JPH04117508A - Position feedback controller - Google Patents

Position feedback controller

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JPH04117508A
JPH04117508A JP20862990A JP20862990A JPH04117508A JP H04117508 A JPH04117508 A JP H04117508A JP 20862990 A JP20862990 A JP 20862990A JP 20862990 A JP20862990 A JP 20862990A JP H04117508 A JPH04117508 A JP H04117508A
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JP
Japan
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feedback
interval
control device
position feedback
feedback control
Prior art date
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Pending
Application number
JP20862990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Mizutani
隆 水谷
Giyokubu Chiyou
玉武 張
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the control gain by defining the feedback interval as a specific interval for the secondary vibration characteristic of a driving system. CONSTITUTION:The vibration frequency detector 110 of a movable part 14 is provided together with a feedback interval setter 112 which sets the sampling cycle of a counter 102. The setter 112 calculates an optimum feedback interval, i.e., an optimum sampling cycle based on the detecting result of the detector 110 and then sets a cycle where a counting signal is supplied to a computing element 104 from the counter 102. In such a condition, the position is compensated through the compensation of the velocity or the current. Then the position feedback control can be effectively carried out with a time error of about pi/3 - pi vibration frequency in regard of the time error. Thus, the control gain is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は位置フィードバック制御装置、特に被制御系の
振動を考慮した装置の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a position feedback control device, and particularly to an improvement of the device in consideration of vibrations of a controlled system.

[従来の技術] 近年、極めて高精度の加工あるいは測定のため各種工作
機械、X−Yテーブル、測定機などには可動部を正確に
移動制御する制御装置が強く要望されている。
[Prior Art] In recent years, there has been a strong demand for control devices that accurately control the movement of movable parts in various machine tools, X-Y tables, measuring machines, etc. for extremely high-precision machining or measurement.

従来このような制御装置としては、モータ等の駆動部よ
りボールネジ等の駆動力伝達部を介して該駆動力伝達部
に接続された可動部(例えばテーブル、測定用プローブ
、加工ロボットのアーム等)の所定の移動制御を行って
いるものが多い。この場合、可動部の移動軌跡あるいは
停止位置を位置決めするため、可動部の位置を検出し、
その位置信号を駆動部にフィードバックして可動部の位
置を制御するのが一般的である。
Conventionally, such a control device includes a movable part (for example, a table, a measuring probe, an arm of a processing robot, etc.) connected to a driving force transmitting part such as a ball screw from a driving part such as a motor through the driving force transmitting part such as a ball screw. Many of them perform predetermined movement control. In this case, in order to determine the movement trajectory or stop position of the movable part, the position of the movable part is detected,
Generally, the position signal is fed back to the drive section to control the position of the movable section.

第16図には一般的な駆動装置の概念図が示されており
、各記号は以下の内容を示す。
FIG. 16 shows a conceptual diagram of a general drive device, and each symbol indicates the following content.

Jm、Dm:モータ(駆動部)の慣性モーメント、粘性
摩擦係数 Jd、Dd:可動部(駆動伝達部を含む)の慣性モーメ
ント、粘性摩擦係数 Kd:モータと可動部とを結合する軸 の剛性 τm:モータのロータへの印加トルク θ−(0m):モータのロータの回転変位(角速度) θd:可動部の回転変位 このように示される低剛性機構の位置決めサーボ系では
、第17図に示されるように目標値P0が入力されると
、それに対し速度レベルのゲインに/sを介して速度制
御ループの特性■および送り機構の動特性■ を介して位置p、が出力される。
Jm, Dm: Moment of inertia of the motor (driver), coefficient of viscous friction Jd, Dd: Moment of inertia of the movable part (including the drive transmission part), coefficient of viscous friction Kd: Rigidity τm of the shaft connecting the motor and the movable part : Torque applied to the rotor of the motor θ-(0 m): Rotational displacement (angular velocity) of the rotor of the motor θd: Rotational displacement of the movable part In the positioning servo system of the low-rigidity mechanism shown in this way, the positioning servo system of the low-rigidity mechanism is shown in FIG. When the target value P0 is inputted as shown in FIG.

