881B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37297Two measurements, on driving motor and on slide or on both sides of motor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/43Speed, acceleration, deceleration control ADC
    • G05B2219/43003Acceleration deceleration in presence of backlash, dynamic backlash

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アクチユエータ(駆動部)と動作端
(負荷部)との間の動力伝達部分にバツクラツシ
ユを有する移動機械を滑らかに動作させ、しかも
精度の高い制御を可能にする制御方法に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention enables smooth operation of a mobile machine having a bump in the power transmission part between an actuator (drive part) and a working end (load part), and The present invention relates to a control method that enables highly accurate control.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

周知のように機械系の装置では、程度の違いは
あるが、バツクラツシユが存在する。
As is well known, in mechanical devices, bumps occur to varying degrees.

これは各部分が運動するための機構学的原因
(例えば歯車のインボリユート歯型や送りネジ杆
のネジ山型など)と工作精度に基因するものであ
るが、このバツクラツシユの存在のため、次のよ
うな点が大きな問題となつている。
This is due to the mechanical causes of movement of each part (for example, the involute tooth shape of the gear, the thread shape of the feed screw rod, etc.) and the machining accuracy, but due to the existence of this backlash, the following This is a major problem.

(1) 位置決め精度をバツクラツシユ巾以下とする
ことができないため、それ以上の位置決め精度
を持つ装置は実現出来なかつた。
(1) Since the positioning accuracy cannot be lower than the backlash width, it has not been possible to realize a device with higher positioning accuracy.

(2) バツクラツシユは閉ループ制御においては安
定化を劣化させる要素であるため、ループゲイ
ンを非常に小さくしかとれず、応答性が悪くな
つたり、ハンチングを生じたりする。
(2) Batch crash is a factor that degrades stability in closed-loop control, so the loop gain can only be set to a very small value, resulting in poor response and hunting.

(3) 始動、停止時にバツクラツシユ部で必ず衝突
を生じるため、動力伝達部の寿命を著しく損な
う。
(3) Collisions always occur in the backlash section when starting or stopping, which significantly shortens the life of the power transmission section.

従来、これらの問題に対しては、動力伝達部に
特別に考慮した「アンチバツクラツシユ」対策を
施して対処し、(このためサーボ機構により構成
される自動機械は、非常に高い工作精度が要求さ
れ、そのコストが高価なものとなる)、サーボ機
構としては、このような対処をした上に更に存在
するバツクラツシユに対し、アクチユエータのみ
のフイードバツクループを形成して閉ループの外
にあるバツクラツシユを動作方向が変化する時に
のみ位置指令値の上積み補正を行うことによつて
静的な状態として補正するという方法が広く行な
われている。
Traditionally, these problems have been dealt with by taking special anti-backlash measures into the power transmission section. In addition to taking such measures, the servo mechanism has to form a feedback loop with only the actuator to control the backlash outside the closed loop. A widely used method is to perform correction as a static state by adding up the position command value only when the operating direction changes.

しかし、このような方法は、上記(2)を回避する
ことはできても、(1)と(3)の問題に対する解決策と
はならない。
However, although such a method can avoid the above (2), it is not a solution to the problems (1) and (3).

また、バツクラツシユを有する制御系、特に歯
車装置を介して負荷側の移動体を駆動する装置の
制御方法として、バツクラツシユがない同種の歯
車装置を介して駆動される第2の駆動系を併設し
て両駆動系の駆動量の差を無接触で検出し、その
偏差分をサーボモータの制御回路にフイードバツ
クしてバツクラツシユを除去する制御方法が特公
昭56−10646号公報によつて知られている。
In addition, as a control method for a control system having a backlash, especially a device that drives a moving body on the load side through a gear device, a second drive system that is driven through the same type of gear device without a backlash is installed. Japanese Patent Publication No. 56-10646 discloses a control method in which the difference in drive amount between the two drive systems is detected without contact, and the difference is fed back to the control circuit of the servo motor to eliminate backlash.

しかし、この制御方法では、目標値の正負方向
の変化に対しては自動的に目標値の補正を加える
ことができるが、目標点へ到達するまでに、駆動
部と負荷部の間で発生する衝突については考慮さ
れていないので、前記(3)の問題点のある制御方法
である。
However, with this control method, although it is possible to automatically correct the target value for changes in the target value in the positive and negative directions, there are Since collisions are not taken into consideration, this control method has the problem of (3) above.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記の問題点を解決するためになさ
れたもので、駆動側の移動体Aと負荷側の移動体
B間にバツクラツシユのある装置において、両移
動体AとBの夫々の位置とxと速度x〓を検出する
装置を設け、この検出装置の検出値に応じて前記
移動体Bを目標点に移動させるための移動制御装
置に、移動のための加減速変化点からギヤツプ制
御のための所要時間をx、x〓位相面上でずらした
境界線を求め、これをx、x〓位相面上の境界条件
として加速側にギヤツプを埋めるか、減速側にギ
ヤツプを埋めるかを判断してギヤツプ制御を行う
機能を付加することにより、バツクラツシユを有
する移動機械の制御をシヨツクなく、しかも精度
の高い制御が行なわれるようにしたものである。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and in an apparatus in which there is a collision between a movable body A on the driving side and a movable body B on the load side, the respective positions of both movable bodies A and B are A device for detecting x and speed Find the boundary line that shifts the time required for By adding a function to perform gap control, it is possible to control a mobile machine having backlash without any trouble and with high precision.

