JPH02139606A - 位置制御装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は可動体の並進移動または回転移動などに伴いパ
ルス信号を出力するディジタル型位置センサを用いて、
可動体が目標位置あるいは目標変位に追従するように可
動体の位置を制御する位置制御装置に関するものである
。

従来の技術 近年、ロボット等に代表されるＦＡ機器や、複写機、プ
リンター等のＯＡ機器の発達に伴い、可動体を目標の位
置プロフィールに、より高精度に追従させる要求が高ま
ってきている。

従来、可動体を目標の位置プロフィールに高精度に追従
させる方法として、制御系のディジタル化に伴い、一定
の時間間隔毎に可動体の位置や変位を検出し、目標値と
検出値を用いてフィードバック信号を生成し、制御対象
にフィードバック信号をフィードバックして制御を行っ
ている。しかしながら、前記のような構成では、一定時
間間隔毎にディジタル型位置センサを用いて位置検出を
行うので、位置検出の量子化誤差が必然的に発生し、位
置追従精度の向上を阻害していた。

そこで、前記量子化誤差をなくす方式として、位置検出
手段が所定のパルス数をカウントする毎に、その時点で
の時間を求め、さらにその時間に対応した目標値である
目標位置あるいは目標変位を求めて、位置検出器の検出
値と目標値を用いてフィードバック信号を生成し、制御
対象にフィードバックして可動体の位置を制御する方式
が発明された。（例えば特願昭６２−９８９２６号）発
明が解決しようとする課題 しかしながら、位置検出手段が所定のパルス数をカウン
トする毎に、フィードバック信号を生成し制御対象にフ
ィードバックするため、極端に速い運動や遅い運動を行
なう場合、時間間隔（サンプリング周期）が変化し固定
ゲインでは不安定になる。従って、速度変動の少ない運
動には有効であったが、速度変動が著しい運動には不向
きであった０本発明は前記課題に鑑み、速度変動の大小
にかかわらず安定性を確保し、高精度な位置追従性を得
るための位置制御装置を提供することを目的としている
。

ＪＭを解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明の位置制御装置にお
いては、時間計測手段によって求めた時間間隔に応じて
制御ゲインを変更する機能を制御手段に取り付けており
、制御手段が比例動作、微分動作、積分動作のいずれか
または複数動作を備えている場合には、各動作に対応す
る時間間隔のべき乗との積が一定となるように各動作の
ゲインを変化させる、または、記憶手段に記憶された各
動作のゲインと該ゲインに対応する時間間隔の幅とを参
照し、前記時間間隔に応じて各動作のゲインを切り替え
ることで安定化を図るものである。

作用 本発明は前記した構成によって、位置検出手段が所定の
パルス数をカウントする時間間隔に応じてフィードバッ
クゲインを変更するため、時間間隔の変化による不安定
化要素を取り除くことができる。その結果、ある一定の
時間間隔で最適ゲインが決定できれば、本発明により時
間間隔の変化にかかわらず可動体の位置制御が可能とな
る。

実施例 以下本発明の一実施例の位置制御装置について、図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるモータの制御な
ど、伝達関数Ｈ（Ｓ）が、 Ｈ（Ｓ）−Ｆｎ／Ｍ−３２ で与えられる制御対象において、比例動作、微分動作、
積分動作のいずれかまたは複数動作を備えて位置制御す
る場合の一例であるＰＩＤ動作のブロック図を示すもの
である。第１図において、１１は制御対象、１２は比例
補償器、１３は微分補償器、１４は積分補償器であり、
ＺはＺ−１が遅延を意味する演算素子、Ｘは変位値、Ｘ
ｒはＸの目標値、Ｍは質量または慣性モーメント、Ｆｎ
は力定数またはトルク定数、Ｔは時間間隔（サンプリン
グ間隔）、ＫＰは比例動作の比例ゲイン、ＫＶは微分動
作の微分ゲイン、Ｋｌは積分動作の積分ゲインである。

以上のように構成された制御システムにおいて、閉ルー
プシステムの伝達関数Ｘ　／　Ｘ　ｒは、Ｘｒ Ａ　　（Ｚ） Ａ（Ｚ）＝２−Ｍ−Ｔ−２２・　（Ｚ−１）”＋　（Ｋ
Ｐ　・（Ｚ−１）　＋ＫＩ・Ｔ−Ｚ）　−Ｆｎ４３・Ｚ
　・（Ｚ＋１）＋にＶ−Ｆｎ−Ｔ”　・（Ｚ−１）”　
・（Ｚ＋１）となり、時間間隔Ｔによってシステムの伝
達関数が変化する。そこで、比例ゲインＫＰ、微分ゲイ
ンＫＶ、積分ゲインＫｌを、 ＫＰ＝ＫＰ”／　’ｌ”　２ ＫＶ　＝ＫＶ　”　／Ｔ Ｋｌ　＝ＫＩ　”　／Ｔ３ ＫＰ”、ＫＶ”、Ｋｌ”　ニ一定 と置くことで閉ループ系の伝達関数は、Ｘｒ Ｆｎ　・［（ＫＰ”＋ＫＩ”）−Ｚ３＋に１”・Ｚ”−
ＫＰ”　・Ｚ］／２／ＭＢ　　（Ｚ） Ｂ（Ｚ）−Ｚ’−３・　Ｚ’ ＋（Ｆｎ／２／Ｍ）　・［（ＫＶ”＋ＫＰ”＋ＫＩ”＋
３）　・Ｚ”＋　（Ｋｌ”−ＫＶ”−１）　・Ｚ”−（
ＫＶ”＋ＫＰ”）　−Ｚ　　＋ＫＶ”１となり、伝達関
数は時間間隔Ｔの影響を受けずに一定となる。