なお、03w、ω7.は各県の振動係数、ζv1ζdは
各県の減衰定数である。
In addition, 03w, ω7. is the vibration coefficient of each prefecture, and ζv1ζd is the damping constant of each prefecture.

そして、実位置p、はフィードバックされ、目標値p0
と実位置p1が一致するように制御されることとなる。
Then, the actual position p is fed back, and the target value p0
The control is performed so that the actual position p1 and the real position p1 coincide with each other.

一方、第18図には通常のモータ単体の位置決めサーボ
系が示されており、各記号は次の内容を示す。
On the other hand, FIG. 18 shows a normal positioning servo system for a single motor, and each symbol indicates the following contents.

Gp:位置補償特性 Gv:速度補償特性 Gi:電流補償特性 L・モータの電機子巻線のインダクタンスS:微分演算
子 R:電機子巻線の抵抗 Kt:トルク定数 同図において、モータ回転変位目標値θ。は、位置補償
特性Gp、速度補償特性Gv、電流補償特性Giを介し
てモータに供給される。
Gp: Position compensation characteristic Gv: Speed compensation characteristic Gi: Current compensation characteristic L・Inductance of armature winding of motor S: Differential operator R: Resistance of armature winding Kt: Torque constant In the same figure, motor rotational displacement target value θ. is supplied to the motor via the position compensation characteristic Gp, the speed compensation characteristic Gv, and the current compensation characteristic Gi.

そして、モータにおいては、電機子の特性1/(Ls+
R)を介した実電流値11がフィードバックされ、目標
電流値10と一致するように制御される。
In the motor, the armature characteristic 1/(Ls+
The actual current value 11 via R) is fed back and controlled to match the target current value 10.

また、モータのトルク定数Kt、慣性モーメントJmを
介してモータの実回転速度v1が出力され、該実回転速
度v1は速度フィードバックにより目標速度v0と一致
するように制御される。
Further, the actual rotational speed v1 of the motor is outputted via the motor torque constant Kt and moment of inertia Jm, and the actual rotational speed v1 is controlled by speed feedback to match the target speed v0.

更に、モータの実回転速度V、の積分(1/ s )値
により実回転変位θ、が出力され、該実回転変位θ、は
位置フィードバックにより目標変位θ。と一致するよう
に制御される。
Further, the actual rotational displacement θ is outputted based on the integral (1/s) value of the actual rotational speed V of the motor, and the actual rotational displacement θ is set to the target displacement θ by position feedback. controlled to match.

ところで、前記第18図に示す電流、速度、位置のフィ
ードバック制御系のうち、電流フィードバック、速度フ
ィードバックの応答が十分に早いと仮定され、且つ速度
制御ループまでの応答が二次振動特性で表されるとする
と、各補償特性は定数にと表し、且つ二次振動特性■は
、 と表すことができるので、位置フィードバック系の解析
の基本モデルは第19図に示すように書き改められる。
By the way, it is assumed that among the current, speed, and position feedback control systems shown in FIG. Then, each compensation characteristic can be expressed as a constant, and the secondary vibration characteristic (2) can be expressed as follows. Therefore, the basic model for analyzing the position feedback system can be rewritten as shown in FIG.

[発明が解決しようとする課題] ところで、従来の位置決めサーボ系では位置フィードバ
ックを行うにあたって演算が必要なために、その演算時
間分の制御遅れが生じる。この制御遅れは一般に位置フ
ィードバック情報のサンプリング間隔に置換される。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, in the conventional positioning servo system, since calculation is required to perform position feedback, a control delay corresponding to the calculation time occurs. This control delay is generally replaced by a sampling interval of position feedback information.