説明の便宜上、先ず、動力伝達部にバツクラツ
シユが存在しない場合の移動機械について考え
る。
For convenience of explanation, we will first consider a mobile machine in which there is no backlash in the power transmission section.

今、第1図に示す位置xと速度x〓の位相面上の
任意のP点から原点(目標点)へアクチユエータ
を駆動して負荷を移動させる場合、最短時間で移
動させるには、ポントリヤーギンの理論より、先
ず最大操作量で加速させる。そうすると移動体は
運動の微分方程式による加速曲線fb4に沿つて移
行する。
Now, when moving a load by driving an actuator from an arbitrary point P on the phase plane of position x and velocity According to theory, first accelerate with the maximum amount of operation. Then, the moving body moves along the acceleration curve f b4 determined by the differential equation of motion.

移動体の位置x、速度x〓が原点(目標点)を通
る減速曲線fa2との交点Qに達した時、減速を開
始して原点に到達した時に操作量を0とすればよ
い。
When the position x and speed x of the moving body reach the intersection Q with the deceleration curve f a2 passing through the origin (target point), the operation amount may be set to 0 when deceleration is started and the origin is reached.

なお、負荷が慣性のみで摩擦等を無視した場
合、可動部慣性モーメントをJ、アクチユエータ
の操作量をu、その最大値をUnaxとすると、fb1
〜fb5曲線とfa1〜fa5曲線は夫々次式で表わされる
放物線である。
In addition, when the load is only inertia and friction etc. are ignored, if the moment of inertia of the moving part is J, the operation amount of the actuator is u, and its maximum value is U nax , then f b1
The ~f b5 curve and the f a1 ~ f a5 curve are parabolas expressed by the following equations, respectively.

X=J/2unaxX〓2 X=−J/2UnaxX〓2 上記曲線中太い線で表示した曲線fa2を減速切
替曲線、f2を加速切替曲線と呼ぶことにする。
X = J /2u nax X〓 2 X= -J /2U nax

ところが、動力伝達部にバツクラツシユを有
し、始動時に加速側にバツクラツシユによるギヤ
ツプがない場合には、このような減速切替曲線に
よつて減速制御すると、切替え時点よりアクチユ
エータ側が減速に入るが、負荷側は慣性によつて
前の状態を持続しようとするので、バツクラツシ
ユによるギヤツプ内での衝突を起しながら減速が
行なわれることになると同時に、原点に到達した
ところでアクチユエータの操作量を0として負荷
の位置は正確には原点に達することにはならな
い。
However, if the power transmission section has a buckle bump and there is no gap due to buckle bump on the acceleration side at startup, if deceleration control is performed using such a deceleration switching curve, the actuator side will start decelerating from the point of switching, but the load side will start decelerating. tries to maintain the previous state due to inertia, so it decelerates while causing a collision within the gear due to back crash.At the same time, when the actuator reaches the home position, the amount of actuator operation is set to 0 and the load position is changed. does not exactly reach the origin.

また、始動時にバツクラツシユによるギヤツプ
が加速側にある場合は、更に始動時にギヤツプに
よる衝突を生ずる。
Furthermore, if the gap caused by the backlash is on the acceleration side at the time of starting, a collision due to the gap further occurs at the time of starting.

従つて、バツクラツシユのある移動機械では、
減速制御に移行する前までに減速側のギヤツプを
−L/2にする制御を行い、また始動時にギヤツ
プが加速側にある場合は、先ずそのギヤツプを
L/2にする制御を行うようにすることにより、
目標位置に正確に最短時間で移動させることがで
きることになる。
Therefore, in a mobile machine with backlash,
Before shifting to deceleration control, the gear on the deceleration side is controlled to be set to -L/2, and if the gear is on the acceleration side at the time of starting, the gear is controlled to be set to L/2 first. By this,
This means that it can be moved to the target position accurately in the shortest possible time.

本発明はこの原理に基づくもので、第2図はバ
ツクラツシユを有する動力伝達機構のバツクラツ
シユ制御を行う場合のブロツク図を示すものであ
る。図において1は送りネジ杆2を介して負荷部
3を駆動する駆動部、4は駆動部の位置及び速度
検出器、5は負荷部3の位置及び速度検出装置、
6は前記検出器、4,5の検出信号によりどう適
正制御するかを演算及び論理判断する演算部、7
は演算部6の演算結果によつて指令信号を送出す
るアクチユエータ制御部、8はマイナーループで
ある。
The present invention is based on this principle, and FIG. 2 shows a block diagram when performing backlash control of a power transmission mechanism having backlash. In the figure, 1 is a drive unit that drives the load unit 3 via the feed screw rod 2, 4 is a position and speed detector for the drive unit, 5 is a position and speed detector for the load unit 3,
Reference numeral 6 denotes an arithmetic unit that performs arithmetic and logical judgments on how to perform appropriate control based on the detection signals of the detector, 4 and 5, and 7
Reference numeral 8 indicates an actuator control unit that sends out a command signal based on the calculation result of the calculation unit 6, and 8 is a minor loop.

