JPH029366Y2

JPH029366Y2 -

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Publication number: JPH029366Y2
Application number: JP1987076747U
Authority: JP
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1990-03-08
Also published as: JPS62199813U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、サーボ制御装置に関し、詳細には常
時位置帰還がかけられている閉ループ位置決め制
御系のサーボ制御装置に関する。

例えば、XYプロツタやロボツトなどの多軸制
御においては、目標位置が与えられると共に、該
目標位置に向う間の速度が指示速度として与えら
れる。このような位置決め装置は、特開昭47−
21585号公報等に開示されている。

このような指示速度を与えつつ目標位置に向う
制御を行なう場合、１つの重要な技術上の問題点
が存在する。それは、サーボ系の取り得る最大加
速度を考慮することである。

つまり、位置帰還をかけたサーボ制御装置にお
いて、現在位置と目標位置との間の差である移動
量をステツプ状の比較位置関数として与えて位置
制御を行なおうとすると、この比較位置関数に忠
実に従つて制御するためには、最高速度がほぼ無
限大に近いような速度特性をもつ移動装置を使用
しなければならないことになる。

しかしながら、現実には移動装置の最高速度は
それほど高くなく、また加速性能も低いので、そ
の結果、目標位置付近において振動を生ずるとい
う状態を呈し、また最大加速度を超えた指示が与
えられると、サーボ装置はそれに追従できず、位
置偏差が徐々に増大し、結果的にサーボ装置が暴
走するということも生じる。

また、目標位置と速度指令を同時に与えるよう
な位置決め装置においては、エンコーダ等の位置
検出器により得た現位置情報をフイードバツク
し、この現位置情報と目標位置との偏差に基づい
て作成した速度指令と与えられた速度指令とを比
較して両指令の切替えを行なうようにしている。

従つて、前述の位置決め装置においては、フイ
ードバツクループ中に被制御体の機械系特有の遅
れ要素や共振周波数を含み、更に前述のような速
度指令の切替によるスイツチング現象、速度指令
発生用の平方根の関数発生器等の非線形要素を含
むことになり、機械共振系の制御を確実に行なう
ことができないといつた問題があつた。

従つて、本考案の目的は、位置帰還がかけられ
ている閉ループ位置決め制御系において、機械共
振系の制御を確実に行なうことが可能となり、且
つ正確な位置決めを迅速且つ安全に行なうことが
できるサーボ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本考案は、サーボ装
置の移動によつて与えられる位置を検出し、該位
置が与えられた目標位置と合致するよう制御する
位置決めサーボ制御装置において、上記制御の間における指示速度情報と上記制御
系に固有の最大加速度を越えない範囲の加速度を
もつて時間的に変化する第１の比較速度情報とが
入力される比較手段を有し、該比較手段の出力に
よつて上記第１の比較速度情報を上記指示速度情
報に追従するよう変化させる第１の比較速度情報
生成部、上記与えられた目標位置に対応する目標位置情
報と入力される比較位置情報との偏差値にもとづ
いて当該偏差値が零となる時点で速度が零となる
ような第２の比較速度情報を生成する第２の比較
速度情報生成部、入力される第１と第２の比較速度情報を比較
し、小さい方の比較速度情報を出力するよう切替
える切替手段、および上記小さい方の比較速度情報にもとづい
て比較位置情報を生成すると共にサーボ装置の上
記比較速度情報の生成情報にもとづいた比較加速
度情報を生成する比較位置情報兼比較加速度情報
生成部、を有する関数発生部と、上記比較位置情報兼比較加速度情報生成部によ
つて得られた比較位置情報と上記サーボ装置の移
動によつて与えられる位置に対応する現位置情報
との偏差を算出する位置偏差算出部、および上記
位置偏差にもとづいて速度偏差を推定して算出す
る速度偏差算出部を有し、上記位置偏差および速
度偏差にもとづいて、当該サーボ装置に対する操
作量の補正値を生成し、当該操作量補正値に上記
比較加速度情報を合成して操作量とし、当該サー
ボ装置を駆動する制御部と、を備えることを特徴とする。