しかし、そのサンプリング間隔の決定法は経験則による
ところが多く、短ければ短い程良いというのが定説にな
っている。
However, the method for determining the sampling interval is largely based on empirical rules, and the established theory is that the shorter the better.

ところが、サンプリング間隔を短くすればその分演算速
度を向上させざるを得ず、高速のコンピュータが要求さ
れてしまう。
However, if the sampling interval is shortened, the calculation speed must be increased accordingly, which requires a high-speed computer.

一方、現実的な位置決めサーボ系を考えた場合、例えば
第20図に示すように基準軌跡Pc(点線)に対して実
軌跡P(実線)は二次振動特性を有しており、この振動
を抑制することが正確な位置決めを図るうえでも重要で
ある。
On the other hand, when considering a realistic positioning servo system, for example, as shown in Fig. 20, the actual trajectory P (solid line) has secondary vibration characteristics with respect to the reference trajectory Pc (dotted line). Suppression is also important for accurate positioning.

しかし、前記位置フィードバック情報のサンプリング周
期を短くすると振動はむしろ助長されたり、あるいは制
御ゲインを大きくとれないため位置フィードバックの即
応性が低下するなどの課題を生ずる。
However, if the sampling period of the position feedback information is shortened, vibrations may be accelerated, or the control gain cannot be increased, resulting in problems such as a decrease in the responsiveness of the position feedback.

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり
、その目的は位置フィードバック制御の最適間隔を設定
し、制御ゲインの大幅向上を図ることのできる位置フィ
ードバック制御装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and an object thereof is to provide a position feedback control device that can set an optimal interval for position feedback control and significantly improve control gain.

[課題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にかかる位置フィード
バック制御装置は、位置フィードバック間隔を設定する
フィードバック間隔設定部を備え、フィードバック間隔
が駆動系の二次振動特性の振動周期のπ/3〜πである
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a position feedback control device according to the present invention includes a feedback interval setting section that sets a position feedback interval, and the feedback interval is determined by the secondary vibration characteristics of the drive system. It is characterized by a vibration period of π/3 to π.

また、本発明において駆動系の振動を検出する振動検出
部を備え、該振動数検出部の検出結果に基づき前記フィ
ードバック間隔設定部がフィードバック間隔を振動周期
のπ/3〜πで行われるよう設定することが好適である
The present invention also includes a vibration detection section that detects vibrations of the drive system, and based on the detection result of the vibration frequency detection section, the feedback interval setting section sets the feedback interval to be performed at π/3 to π of the vibration period. It is preferable to do so.

更に、本発明において演算部は制御動作におけるサンプ
ル時間遅れを補正し、又フィードバック間隔設定部は、
フィードバック間隔を駆動系の二次振動特性のπ/2〜
2πとすることが好適である。
Furthermore, in the present invention, the calculation section corrects the sample time delay in the control operation, and the feedback interval setting section
Set the feedback interval to π/2 of the secondary vibration characteristics of the drive system.
It is preferable to set it to 2π.

[作用] 本発明にかかる位置フィードバック制御装置は前述した
ようにフィードバック間隔が振動周期のπ/3〜πであ
るので、このフィードバック間隔により制御ゲインを極
めて大きく設定することが可能となる。
[Operation] As described above, in the position feedback control device according to the present invention, the feedback interval is π/3 to π of the vibration period, so the control gain can be set extremely large by this feedback interval.

また、フィードバック間隔自体はむしろ長周期であるの
で、高速の演算を要求されることがなく、制御装置自体
も比較的安価なものとなる。
Furthermore, since the feedback interval itself is rather a long period, high-speed calculation is not required, and the control device itself is relatively inexpensive.