ここで、第2図の動力達部のバツクラツシユ部
分Hを模式的に表現すると、第3図に示すように
なる。
Here, the backlash portion H of the power supply section in FIG. 2 is schematically expressed as shown in FIG. 3.

図中の記号の内容は次の通りである。 The symbols in the figure are as follows.

XLr:負荷部目標位置 XL:負荷部位置 XM:駆動部位置 e:位置差(XM−XL) L:バツクラツシユ部分のギヤツプ巾 u:アクチユエータの操作量 この第3図の負荷部Bの任意の初期点(位置、
速度)より目標位置へ移動させる場合を考える。
X Lr : Load part target position X L : Load part position X M : Drive part position e: Position difference (X M Any initial point (position,
Consider the case of moving to the target position by speed).

第3図の場合、加速側(右側)にギヤツプeが
あるので、これを先ず、L/2として駆動側の移
動体Aを負荷側の移動体Bと一体化しなければな
らない。
In the case of FIG. 3, since there is a gap e on the acceleration side (right side), first, this must be set to L/2 to integrate the moving body A on the drive side with the moving body B on the load side.

このギヤツプ制御は、前述のポントリヤーギン
の理論による最短時内制御を適用することによ
り、衝突なしに最短時間で一体化させることがで
きる。
This gap control can be integrated in the shortest possible time without collision by applying the shortest time control based on the aforementioned Pontryagin's theory.

即ち、直流モータ等で構成されるアクチユエー
タは、適当な制御回路を用いることにより JMM=u ………(1) JM:モータの慣性モーメント X¨:モータの加速度 u:操作室(例えば電圧) なる微分方程式で示される応答を行うようにする
ことができる。
In other words, an actuator composed of a DC motor or the like can be controlled by using an appropriate control circuit. J M : Moment of inertia of the motor (For example, voltage) It is possible to perform a response expressed by a differential equation.

そしてこの(1)式で示される系の最短時間制御は
前記ポントリヤーギンの論理に従つて、操作量の
極限を用いて加減速を行うことにより最短時間で
ギヤツプeを0とすることができる。
The shortest time control of the system expressed by equation (1) can bring the gap e to 0 in the shortest time by performing acceleration and deceleration using the limit of the manipulated variable according to the Pontryagin's logic.

この場合の加速切替曲線f7と減速切替曲線f6
次式で表わされる。
The acceleration switching curve f 7 and deceleration switching curve f 6 in this case are expressed by the following equations.

f6:e=−JM/2unaxe〓2+L/2、e〓≧0 f7:e=JM/2unaxe〓−L/2、e〓<0 但しunaxは最大操作量、e〓は速度差X〓M−X〓Lこれ
を図示すると第4図に示すようになる。
f 6 : e=-J M /2u nax e〓 2 +L/2, e〓≧0 f 7 : e=J M /2u nax e〓-L/2, e〓<0 However, u nax is the maximum operation amount , e〓 is the speed difference X〓 M −X〓 L This is illustrated in Fig. 4.

従つて、任意の状態C(e0、e〓0)からギヤツプ
0になる右端(L/2、0)への制御は、C→Dの 間加速を行い、Dに到達した時点で減速を開始す
ると減速切替曲線f6に沿つて(L/2、0)へ行き すぎなく到達する。つまりシヨツクなしに移動体
Aを移動体Bと一体化することが出来る。
Therefore, control from an arbitrary state C (e 0 , e〓 0 ) to the right end (L/2, 0) where the gap becomes 0 is to accelerate from C to D and decelerate when D is reached. Once started, it reaches (L/2, 0) without going too far along the deceleration switching curve f6 . In other words, moving body A can be integrated with moving body B without any shock.

第4図、第7図に記載の加速から減速に移行す
るときの移動体Aの移動体Bに対する相対的運動
の具体的内容を説明する。
The specific content of the relative motion of the moving body A with respect to the moving body B when transitioning from acceleration to deceleration shown in FIGS. 4 and 7 will be explained.

今、時刻t=0において移動体Bのギヤツプの
状態を(XL、X〓L)=(X0、V0)(e、e〓) =(L/2、0) とする。e=XM−XLであるから、移動体Bの状
態は (XM、X〓M)=(X0+L/2、V0) となる。この状態から減速側接触(−L/2、
0)へ移行するため u=−unax が選択されたとする。この瞬間から −L/2<e<L/2 となり、移動体A、Bは離れ、独立な運動を行
う。移動体Bには力は作用せず、等速運動を行
う。時刻t1において、その状態は(XL、X〓Lt=t1
=((X0+V0t1)、V0)となる。移動体Aにはu=
−unax)が作用するから (XM、X〓Mt=t1=〔(X0+L/2+V0t1 −unax/2JMt1 2)、(V0−unax/JMt1)〕 となる。ギヤツプの状態はこれから、 (e、e〓)t=t1=〔(L/2−unax/2JMt1 2)、−una
x
/JMt1)〕 となる。第4図、第7図から分かるように、 e=0 となる時刻でuは−unaxから+unaxへ切換えられ
る。従つて、 ts=√M naxなる時刻tsで、u=+unaxに切換
わる。
Now, assume that the gap state of moving body B at time t=0 is ( XL , X〓L ) = ( X0 , V0 ) (e, e〓) = (L/2, 0). Since e=X M −XL , the state of moving body B is (X M , X〓 M )=(X 0 +L/2, V 0 ). From this state, contact on the deceleration side (-L/2,
0), it is assumed that u=-u nax is selected. From this moment on, -L/2<e<L/2, and moving bodies A and B separate and perform independent movements. No force acts on the moving body B, and it moves at a constant velocity. At time t 1 , the state is (X L , X〓 L ) t=t1
= ((X 0 +V 0 t 1 ), V 0 ). For moving body A, u=
−u nax ) acts , so ( X M , _ _ _ _ t 1 )]. The state of the gap is now: (e, e〓) t=t1 = [(L/2−u nax /2J M t 1 2 ), −u na
x
/ J M t 1 )]. As can be seen from FIGS. 4 and 7, at the time when e=0, u is switched from -u nax to +u nax . Therefore, at time t s when t s =√ M nax , it switches to u=+u nax .