以下本考案の実施例を図面を参照しつつ説明す
る。

第１図は本考案の一実施例構成、第２図および
第３図は動作を説明する説明図を示す。

第１図において、１は第１の比較器であつて図
示指示速度v_cと後述するカウンタ４の内容で与え
られる比較速度v_rとの大きさを比較してスイツチ
３を駆動する。２は発振器であつてサーボ系の取
り得る最大加速度に対応して定められる周波数を
もつており、カウンタ４の内容をカウント・アツ
プあるいはカウント・ダウンする。３はスイツチ
であつて比較器１の比較結果によつて、図示「ａ
＜ｃ」位置、「ａ＝ｃ」位置、および「ａ＞ｃ」
位置をとるようにされる。４はカウンタであつて
上述の如く発振器２の出力をカウント・アツプあ
るいはカウント・ダウンして、上述の比較速度v_r
をつくる。５は減算器であつて与えられる目標位
置x_cと後述する比較位置x_rとの差をつくる。６は
平方根発生用ROMであつて入力｜x_c−x_r｜の平
方根に対応した出力を発し、制御の最終ステツプ
における目標位置x_cに向う減速を定加速度による
ようにする。７は第２の比較器であつて上記最終
ステツプの制御に切替わる切替わり点を検出す
る。８はスイツチであつて上記最終ステツプにお
いて図示の状態から下方に切替えられる。９は
Ｄ／Ａ変換器で上記比較速度v_rのアナログ値をつ
くる。１０は電圧・周波数変換回路であつて比較
速度v_rのアナログ電圧の大きさに応じた周波数を
発生して後述のカウンタ１１にデジタル入力を与
える。１１はカウンタであつて変換回路１０の出
力をカウントして即ち比較速度v_rを積分して比較
位置x_rを生成する。１２は微分回路であつて比較
速度v_rを微分して比較加速度a_rをつくる。１３は
減算回路であつて増幅器１４を制御する。１４は
増幅器であつてモータ１５に対する駆動電流を与
える。１５はサーボ・モータ、１６はエンコーダ
であつてサーボ・モータ１５の回転数を検出する
ものを夫々表わしている。

また１７はカウンタであつてエンコーダ１６の
出力をカウントして、サーボ装置の現位置ｘを生
成する。１８は減算器であつて上記比較位置x_rと
上記現位置ｘとの差即ち位置偏差（ｘ−x_r）をつ
くる。１９はＤ／Ａ変換器であつて上記偏差のア
ナログ値をつくる。２０は速度偏差推定器であつ
て速度偏差を生成する。２１は閉ループ制御器で
あつていわゆるフイード・バツク係数を与える。
なお、本願考案にいう「第１の比較速度情報生成
部」は第１図図示の符号１，２，３，４に対応す
る部分に該当し、「第２の比較速度情報生成部」
は第１図図示の符号５，６に対応する部分に該当
し、「切替手段」は第１図図示の符号７，８に対
応する部分に該当し、「比較位置情報兼比較加速
度情報生成部」は第１図図示の符号９，１０，１
１，１２に対応する部分に該当し、「関数発生部」
は第１図図示の符号１ないし１２に対応する部分
に該当し、「制御部」は第１図図示の符号１３，
１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２
１に対応する部分に該当している。

以下、動作を第２図および第３図を参照しつつ
説明する。

第１図において、静止時にカウンタ４の値は零
であり、Ｖ／Ｆ変換回路１０の発振は停止してい
て、カウンタ１１の値はそれ以前から与えられて
いる目標位置x_cの値と一致したまま動かない。ま
たカウンタ１７の値は閉ループ制御器２１の働ら
きによつて同じ値に保持されている。

次の移動のために新らたな目標位置x_cが設定さ
れかつ適当な指示速度v_c1（第２図）が与えられる
と、比較器１によつてスイツチ３が動作して発振
器２のパルス列はカウンタ４をカウント・アツプ
する。一方目標位置x_cはステツプ状に変化されて
も、カウンタ１１の値x_rはいまだ殆んど動いてい
ないので、ROM６の出力は第２図図示ｂの如く
大きい値（｜x_c−x_r｜）が大）となつているため
に、比較器７によつてスイツチ８はａ＜ｂ側に倒
れている。したがつて、カウンタ４の値がＤ／Ａ
変換器９に供給されている。Ｄ／Ａ変換器９の出
力は第２図図示ａ即ち比較速度v_rであり、この信
号をもとにしてサーボモータを駆動する。即ち、
Ｖ／Ｆ変換器１０とカウンタ１１とによつて積分
されたデジタル量の比較位置信号x_rと微分器１２
を通して得たアナログ量の比較加速度a_rとが閉ル
ープ制御系に送られ、サーボモータ１５を回転駆
動する。

この状態でカウンタ４の値が指示速度v_c1に等
しくなると、スイツチ３はａ＝ｃ位置に切替わ
り、以後定速制御に入る。以下、指示速度がv_c2，
v_c3……のように切替わるたびにスイツチ３が動
かされ、カウンタ４の値を増減する。