なお、振動数検出部によりフィードバック間隔設定部が
フィードバック間隔を振動周期のπ/3〜πで行われる
よう設定することで、負荷の変動等による最適フィード
バック間隔の変動を常に適正に補正することができる。
Note that by setting the feedback interval using the frequency detection unit so that the feedback interval is set at π/3 to π of the vibration period, it is possible to always properly correct fluctuations in the optimal feedback interval due to load fluctuations, etc. can.

更に、本発明において演算部は制御動作におけるサンプ
ル時間遅れを補正することにより、更にフィードバック
間隔を長く設定することが可能となる。
Furthermore, in the present invention, the arithmetic unit corrects the sample time delay in the control operation, thereby making it possible to set the feedback interval even longer.

[実施例] 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。[Example] Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は本発明の第一実施例にかかる位置フィードバッ
ク制御装置の構成を示すブロック線図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a position feedback control device according to a first embodiment of the present invention.

同図に示す駆動系は、駆動部を構成するサーボモータ1
0と、該モータ10の駆動力をボールネジなどを介して
伝達する駆動力伝達部42と、該駆動力伝達部12より
駆動力を伝達され所定の運動を行う可動部14と、を含
む。
The drive system shown in the figure includes a servo motor 1 that constitutes a drive section.
0, a driving force transmitting section 42 that transmits the driving force of the motor 10 via a ball screw, etc., and a movable section 14 that receives the driving force from the driving force transmitting section 12 and performs a predetermined movement.

モしてモータ10は、位置フィードバック制御装置10
0より加え合わせ点18、速度補償器20、加え合わせ
点22、電流補償器24、ドライバ26を介して駆動を
制御される。
The motor 10 is connected to a position feedback control device 10.
The drive is controlled from 0 through the summing point 18, the speed compensator 20, the summing point 22, the current compensator 24, and the driver 26.

一方、ドライバ26の出力端には電流検出器28を備え
、加え合わせ点22に負の信号を加え電流フィードバッ
クを行っている。
On the other hand, a current detector 28 is provided at the output end of the driver 26, and a negative signal is applied to the summing point 22 for current feedback.

また、モータ10の回転はタコメータ80により検出さ
れ、加え合わせ点18に負の信号を供給し速度フィード
バックを行っている。
Further, the rotation of the motor 10 is detected by a tachometer 80, and a negative signal is supplied to the summing point 18 for speed feedback.

さらに、モータ10の駆動に基づく可動部14の位置信
号はスケール32(位置検出部)により検出され、スケ
ール信号として位置フィードバッり制御装置100に入
力される。
Furthermore, a position signal of the movable part 14 based on the drive of the motor 10 is detected by a scale 32 (position detection section), and is inputted to the position feedback control device 100 as a scale signal.

この位置フィードバック制御装置100ではマイクロコ
ンピュータ等を用いてソフト的に位置制御処理を行い、
加え合わせ点18、速度補償器20、加え合わせ点22
、電流補償器24およびドライバ26でハード的に速度
制御、電流制御を行い、これらソフト的処理およびハー
ド的処理により駆動制御を行う。
This position feedback control device 100 performs position control processing using software using a microcomputer or the like.
Addition point 18, speed compensator 20, addition point 22
, the current compensator 24 and the driver 26 perform hardware speed control and current control, and these software and hardware processes perform drive control.

ここで位置フィードバック制御装置100はカウンタ1
02、演算器104、ホールダ106、D/A変換器1
08を備え、前記スケール32よりのスケール信号をカ
ウンタ102にてカウントし、演算器104にて所望の
演算を行った後、ホールダ106に一時的に位置制御デ
ータをホールドし、D/A変換器108によってアナロ
グ信号として駆動系にフィードバックするものである。
Here, the position feedback control device 100 has a counter 1
02, arithmetic unit 104, holder 106, D/A converter 1
08, the scale signal from the scale 32 is counted by the counter 102, and after the desired calculation is performed by the arithmetic unit 104, the position control data is temporarily held in the holder 106, and the D/A converter 108, the signal is fed back to the drive system as an analog signal.