この後の移動体の運動は、時刻t2(>ts)におい
て (XL、X〓Lt=t2=〔(X0+V0t2)、V0)〕 (XM、X〓Mt=t2=〔{X0+V0t2−unax/JMts(t2−ts
) +unax/2JM(t2−ts2}、{V0−unax/JMts +unax/JM(t2−ts)}〕 となり、ギヤツプは、 (e、e〓)t=t2=〔unax/2JM{(t2−ts2−2ts(t2 −ts)}、unax/JM(t2−2ts)〕 となる。
The movement of the moving body after this is (X L , X〓 L ) t=t2 = [(X 0 +V 0 t 2 ), V 0 )] ( X M , X〓 M ) t=t2 = [{X 0 +V 0 t 2 −u nax /J M t s (t 2 −t s
) +u nax /2J M (t 2 −t s ) 2 }, {V 0 −u nax /J M t s +u nax /J M (t 2 −t s )}], and the gap is (e, e 〓) t=t2 = [u nax /2J M {(t 2 −t s ) 2 −2t s (t 2 −t s )}, u nax /J M (t 2 −2t s )].

t2=2ts=2√M nax において、 (e、e〓)t=t2=〔unax/2JM(ts 2−2ts 2)、 unax/JM(2ts−2ts)〕=(−unax/2JMts 2、 0)=(−L/2、0) となる。以上のように、第4図、第7図の(e、
e〓)位相面軌道に従つて操作量uを切換えれば、 の間を、衝突なしで移行できることは明らかであ
る。なお、f6、f7で囲まれた内部の任意のギヤツ
プの初期状態(e0、e〓0)に対して同様な接触状態
への移行が可能であることは明らかであり、本制
御方法では負荷が初速度を有している場合にも全
く同じ結果となる。
t 2 = 2t s = 2√ M nax , (e, e〓) t=t2 = [u nax /2J M (t s 2 −2t s 2 ), u nax /J M (2t s −2t s ) ]=(−u nax /2J M t s 2 , 0)=(−L/2, 0). As mentioned above, (e,
e〓) If the manipulated variable u is switched according to the phase plane trajectory, It is clear that transitions can be made between the two without conflict. Note that it is clear that it is possible to transition to a similar contact state for the initial state (e 0 , e〓 0 ) of any internal gap surrounded by f 6 and f 7 , and this control method Then, exactly the same result is obtained when the load has an initial velocity.

このようにして一体化した後、再び駆動側の移
動体Aを加速し、次いで減速して目標位置に移動
させるには、バツクラツシユを有する装置では第
1図に示した減速切替曲線fa2(f2)上の点に達す
る迄に、移動体Aを移動体Bとギヤツプの減速側
端で係合するようにしておく必要がある。
After integrating in this way, in order to accelerate the moving body A on the drive side again, then decelerate it and move it to the target position, in a device having a backlash, the deceleration switching curve f a2 (f 2 ) By the time the above point is reached, the moving body A must be engaged with the moving body B at the deceleration side end of the gap.

即ち、加速側のギヤツプが0の状態(L/2、0) から、減速側のギヤツプが0の状態(−L/2、0) へ移動させるギヤツプ制御を行う必要がある。 In other words, the acceleration side gap is 0 (L/2, 0) , the gear on the deceleration side is 0 (-L/2, 0) It is necessary to perform gap control to move the

そのギヤツプ制御は、第4図において、(L/2、 0)の状態から先ず減速を行い、E点(f7との交
点)に達したところで加速を開始すれば、行きす
ぎなく(−L/2、0)へ到達する。
In Fig. 4, the gap control is such that if you first decelerate from the state of (L/2, 0) and then start accelerating when you reach point E (intersection with f7 ), it will not go too far (-L). /2,0).

これらのギヤツプ状態を変えるに必要な時間が
最大となるのは、 と移行させる場合あるいはその逆の場合の へ移行させる時である。
The maximum time required to change these gap conditions is or vice versa. It's time to move on.

そして、この時の所要時間T0は T0=(1+√2)、√2M nax となる。 The required time T 0 at this time is T 0 = (1+√2), √2 M nax .

