JPH01305406A

JPH01305406A - 位置制御装置

Info

Publication number: JPH01305406A
Application number: JP13557888A
Authority: JP
Inventors: Sadao Kikai; 木甲斐　節生; Noboru Tamura; 昇田村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1989-12-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、位置側ｍ＋装置に関する。

（従来の技術）第３図は、予め設定された目標位置または任意に変化す
る目標位置に制御系を一致させようとする位置制御装置
のうち、移動体を追従する移動体の位置制御装置のブロ
ック図を示したものである。同図の位置制御装置はモー
タ７によって回転駆動せしめられるボールネジ１上を直
進移動する基準移動体３の基準位置に対し、モータ８に
よって回転駆動せしめられるボールネジ２上を直進移動
する追従移動体４を追従位置制御するものである。具体
的には、位置制御部５が、可逆カウンタ１１によるモー
タ７の駆動によりパルス発生器９から得られるパルス計
数値と可逆カウンタ１２によるモータ８の駆動によりパ
ルス発生器１０から得られるパルス計数値の差をなくす
ように速度制御部６を介してモータ８を制御するのであ
る。

（発明が解決しようとする課題）ところで第４図はこの従来例の位置制御装置　−をブロ
ック線図と伝達関数を用いて表わしたものである。位置
制御部５の伝達関数は、比例制御の場合は第５図（ａ）
（点線で囲った部分）のように、また比例・積分制御の
場合には第５図（ｂ）（点線で囲った部分）のようにな
る。Ｓはラプラス演算子、Ｋはゲインで、制御系の応答
特性を示すパラメータの一つである。速度制御部６およ
びモータ８とからなる速度制御系１３の伝達関数中のＴ
２は一時遅れで近似した時の遅れ時定数である。

いま、移動体３が一定速度または一定加減速で移動して
いる時、十分に時間が経過した後の位置偏差、すなわち
定常位置偏差は最終値の定理を用いて求めることができ
る。第４図に示した伝達関数を有する従来例の定常位置
偏差を求めると下表のようになる。

（以下、余白）この表かられかるように位置制御部が比例・積分制御で
移動体が一定速度で移動中以外、定常位置偏差は■また
は１／Ｋを残留する。定常位置偏差が■であるというこ
とは目標値変化に制御系が追従できないことを示してい
る。１／Ｋが残留する場合、定常位置偏差を零にするに
は、原理的にはＫを充分に大きな値にすることにより可
能である。

しかしながら、位置偏差が小さいところでＫを大きくす
る、すなわち増幅度を上げて大きな操作囲を速度制御系
１３へ出力すると速度制御系１３のもつ時定数のため応
答が遅れるなどして、制御ループがハンチングや発散振
動をおこし不安定となってしまう。このためＫの取り得
る値は制御ループを安定に保つ安定ゲイン以上にするこ
とは出来ない。結局、従来例では定常位置偏差は安定ゲ
イン以下にはならず移動体３と追従移動体４の間に位置
の偏りをともなう。これは従来、位置偏差に対する操作
化の関係が線形、つまりゲインＫが一定であるためで、
移動体の移動速度が大きくなればなる程定常位置偏差は
大きくなり適確な制御が出来ない、という欠点があった
。

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
としては、定常位置偏差を低減する位置制御装置を提供
することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は上記課題を解決するために、目標位置と被制御
体の被制御位置との位置偏差をなくすことで、被制御体
の位置を制御する装置において、前記位置偏差の絶対値
が前記目標位置に対して所定位置偏差範囲内か以外かを
判定する判定手段と、この判定の結果前記位置偏差の絶
対値が前記所定位置偏差範囲内の時にはゲインを安定ゲ
インとし、前記位置偏差の絶対値が前記所定位置偏差範
囲以外の時にはゲインを前記安定ゲインより大きいゲイ
ンに切換えるためのゲイン切換手段とを備えてなること
を要旨とする。

（作用）上記構成の位置制御装置では、目標位置と被制御体の被
制御位置との位置偏差の絶対値が目標位置に対し所定位
置偏差範囲内か以外かを判定し、その結果、ゲインを前
記所定位置偏差範囲内の時には安定ゲインに、また前記
所定位置偏差範囲以外の時には前記安定ゲインより大き
いゲインに切換えるようにしたものである。

（実施例）以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する第１図は本発明の一実施例の位置制御装置のブロックを
示す図である。この位置制御部５は比例・積分制御をお
こなう。１４は判定部１５とゲイン切換器とからなるゲ
イン切換手段であり、例えばマイクロコンピュータによ
り構成されている。

判定部１５は位置偏差ｅを入力し、その位置偏差の絶対
値が、所定位置偏差範囲（０からεまでの範囲、ε＞Ｏ
）内か以外かを判定し、その結果をゲイン切換器１６へ
出力するものである。ゲイン切換器１６は判定部１５か
らの入力に基づきゲインにおよび時定数Ｔを切換える信
号をゲインスイッチ１７および時定数スイッチ１８へ出
力するものである。ゲインスイッチ１７は位置偏差に対
し、安定ゲインに２と安定ゲインより大きいゲインに＋
　　（Ｋｌ　＞Ｋ２　）とを切換えるものである。時定
数スイッチは時定数Ｔ２とこれより小さい時定数丁＋（
ＴＩ＜丁２）とを切換えるものである（ただし、比例制
御においては時定数項がないので、時定数スイッチ１８
はない）。その他の構成は第５図と同じである。