なお、演算器104より新たな位置制御データが出力さ
れると、ホールダ106はその記憶内容を順次更新する
Note that when new position control data is output from the computing unit 104, the holder 106 sequentially updates its stored contents.

本発明において特徴的なことは、制御周期を駆動系の振
動周期に応じて最適値に設定し、制御ゲインを大幅に向
上させることであり、このために本実施例においては可
動部14の振動数検出器110、およびカウンタ102
のサンプリング周期を設定するフィードバック間隔設定
器112を備えている。
The characteristic feature of the present invention is that the control period is set to an optimal value according to the vibration period of the drive system, and the control gain is greatly improved. number detector 110 and counter 102
A feedback interval setter 112 is provided to set the sampling period of the .

そして、フィードバック間隔設定器112は振動数検出
器110の検出結果に基づき最適のフィードバック間隔
、すなわち本実施例においてはサンプリング周期を演算
し、カウンタ102から演算器104ヘカウント信号を
供給する周期を設定する。
Then, the feedback interval setter 112 calculates the optimum feedback interval, that is, the sampling period in this embodiment, based on the detection result of the vibration frequency detector 110, and sets the period for supplying the count signal from the counter 102 to the calculator 104. .

ここで、サンプリング周期を考慮した物理系は、第19
図に対し第2図に示すように 1サンプル遅れ特性: e −aT。
Here, the physical system considering the sampling period is the 19th
As shown in Fig. 2, the one sample delay characteristic is: e -aT.

0次ホルダ特性  :(1−e−“”)/Sを付加した
系が考えられる。なお、TSはサンプリング間隔である
A system in which zero-order holder characteristic: (1-e-“”)/S is added is considered. Note that TS is a sampling interval.

これを正規化した無次元モデルを考えると第3図に示す
ようになる。
If we consider a dimensionless model that normalizes this, it will be as shown in Figure 3.

なお、無次元パラメータは以下の通りである。Note that the dimensionless parameters are as follows.

正規化比例ゲイン:に=に/ωn 正規化サンプリング間隔:τ5=Ts・ωn正規化ラプ
ラス演算子:s’=s/ωnこの結果、 と置去される。
Normalized proportional gain: ni=ni/ωn Normalized sampling interval: τ5=Ts·ωn Normalized Laplace operator: s'=s/ωn As a result, the following is replaced.

前記第3図に示したモデルをもとに、正規化サンプリン
グ間隔τSと正規化比例ゲインにの関係を各減衰定数ζ
に応じてシミュレーションした結果が第4図に示されて
いる。
Based on the model shown in Figure 3 above, the relationship between the normalized sampling interval τS and the normalized proportional gain is expressed by each attenuation constant ζ
The results of the simulation are shown in FIG.

同図より明らかなように、減衰定数ζ= 0−0゜25
程度の範囲において連続系で規定される安定限界のゲイ
ンを大幅に向上させるサンプリング間隔が存在し、正規
化サンプリング間隔 τS=π/8〜π、特にπ/2 (1,7)程度となる
ようにサンプリング間隔を決定することで、その最大ゲ
インを達成することが理解される。
As is clear from the figure, the damping constant ζ = 0-0゜25
There is a sampling interval that greatly improves the gain of the stability limit specified for continuous systems within a range of It is understood that determining the sampling interval to achieve that maximum gain.

尚、このサンプリング周期とゲインの関係を概念的に説
明することは困難であるが、−例として次のように理解
することも可能である。
Although it is difficult to conceptually explain the relationship between the sampling period and the gain, it can be understood as follows, for example.

第5図において、横軸Pcは目標とする基準軌跡であり
、これに対し同図実線で示すような正弦波波形の振動を
生じて実軌跡Pが描かれていたと仮定する。なお、同図
中、速度変化は点線、加速度変化は一点鎖線で示す。
In FIG. 5, the horizontal axis Pc is a target reference locus, and it is assumed that an actual locus P is drawn by generating a sinusoidal waveform vibration as shown by the solid line in the figure. In addition, in the figure, speed changes are shown by dotted lines, and acceleration changes are shown by dashed-dotted lines.