なお、第4図のf6、f7の曲線で囲まれた部分が
ギヤツプ制御可能領域であり、アクチユエータの
選定時に実用上問題とならないために必要な領域
を設定することができる。
Note that the area surrounded by the curves f 6 and f 7 in FIG. 4 is the gap controllable area, and it is possible to set the area necessary to avoid any practical problems when selecting an actuator.

上記時間T0は移動体AとBの一体減速制御に
移行する前に必要なバツクラツシユの状態を変え
るためのギヤツプ制御時間である。
The above-mentioned time T 0 is a gap control time for changing the backlash state necessary before shifting to integrated deceleration control of moving bodies A and B.

従つて、バツクラツシユを有する移動機械で
は、この時間T0だけ早めに減速制御へ切替える
時間を早めなければならない。
Therefore, in a mobile machine having a backlash, the time to switch to deceleration control must be advanced by this time T0 .

こゝで、負荷の任意の速度(X〓Li)に対し、T0
時間で移動する距離の変化を図示すると第5図の
g1直線のようになる。
Here, for any speed (X〓 Li ) of the load, T 0
Figure 5 shows the change in distance traveled over time.
g It becomes like a straight line.

従つて、バツクラツシユを有する移動機械の場
合の減速又は加速切替曲線1、f3は第6図に示す
ように第1図に示した減速又は加速切替曲線f2
f4に対し、第5図に示したT0だけ早めの時間分の
g1の量だけそれぞれ左右にずらしたものにすれば
よい。以下f1、f3を補助切替曲線と呼ぶことにす
る。
Therefore, the deceleration or acceleration switching curve 1 , f 3 in the case of a mobile machine with backlash is the same as the deceleration or acceleration switching curve f 2 , f 3 shown in FIG. 1, as shown in FIG.
f 4 , the time T 0 shown in Figure 5 is earlier.
All you have to do is shift them to the left and right by an amount of g1 . Hereinafter, f 1 and f 3 will be referred to as auxiliary switching curves.

移動体AとBが一体となつた状態の慣性モーメ
ントをJLM=LL+JMとすると運動方程式は JLM・X¨L=u と表わされるので、前記の切替曲線f2、f4は f2:XL=JLM/2unaxX〓L 2X〓L≧0 f4:XL=JLM/2unaxX〓L 2X〓L≦0 となる。
If the moment of inertia when moving bodies A and B are integrated is J LM = L L + J M , then the equation of motion is expressed as J LM・X¨ L = u, so the above switching curves f 2 and f 4 are f 2 :X L = J LM /2u nax X〓 L 2 X〓 L0 f 4 : X L = J LM /2u nax

f1補助切替曲線上の点R(XL、X〓L)に外力が作
用することなく時間T0が経過すると移動体はf2
替曲線上の点S(X′L、X〓L)へ到達する。
When time T 0 elapses without any external force acting on point R (X L , X〓 L ) on the f 1 auxiliary switching curve, the moving body moves to point S (X' L , X〓 L ) on the f 2 auxiliary switching curve. reach.

このことより、駆動部と負荷部の移動体が一体
で加速制御されている時、(XL、X〓L)がf1補助切
替曲線上の値となつた時、直ちに減速側のギヤツ
プを0とするギヤツプ制御を行い、T0時間後f2
替曲線に沿つた減速制御を行えば目標点への正確
な移動制御が行なわれることになる。若し、減速
から加速制御の場合はf3補助切替曲線を用いるこ
とになる。
From this , when the moving bodies of the drive section and the load section are under acceleration control as a unit, when ( XL , If gap control is performed to set the value to 0, and deceleration control is performed along the f2 switching curve after T0 time, accurate movement control to the target point will be performed. If the control is from deceleration to acceleration, the f3 auxiliary switching curve will be used.

理解を容易にするため、以上の一連の制御を第
7図を用いて説明すれば次の通りである。
To facilitate understanding, the above series of controls will be explained using FIG. 7 as follows.

第7図aは移動体AとBの動きを示すもので、
は切期状態である。こゝで、 移動体A…(XM、X〓M)、=(XMO、X〓MO) 移動体B…(XL、X〓L)=(XLO、X〓LO) 目標点は(XLr、X〓Lr)=(0、0)とする。
Figure 7a shows the movement of moving bodies A and B.
is in an expiration state. Here, moving body A... (X M , X〓 M ), = (X MO , X〓 MO ) Moving body B... (X L , X〓 L ) = (X LO , (X Lr , X〓 Lr )=(0, 0).

先ず(e、e〓)が(L/2、0)でないので、つま り加速側にギヤツプLがあるので、のように前
述の加速→減速のギヤツプ制御を行なつてのよ
うに駆動部の移動体Aを(L/2、0)へ移行、即 ちギヤツプを0とする。
First, since (e, e〓) is not (L/2, 0), that is, there is a gap L on the acceleration side, the drive unit moves as described above by performing the acceleration → deceleration gap control. Shift body A to (L/2, 0), that is, set the gap to 0.

この状況が第7図bの→→である。 This situation is →→ in FIG. 7b.

この状態で駆動部と負荷部とは一体となつて負
荷の移動制御が行なわれ、第7図cに示すように
→′へと移行して行く。
In this state, the drive section and the load section work together to control the movement of the load, and the shift progresses from →' as shown in FIG. 7c.

f1補助切替曲線に達すると、次いでギヤツプの
状態を変える制御、即ち減速側のギヤツプを0に
する制御が行なわれ、′→へと移行する。
When the f 1 auxiliary switching curve is reached, control is then performed to change the state of the gap, that is, control to set the gap on the deceleration side to 0 is performed, and the shift shifts to '→.