以上のように本実施例によれば、比例ゲインは時間間隔
の２乗値との積が、微分ゲインは時間間隔との積が、積
分ゲインは時間間隔の３乗値との積がそれぞれ一定値と
なるように各ゲインを変更することにより、時間間隔の
変化による不安定化要素を取り除くことができる。

以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。

第２図は第１図の制御システムにおいて、一定ゲインの
元で時間間隔の変動による極の移動を示した図である。

第２図において、図中の矢印は時間間隔が長くなるにつ
れて極が移動する方向を示す、第２図から時間間隔の変
化に伴い、極が単位円の外にでて、システムが不安定と
なる場合が生じる。そこで、数種のゲインと、各ゲイン
に置ける閉ループ系の極が単位円内に存在する時間間隔
の幅とを記憶装置により記憶しておき、制御手段が前記
記憶手段のデータを参照し、時間計測手段によって計測
された時間間隔に対応する各動作のゲインに切り替える
ようにする。

以上のように、記憶されたデータを参照し、時間間隔に
対応する各動作のゲインに切り替えることで、時間間隔
の変動による不安定化を防ぐことができる。

なお、第１の実施例において制御システムを第１図のよ
うに決めたが、制御システムは前向きＰＩＤ動作や、Ｉ
ＰＤ動作、さらにはＰＤ動作、Ｐ１動作等でもよい。

また、第２の実施例で制御対象の伝達関数をＦｎ／Ｍ−
３２としたが、他の一般的な伝達関数の制御対象でもよ
い。

発明の効果 以上のように本発明は、位置検出器が一定のパルス数を
検出する毎に、その時点での時間及び時間間隔を求め、
その時間に対応した目標値を生成し、さらに時間間隔に
応じて制御ゲインを変化させてフィードバック量を生成
してフィードバックする事により、可動体の速度変動に
ががゎらず常に安定性を確保しつつ、高精度な位置追従
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるＰＩＤ動作のブ
ロック図、第２図は第１図の制御システムにおいて、一
定ゲインの元で時間間隔の変動による極の移動を示した
極配置図である。 １１・・・・・・制御対象、１２・・・・・・比例補償
器、１３・・・・・・微分補償器、１４・・・・・・積
分補償器。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はが１名第 図 −１．５ −１．０ １．０ ｆ’ｆＥＡＬ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）可動体の並進変位または回転変位などを制御する
   装置であって、可動体が一定変位する毎にパルス信号を
   出力する位置センサと、前記パルス信号をカウントして
   変位量を検出する位置検出手段と、時間を計測する時間
   計測手段と、目標位置あるいは目標変位を生成する目標
   値生成手段と、可変ゲインを設定でき制御量を生成する
   制御手段とを備え、前記位置検出手段が所定のパルス数
   をカウントする毎に、その時間間隔及びその時点での時
   刻を前記時間計測手段より求め、前記目標値生成手段に
   より前記時刻に対応した目標値を生成し、さらに前記制
   御手段により前記時間計測手段から求めた時間間隔に応
   じてゲインを変更して前記目標値と前記位置計測手段の
   検出値から制御量を生成し、該制御量をフィードバック
   して可動体の並進変位または回転変位などを制御するこ
   とを特徴とする位置制御装置。
2. （２）制御手段が比例動作、微分動作、積分動作のいず
   れかまたは複数動作を備え、前記比例動作の比例ゲイン
   は時間計測手段より求めた時間間隔の２乗値との積が、
   前記微分動作の微分ゲインは前記時間間隔との積が、ま
   た、前記積分動作の積分ゲインは前記時間間隔の３乗値
   との積がそれぞれ一定値となるように、前記各動作のゲ
   インを変化させることを特徴とする請求項（１）記載の
   位置制御装置。
3. （３）数種の各動作のゲインと、前記ゲインに対応する
   時間間隔の幅とを記憶する記憶手段を備え、制御手段は
   前記記憶手段のデータを参照し、時間計測手段より求め
   た時間間隔に応じて、各動作のゲインを切り替えること
   を特徴とする請求項（１）記載の位置制御装置。