そして、時刻t、おいて基準軌跡と実軌跡との比較が行
なわれ、その位置ずれd、がフィードバックされる。
Then, at time t, a comparison is made between the reference trajectory and the actual trajectory, and the positional deviation d is fed back.

従来においてはこの位置ずれd、を出来るだけ短時間の
内にフィードバックすることが行なわれていた。
Conventionally, this positional deviation d has been fed back as quickly as possible.

ここで、位置ずれの補償は、前記第1図からも明らかな
ように最終的には電流レベルで行なわれ、モータ10の
加速度変化として実現される。
Here, as is clear from FIG. 1, compensation for the positional shift is ultimately performed at the current level and realized as a change in the acceleration of the motor 10.

すなわち、従来においては、時刻t、より短時間経過後
の時刻t:において第5図中下方向への加速度a、が印
加されることとなる。
That is, in the conventional case, the acceleration a in the downward direction in FIG. 5 is applied at time t, or at time t, which is a short time later.

しかしながら、時刻t、においては、図中上方への位置
変動に対応した加速度変化は図中下方となり、時刻t、
において図中下方向への加速度asを付加することは、
加速度変化をより増大させる方向に作用することとなる
。このため、むしろ振動を助長することとなり、正確な
位置決めに支障を与えてしまうことも考えられる。
However, at time t, the acceleration change corresponding to the upward position change in the figure is downward in the figure, and at time t,
Adding the acceleration as in the downward direction in the figure is
This acts to further increase the change in acceleration. For this reason, it is possible that vibrations will be encouraged, and that accurate positioning will be hindered.

従って、従来のようにフィードバック間隔を出来るだけ
短い間隔で制御する系おいては制御ゲインを大きく取る
ことが不可能であったのである。
Therefore, in a conventional system in which the feedback interval is controlled to be as short as possible, it has been impossible to obtain a large control gain.

これに対し、本発明のように例えばフィードバック間隔
をπ/2とした場合には、時刻t1における位置ズレd
、を時刻1.で調整することとなる。
On the other hand, when the feedback interval is set to π/2 as in the present invention, the positional deviation d at time t1
, at time 1. This will have to be adjusted.

この時刻1.以降では、加速度変化が図中上方に向かっ
ており、加速度alを下方に向って印加することはむし
ろ加速度の変化を抑制する方向に作用する。
This time 1. Hereinafter, the acceleration change is upward in the figure, and applying the acceleration al downward rather acts in the direction of suppressing the change in acceleration.

なお、実際には位置補償系は、速度補償ないし電流補償
を介して行なわれ、その時間ずれを考慮すれば振動数値
のπ/3〜π程度の時間ずれで位置フィードバック制御
することが極めて有効であることが理解される。
In reality, the position compensation system is performed via speed compensation or current compensation, and if the time lag is taken into consideration, it is extremely effective to perform position feedback control with a time lag of about π/3 to π of the vibration value. One thing is understood.

第6図には減衰定数ζ=0.02の場合の正規化比例ゲ
インにと正規化サンプリング間隔τSの関係が示されて
いる。
FIG. 6 shows the relationship between the normalized proportional gain and the normalized sampling interval τS when the attenuation constant ζ=0.02.

そして、第6図中■〜■で示す各サンプリング周期及び
ゲインで位置フィードバック制御を行なった場合の結果
を第7図〜第13図に示す。
FIGS. 7 to 13 show the results when position feedback control is performed at each sampling period and gain indicated by ■ to ■ in FIG. 6.