このようにして第7図cの′に到達すると、
今度は減速制御が開始され、先ず第7図bにおけ
る′→→の減速→加速制御によつて減速側
のギヤツプを0にし、然る後点から減速制御が
行なわれ、目標点の(0、0)に到達する。
In this way, when we reach 'c' in Figure 7,
This time, deceleration control is started, and first, the gap on the deceleration side is brought to 0 by the deceleration → acceleration control of '→→ in FIG. 0) is reached.

上記一連の制御における操作量の与え方を示す
と、第8図に示す通りである。
The manner in which the manipulated variables are given in the series of controls described above is shown in FIG.

以上の説明から明らかなように、本発明実施に
必要な点は切替曲線の決定と、アクチユエータの
減速点(逆の場合は加速点)を負荷の状態から判
断して決めることである。その切替点の条件を整
理して列挙すると次の通りである。
As is clear from the above description, what is necessary to implement the present invention is to determine the switching curve and to determine the deceleration point (acceleration point in the opposite case) of the actuator based on the load condition. The conditions for the switching point are summarized and listed as follows.

f6:e=−JM/2unax・e〓2+L/2e〓>0 f7:e=JM/2unax・e〓2−L/2e〓<0 f2:XL=−JLM/2unax・X〓L 2X〓L≧0 f4:XL=JLM/2unaxX〓L 2X〓L<0 f1:XL=−JLM/2unax・X〓L 2−ToXLX〓L≧0 f3:XL=JLM/2unaxX〓L 2+ToXLX〓L<0 上記切替曲線は装置が決まれば、容易に決定さ
れるものであるが、汎用制御装置としては、数種
の慣性モーメント及び操作量に関して予め計算し
て複数本用意しておき、実際の使用時にそれらを
手動で、例えば設定ピンで選択したり、位置・速
度の変化から自動的に選択するように構成するこ
とが望ましい。
f 6 : e=-J M /2u nax・e〓 2 +L/2e〓>0 f 7 : e=J M /2u nax・e〓 2 −L/2e〓<0 f 2 :XL= -J LM /2u nax X〓 L 2 X〓 L0 f 4 X L =J LM 2u nax 2 −ToX L X〓 L 0 f 3 :XL = J LM /2u nax As a general-purpose control device, several types of inertia moment and operation amount can be calculated in advance and prepared, and during actual use, they can be selected manually, for example with a setting pin, or automatically based on changes in position and speed. It is desirable to configure the system so that it can be selectively selected.

また、各切替曲線としては実用上折線近似曲線
を以つて代えてもよい。
In addition, each switching curve may be replaced with a broken line approximate curve in practice.

移動体の位置・速度が前記切替曲線に達したか
否かの判断は、切替曲線との差が微少になつた時
判定するようにすればよい。
Whether or not the position and speed of the moving body have reached the switching curve may be determined when the difference from the switching curve becomes small.

第9図はモータMによりバツクラツシユのある
動力伝達機構11を介して負荷12を駆動する場
合に本発明を適用した場合の一実施例に示すもの
で、13はモータMに連続された速度検出器TG1
とパルス発生器を使つた位置検出器PG1の検出信
号と、負荷12に連結された速度検出器TG2とパ
ルス発生器を使つた位置検出器PG2の検出信号
と、予め設定又はそれら検出信号により選択した
f1、f2、f3、f4、f6、f7切管曲線とから、切替装置
14及び15の切替信号を送出するミニコン等か
ら成る判断装置、16は加速側のギヤツプ制御を
行うための関数発生器16−1と、減速側のギヤ
ツプ制御を行うための関数発生器16−2を備え
た関数発生器、17はギヤツプ巾設定装置、18
は負荷側の位置・速度が、f2又はf4切替曲線に達
してから目標位置まで指令信号dを送出する指令
装置、19は目標位置設定装置、20は指令信号
により、一定電圧最大(操作量u)をモータMに
与えて駆動する駆動装置である。
FIG. 9 shows an embodiment in which the present invention is applied when a load 12 is driven by a motor M via a power transmission mechanism 11 with bumps, and 13 is a speed detector connected to the motor M. TG 1
and the detection signal of the position detector PG 1 using a pulse generator, the detection signal of the speed detector TG 2 connected to the load 12 and the position detector PG 2 using a pulse generator, and the preset or detected signals. selected by signal
A judgment device consisting of a minicomputer or the like sends switching signals for switching devices 14 and 15 from the f 1 , f 2 , f 3 , f 4 , f 6 , f 7 cut pipe curves, and 16 performs gap control on the acceleration side. 17 is a gap width setting device; 18
1 is a command device that sends a command signal d to the target position after the load side position/velocity reaches the f 2 or f 4 switching curve; 19 is a target position setting device; This is a drive device that applies a quantity u) to a motor M to drive it.

判断装置13における切替装置14,15の切
替信号を得るため判定フローチヤートを示すと第
10図に示す通りである。
A determination flowchart for obtaining switching signals of the switching devices 14 and 15 in the determination device 13 is shown in FIG.