そのうちに、カウンタ１１の値x_rが目標位置x_c
に近づいてくると、ROM６の出力は｜x_c−x_r｜
の減小につれて小さくなり、カウンタ４の値以下
になると、比較器７が動作してスイツチ８をａ≧
ｂ側に倒し、ROM６の出力がＤ／Ａ変換器９に
導びかれて最終ステツプに入つて第２図の線ｂに
したがつた減速が行なわれる。そしてx_c＝x_rとな
つたときROM６の出力は零となり、Ｖ／Ｆ変換
器１０は発振を停止して再び静止状状態になる。

この場合、発振器の発振周波数とROM６の平
方根関数の利得とを適当に調整することによつ
て、加速・減速時の加速度を第２図図示の加速度
グラフのように同じにすることができる。なお、
発振器２の発振周波数と加速度との間には次の関
係がある。

（加速度）＝（カウンタ４の1_LSBに対応する速度）
×（発振周波数） −(1) またROM６のサイズ（アドレス数やビツト
数）は有限であるので、第３図図示のように｜x_c
−x_r｜の大きい所で出力を飽和させるようにする
と、第３図図示Ｐ点を境として定加速領域
（ROM６の非飽和領域）と定速領域（ROM６の
飽和領域）ができる。この点Ｐは第２図図示の点
Ｐに対応しており、スイツチ８の切替えがROM
６の非飽和領域のどの点で行なわれても同じ加速
度をもつて減速を行なうことが可能となる。なお
例えば点ＰにおけるROM６の入・出力デジタル
量と位置の差｜x_c−x_r｜、および速度v_rの対応付
けから、加速度は（加速度）＝（Ｐ点における速度）²／２×（Ｐ点にお
ける位置の差）−(2) で与えられる。

以上説明したように、本考案によれば、関数発
生器の内部で閉ループ制御系固有の最大加速度を
超えない範囲の速度関数を発生し、且つ位置、速
度、加速度の関数が相互に調和のとれた関数とし
て発生させているので、サーボ装置が暴走すると
いう問題もなく、正確な位置決めが可能となる。
更に本考案では、目標位置に基づいて速度指令を
生成する際に、比較位置関数（カウンタ１１の出
力）と目標位置との偏差値に基づいて速度指令を
生成するようにしているので、関数発生器と閉ル
ープ制御部を夫々独立したフイードバツクループ
とすることができ、モータをフイードバツク制御
する閉ループ制御系内に非線形要素が入らない形
とすることが可能となる。

従つて、閉ループ制御系では、理論的に確立し
ている線形制御理論を用いて共振系の制御を行な
うことが可能となり、位置決めを迅速且つ安定に
行なうことができる。また第１図図示の比較位置
情報x_rを目標位置情報x_cにフイードバツクせしめ
ており、制御態様の切替をスムーズに行なうこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例構成、第２図および
第３図は動作を説明する説明図を示す。図中、１は比較器、２は発振器、３はスイツ
チ、４はカウンタ、６は平方根発生用ROM、７
は比較器、１１はカウンタ、１２は微分回路、１
５はサーボ・モータ、１６はエンコーダ、１７は
カウンタ、２１は閉ループ制御器を表わす。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】サーボ装置の移動によつて与えられる位置を検
出し、該位置が与えられた目標位置と合致するよ
う制御する位置決めサーボ制御装置において、上記制御の間における指示速度情報と上記制御
系に固有の最大加速度を越えない範囲の加速度を
もつて時間的に変化する第１の比較速度情報とが
入力される比較手段を有し、該比較手段の出力に
よつて上記第１の比較速度情報を上記指示速度情
報に追従するよう変化させる第１の比較速度情報
生成部、上記与えられた目標位置に対応する目標位置情
報と入力される比較位置情報との偏差値にもとづ
いて当該偏差値が零となる時点で速度が零となる
ような第２の比較速度情報を生成する第２の比較
速度情報生成部、入力される第１と第２の比較速度情報を比較
し、小さい方の比較速度情報を出力するよう切替
える切替手段、および上記小さい方の比較速度情報にもとづい
て比較位置情報を生成すると共にサーボ装置の上
記比較速度情報の生成情報にもとづいた比較加速
度情報を生成する比較位置情報兼比較加速度情報
生成部、を有する関数発生部と、上記比較位置情報兼比較加速度情報生成部によ
つて得られた比較位置情報と上記サーボ装置の移
動によつて与えられる位置に対応する現位置情報
との偏差を算出する位置偏差算出部、および上記
位置偏差にもとづいて速度偏差を推定して算出す
る速度偏差算出部を有し、上記位置偏差および速
度偏差にもとづいて、当該サーボ装置に対する操
作量の補正値を生成し、当該操作量補正値に上記
比較加速度情報を合成して操作量とし、当該サー
ボ装置を駆動する制御部と、を備えることを特徴とするサーボ制御装置。