第6図■で示すように正規化線図の枠外のゲイン、フィ
ードバック間隔で位置フィードバック制御が行なわれた
場合、サンプリング間隔が短くかつゲインもさほど大き
くないにもかかわらず第7図に示すように振動増大を生
じ、正確な位置決めが成し得ない。
As shown in Figure 6 (■), when position feedback control is performed with a gain and feedback interval outside the normalization diagram, as shown in Figure 7, even though the sampling interval is short and the gain is not very large. Vibration increases and accurate positioning cannot be achieved.

一方、第6図■〜■に示すように正規化線図の枠内のゲ
イン、フィードバック間隔でサンプリングが行なわれた
場合には、前記■と同一ゲインであるにもかかわらず、
第8図〜第11図に示すように振動が抑制され、正確な
位置決めが図られる。
On the other hand, when sampling is performed at a gain and a feedback interval within the frame of the normalization diagram as shown in Fig. 6 (■ to ■), even though the gain is the same as in (■) above,
As shown in FIGS. 8 to 11, vibrations are suppressed and accurate positioning is achieved.

更に、第6図■、■、■に示すように正規化サンプリン
グ間隔を1.7程度にした場合には、ゲインを大幅に向
上させても第11図から第13図に示すように迅速な振
動抑制及び位置決め制御が行なわれる。
Furthermore, if the normalized sampling interval is set to about 1.7 as shown in Figure 6, Vibration suppression and positioning control are performed.

このように、本実施例においてはサンプリング間隔を二
次振動特性の振動周期のπ/3〜πとすることにより、
ゲインの大幅向上が図られ、迅速な位置決め制御、定常
特性の改善、外乱抑圧特性の向上が可能となる。
In this way, in this example, by setting the sampling interval to π/3 to π of the vibration period of the secondary vibration characteristic,
The gain is significantly improved, making it possible to quickly control positioning, improve steady-state characteristics, and improve disturbance suppression characteristics.

また、サンプリング間隔がこのように比較的長周期であ
ることにより、演算に要する時間が余裕をもって得られ
、比較的安価なコンピュータを利用して高精度の位置フ
ィードバック制御を行なうことが可能となる。
Further, since the sampling interval is relatively long, the time required for calculation can be obtained with sufficient time, and it becomes possible to perform highly accurate position feedback control using a relatively inexpensive computer.

なお、本実施例においては振動数検出器110を用いて
いるので、例えばロボットのアームなどの位置制御に用
いた場合、その負荷の変動に基づく二次振動特性の変化
を的確に補正することができる。この振動数検出は一定
時間間隔あるいは駆動系の始動時に行うことが好適であ
る。
In addition, since the frequency detector 110 is used in this embodiment, when it is used for position control of a robot arm, for example, it is possible to accurately correct changes in secondary vibration characteristics based on changes in the load. can. It is preferable to perform this frequency detection at regular time intervals or at the time of starting the drive system.

また、負荷の変動が頻繁に行われない場合には、振動数
検出器110をあえて設ける必要はない。
Furthermore, if the load does not fluctuate frequently, there is no need to intentionally provide the frequency detector 110.

次に本発明者らはサンプル遅れと最適フィードバック間
隔について検討を進めた。
Next, the inventors investigated the sample delay and the optimal feedback interval.

そして、前記第一実施例では1サンプル遅れ特性を残存
させていたが、この1サンプル遅れ特性を補償すること
により更にフィードバック間隔を長期化することができ
ることを見出した。
In the first embodiment, the one-sample delay characteristic remained, but it was found that by compensating for this one-sample delay characteristic, the feedback interval could be further lengthened.

すなわち、第14図には本発明の第二実施例にかかる位
置フィードバック制御装置の物理系の第3図相当図が示
され、又第15図にはサンプル遅れを排除した場合の各
減衰定数ζでの正規化比例ゲインと正規化サンプリング
間隔の関係を示す説明図が示されている。
That is, FIG. 14 shows a diagram corresponding to FIG. 3 of the physical system of the position feedback control device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows each attenuation constant ζ when sample delay is eliminated. An explanatory diagram showing the relationship between the normalized proportional gain and the normalized sampling interval is shown.