今、始動時にバツクラツシユによるギヤツプが
加速側にあると、先ず判断装置13により切替装
置14,15が14b,15b側に切換えられて
モータMを加速制御し、次いで切替装置15が1
5aに切換えられて加速制御されてギヤツプが0
になる。
Now, when the gap due to buck crush is on the acceleration side at the time of starting, first, the switching device 13 is switched to the 14b, 15b side to control the acceleration of the motor M, and then the switching device 15 is switched to the 14b, 15b side.
It is switched to 5a and the acceleration is controlled and the gap is 0.
become.

次に切替装置15が15bに切り替わり、モー
タMは加速制御される。前述のf1補助切替曲線上
の値に位置・速度が達すると、切替装置15が1
5a側に切り替わつて減速制御に入り、判断装置
13に入力する駆動側の位置・速度がf7切替曲線
上の値と一致すると、切替装置15が15b側に
切替えられて加速制御に移り、減速側のギヤツプ
を0とする。
Next, the switching device 15 is switched to 15b, and the motor M is accelerated. When the position/velocity reaches the value on the f1 auxiliary switching curve mentioned above, the switching device 15 switches to 1.
When the switching device 15 switches to the 15b side and enters deceleration control, and the position and speed of the drive side input to the judgment device 13 match the values on the f7 switching curve, the switching device 15 switches to the 15b side and shifts to acceleration control. The gap on the deceleration side is set to 0.

このギヤツプ0の時点で負荷側の位置と速度
XL、X〓Lはf2切替曲線上に達するので、今度は切
替装置14が14aに切り替えられて、目標値に
達するまで減速制御されることになる。
At this time of gap 0, the position and speed of the load side
Since X L and X〓 L reach the f 2 switching curve, the switching device 14 is now switched to 14a, and deceleration control is performed until the target value is reached.

バツクラツシユがなく、負荷の速度に制限があ
る場合には加減速切替曲線は第1図の場合とは異
なり第11図の如くになる。
When there is no backlash and there is a limit to the speed of the load, the acceleration/deceleration switching curve will be as shown in FIG. 11, different from that shown in FIG.

このような場合には任意の点P(x、x)から
原点へ到達させる方策は、途中に操作量を0と
し、一定速度Vnaxを保つ制御が加わることにな
る。
In such a case, the strategy for reaching the origin from an arbitrary point P (x, x) is to set the manipulated variable to 0 midway and add control to maintain a constant speed V nax .

このことは、バツクラツシユを有する系の制御
の場合にも全く同様のことが成り立つため、f1
f2、f3、f4の切替曲線としてある速度制限内につ
いてのみ関数を設定しておけば、速度制限値に達
した時に操作量を0とすることにより、本発明の
制御方式はそのまゝ適用することができる。
The same thing holds true for the control of a system with backlash, so f 1 ,
By setting a function only within a certain speed limit as the switching curve of f 2 , f 3 , and f 4 , the control method of the present invention can be used as is by setting the manipulated variable to 0 when the speed limit value is reached.ゝCan be applied.

本発明による制御方式は、移動体に摩擦力が作
用しない場合に最も効果があるが、若し摩擦力が
あつたり、他の不確定要素がある場合には、実施
例中の駆動装置20の特性を第12図に示すよう
な特性(線形制御とする)のものに変えることに
より本発明方式を有効に活かすことができる。
The control method according to the present invention is most effective when no frictional force acts on the moving body, but if there is a frictional force or other uncertain factors, the control method of the drive device 20 in the embodiment The system of the present invention can be effectively utilized by changing the characteristics to those shown in FIG. 12 (linear control).

つまり、ある程度の線形範囲を有せしめること
により、“d”の値の正、負により最大操作量を
加えることなくその差に比例した操作量を与える
ことにより制御を効果的に行うことができるよう
になる。
In other words, by providing a certain degree of linear range, control can be performed effectively by giving a manipulated variable proportional to the difference between positive and negative values of "d" without adding the maximum manipulated variable. become.

以上のように、本発明によれば、バツクラツシ
ユがあつてもバツクラツシユ部で衝突を生じず、
従つて機械寿命を大巾に上げることができ、しか
も機械組立に無理な精度を要求する必要がなくな
るという製作上の利点があり、制御系としてバツ
クラツシユが閉ループ内に存在しても安定性が完
全に保証されることになることと相俟つて工業上
優れた発明である。
As described above, according to the present invention, even if there is a backlash, a collision does not occur at the backlash portion, and
Therefore, the life of the machine can be greatly extended, and there is also a manufacturing advantage in that there is no need to require unreasonable precision in machine assembly, and the control system is completely stable even if the backlash is in a closed loop. This is an industrially excellent invention, as it is guaranteed that the