次に本実施例の作用について説明する。移動体３がモー
タ７によりボールネジ１上を直進移動すると、このモー
タ７の回転数に応じたパルスがパルス発生器９（例えば
ロータリエンコーダ）から可逆カウンタ１１へ出力され
、計数され、移動体３の位置の値（Ｐｌ）として位置制
御部５へ送出される。位置制御部５はこのＰｌと、フィ
ードバックされてきた追従移動体の位置の値（Ｐ２）と
から位置偏差０　　（＝Ｐ＋　−Ｐ２　）をとり込む。

判定部１５はこの位置偏差ｅを入力し、この位置偏差の
絶対値ｌｅｔが所定位置偏差範囲内か以外かを判定して
その判定結果をゲイン切換器１６へ出力する。この結果
ｌｅｔが所定位置偏差範囲内の時、ゲインスイッチをに
２側へ倒すと同時に、時定数スイッチもＴ２側へ倒ずく
点線で図示）。−方、１ｅ１が所定位置偏差範囲以外の
時、ゲインスイッチをに＋　　（Ｋｌ　＞Ｋ２　）側へ
倒すと同時に、時定数スイッチをＴＩ　　（ＴＩ　＜７
２　）側へ倒すく点線で図示）。この切換えにより、位
置ｔｅ　ｌが所定位置偏差範囲内では制御系ループの安
定ゲインに２および時定数Ｔ２をとり、所定位置偏差範
囲以外ではゲインに１および時定数Ｔ１をとるのである
。このようなゲインにと時定数Ｔに基づいた操作口（速
度基準）が速度制御系１３へ出力される。

このようにしてゲイン切換をおこなった時、説明を簡単
にするために、比例制御の場合の、操作量（速度基準）
と位置偏差との関係を第２図に示す。ａは従来例（−点
鎖線で図示）で、またｂは本実施例（実線で図示）で得
られる関係を各々示している。この図によれば操作間で
ある速度基準がＶε以下、零近傍の小さい（例えばＶ＋
　）時、すなわち移動体３の速度が十分に小さい時には
従来例及び本実施例共に定常位置偏差ｅｌ　は小さい。

つまり追従移動体４は移動体３に充分に追従でき、しか
もゲインに２が安定範囲内であるので安定に追従できる
。一方、速度基準が大きい（例えば、Ｖ２　）時、すな
わち移動体３が高速で移動すると従来例では定常位置偏
差ｅ２”も大きくなり、追従移動体４が追従しにくくな
ることを示してる。

これに反し、本実施例では追従移動体４は従来例よりも
移動体３に迅速に追従できるため定常位置偏差ｅ２は小
さくなる。このような本実施例の効果を従来例に比べる
と、移動体３の移動速度が大ぎくなればなる程顕著に現
われる。

したがって、本実施例によればゲインは位置偏差の小さ
い所では制御ループを不安定にしない安定ゲインに２を
とり、位置偏差の大きい所では大きいゲインに＋　　（
Ｋｌ　＞Ｋ２　）で増幅度を上げ、しかも時定数を小さ
いＴＩ　　（ＴＩ　＜７２　）とるので、高速で移動す
る移動体に容易に追従できる、すなわち定常位置偏差を
小さくすることができる。

なお、本実施例において説明を簡単にするために比例制
御の場合の効果を用いたが、比例・積分制御の場合にも
同様の効果が得られる。

また、本実施例において位置制御部の制御方法として比
例・積分制御を用いたが本発明はこれにとられれるもの
ではなく例えば比例・微分制御であってもよい。

さらに移動物体および追従物体の位置検出にモータの回
転からパルス発生器によりおこなう方法を用いたが本発
明はこれにとられれるものではなく例えば方位や角度か
ら光や磁気などを用いておこなってもよい。

また、移動物体や追従移動体は例えば飛行物体や自動車
などであってもよい。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、目標位置と被
制御体の被制御位置との位置偏差の絶対値が目標位置に
対し所定位置偏差範囲内か以外かを判定し、その結果、
ゲインを前記所定位置偏差範囲内の時には安定ゲインに
、また前記所定位置偏差範囲以外の時には前記安定ゲイ
ンより大ぎいゲインに切換えるようにしたので、定常位
置偏差を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

Ｍ１図は本発明の一実施例である位置制御部のブロック
を示す図、第２図は本実施例の特性を示す図、第３図は
従来例の構成を示す図、第４図は従来例のブロック線図
、第５図は伝達関数を示す図である。１．２・・・ボールネジ　　３・・・移動体４・・・追
従移動体　　　　５・・・位置制御部６・・・速度制御
部　　　　７，８・・・モータ９．１０・・・パルス発
生器１１．１２・・・可逆カウンタ１３・・・速度制御系　　　１４・・・ゲイン切換手段
１５・・・判定部　　　　　１６・・・ゲイン切換器１
７・・・ゲインスイッチ　１８・・・時定数スイツヂ代
理人　弁理士　　則　近　　憲　佑代理人　弁理士　　第　子　丸　　健第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）目標位置と被制御体の被制御位置との位置偏差を
なくすことで、被制御体の位置を制御する装置において
、前記位置偏差の絶対値が前記目標位置に対して所定位置
偏差範囲内か以外かを判定する判定手段と、この判定の結果前記位置偏差の絶対値が前記所定位置偏
差範囲内のときにはゲインを安定ゲインとし、前記位置
偏差の絶対値が前記所定位置偏差範囲以外のときにはゲ
インを前記安定ゲインより大きいゲインに切換えるため
のゲイン切換手段とを備えてなることを特徴とする位置
制御装置。