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はバツクラツシユを有しない移動装置に
おける加速及び減速切替曲線を示す図、第2図は
バツクラツシユを有する動力伝達機機構の制御系
のブロツク図、第3図はバツクラツシユ部のモデ
ル部、第4図はバツクラツシユによるギヤツプの
制御方法の説明図、第5図は負荷の任意の速度と
T0時間で移動する距離との関係を示す図、第6
図は加速・減速切替曲線と補助切替曲線との関係
を示す図、第7図は、バツクラツシユを有する移
動装置の制御方法を示す説明図、第8図は操作量
の与え方の一例を示す図、第9図は本発明の実施
例のブロツク図、第10図は判断装置におけるフ
ローチヤート、第11図は負荷速度に制限がある
場合の制御方法を示す図、第12図は駆動装置の
異なる実施例を示すブロツク図である。 M……駆動モータ、11……バツクラツシユの
ある動力伝達機構、TG1,TG2……速度検出器、
PG1,PG2……位置検出器、12……負荷、13
……判断装置、14,15……切替装置、16…
…関数発生器、17……ギヤツプ巾設定装置、1
8……指令装置、19……目標位置設定装置、2
0……駆動装置。
Fig. 1 is a diagram showing acceleration and deceleration switching curves in a moving device without backlash, Fig. 2 is a block diagram of the control system of a power transmission mechanism with backlash, Fig. 3 is a model of the backlash section, and Fig. 4 is a diagram showing a control system of a power transmission mechanism with backlash. The figure is an explanatory diagram of the gap control method using backlash, and Figure 5 shows the speed of the load
Diagram showing the relationship with the distance traveled in T 0 time, 6th
The figure shows the relationship between the acceleration/deceleration switching curve and the auxiliary switching curve, Figure 7 is an explanatory diagram showing a method of controlling a moving device with backlash, and Figure 8 is a diagram showing an example of how to give a manipulated variable. , FIG. 9 is a block diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 10 is a flowchart of the judgment device, FIG. 11 is a diagram showing a control method when there is a limit on the load speed, and FIG. 12 is a diagram showing a control method when the load speed is limited. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment. M... Drive motor, 11... Power transmission mechanism with bumps, TG 1 , TG 2 ... Speed detector,
PG 1 , PG 2 ... Position detector, 12 ... Load, 13
...Determination device, 14, 15...Switching device, 16...
...Function generator, 17...Gap width setting device, 1
8... Command device, 19... Target position setting device, 2
0...Drive device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 駆動側の移動体Aと負荷側の移動体Bとの間
にバツクラツシユによるギヤツプが存在する移動
機械において、前記移動体A、Bおよびギヤツプ
の位置と速度をそれぞれ(XM、X〓M)、(XL
X〓L)、(e、e〓)とし、バツクラツシユの巾をLと
するとき、 a 負荷を加速するのか減速するのかを(XL
X〓L)位相面にて判定し、加速の場合には加速
側接触(e、e〓)=(L/2、0)を減速の場合には 減速側接触(−L/2、0)を指令する。 b ギヤツプの状態(e、e〓)が指定された接触
状態であるかどうかを判定する c ギヤツプの状態(e、e〓)が指令の状態にな
るように操作量を決定するギヤツプ制御 d ギヤツプの状態が指令された状態にあるとき
負荷の状態(XL、X〓L)が指令の状態となるよ
うに操作量を決定する負荷位置制御 e ギヤツプ状態の判定に基づき、ギヤツプ制御
と負荷位置制御とを切替える 機能を備え、正(負)方向の位置決めを 衝突なしで正方向接触(e、e〓)=(L/2、
0)(負方向接触(−L/2、0)) 正(負)方向へ負荷を加速 定速(省略可) 加・減速判定に基づき減速を指令 衝突なしで負方向接触(−L/2、0)、(正
方向)接触(L/2、0)) 負(正)方向へ負荷を減速 停止、位置決め の手順で行うことを特徴とするバツクラツシユの
存在とその量に無関係に高精度かつ高応答の位置
制御を可能とするバツクラツシユを有する移動機
械の制御方法。 2 非線形制御の移動制御装置を使用し、且つギ
ヤツプ制御を非線形制御によつて行うことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の移動機械の制
御方式。
[Scope of Claims] 1. In a mobile machine in which a gap due to backlash exists between a movable body A on the drive side and a movable body B on the load side, the positions and speeds of the movable bodies A, B and the gap are respectively expressed as (X M , X〓 M ), (X L ,
When X〓 L ), (e, e〓) and the width of the backlash is L, a determine whether to accelerate or decelerate the load (X L ,
X〓 L ) Judging from the phase plane, in case of acceleration, acceleration side contact (e, e〓) = (L/2, 0), in case of deceleration, deceleration side contact (-L/2, 0) command. b Determine whether the state of the gap (e, e〓) is in the specified contact state c Gap control that determines the amount of operation so that the state of the gap (e, e〓) becomes the commanded state d Gap control Load position control that determines the amount of operation so that the load state (X L , X〓 L ) becomes the commanded state when the state of Equipped with a function to switch between control and positioning in the positive (negative) direction without collision (e, e〓) = (L/2,
0) (Negative direction contact (-L/2, 0)) Accelerate the load in the positive (negative) direction Constant speed (optional) Command deceleration based on acceleration/deceleration judgment Negative direction contact (-L/2) without collision , 0), (positive direction) contact (L/2, 0)) Decelerates the load in the negative (positive) direction, and achieves high accuracy and A method for controlling a mobile machine having a backlash that enables highly responsive position control. 2. A control system for a mobile machine according to claim 1, characterized in that a movement control device with nonlinear control is used, and the gap control is performed by nonlinear control.
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