第14図から明らかなように本実施例にかかる装置の物
理特性では、第3図に示す、 が除去される。
As is clear from FIG. 14, the physical characteristics of the device according to this embodiment eliminate the following shown in FIG.

この結果第15図に示すように、前記第4図と同様、減
衰乗数ζが小さい場合には最適フィードバック間隔が長
くなる傾向が見られ、特にフィードバック間隔を二次振
動特性の振動周期のπ/2〜2πと長くすることでサー
ボ系のゲインを向上させることができる。また、ζ=0
(無減衰)の場合でもて、=π〜2πとすれば制御系を
安定化させることができる。
As a result, as shown in FIG. 15, as in FIG. 4, when the damping multiplier ζ is small, the optimal feedback interval tends to become longer. By increasing the length to 2 to 2π, the gain of the servo system can be improved. Also, ζ=0
Even in the case of (no damping), the control system can be stabilized by setting =π to 2π.

この中で顕著にゲインを大きく維持するサンプリング周
期は τ、=nπ/m となる。
Among these, the sampling period that maintains a significantly large gain is τ,=nπ/m.

また、ゲイン余有を最も大きく維持するτ、の値は約3
.14であるので、1サンプル遅れの補償をしてもフィ
ードバック周期を2倍以上に大きくしなければゲイン余
有を大きくとれないことが理解される。
Also, the value of τ that maintains the largest gain margin is approximately 3
.. 14, it is understood that even if one sample delay is compensated for, a large gain margin cannot be obtained unless the feedback period is doubled or more.

なお、1サンプル遅れの補償手段としては、制御器の出
力をフィードバックする方法、或いは外挿による瞬時速
度の検出で補償する方法、その他公知のソフト的、ハー
ド的処理による方法が採りえる。
As a means for compensating for the one-sample delay, a method of feeding back the output of the controller, a method of compensating by detecting the instantaneous speed by extrapolation, or a method of using other known software or hardware processing can be used.

ここで、外挿による瞬時速度の検出で補償する方法は、
信号の検出方法自体に無駄時間を含んでいる場合に特に
有効である。
Here, the method of compensation by detecting the instantaneous speed by extrapolation is
This is particularly effective when the signal detection method itself includes dead time.

すなわち、エンコーダを使って回転速度を検出(1サン
プリング周期の間のパルス数をカウントする方法等)す
る場合、それは1サンプリング周期の平均速度であって
、サンプリング時刻の瞬時速度に対してほぼ1/2サン
プリング周期だけ遅れている。これを補償するには、2
回の平均速度ω1、ω、から ω(k+1)=ω、+(ω、−ω、)/2により外挿を
行なえばよい。
In other words, when detecting the rotational speed using an encoder (by counting the number of pulses during one sampling period, etc.), it is the average speed of one sampling period, which is approximately 1/1 of the instantaneous speed at the sampling time. It is delayed by two sampling periods. To compensate for this, 2
It is sufficient to extrapolate from the average speed ω1, ω, by ω(k+1)=ω, +(ω, −ω, )/2.

更に、3つの平均速度から外挿する方法等も好適である
Furthermore, a method of extrapolating from three average speeds is also suitable.

[発明の効果] 以上説明したように本発明に係る位置フィードバック制
御装置によれば、フィードバック周期を二次振動特性の
振動周期のπ/3〜πとなるように設定することとした
ので、ゲインの大幅向上が図られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the position feedback control device according to the present invention, since the feedback period is set to be π/3 to π of the vibration period of the secondary vibration characteristic, the gain will be significantly improved.

また、演算部により制御動作におけるサンプル時間遅れ
を補正することで、更にフィードバック間隔の長期化を
図ることができる。
Further, by correcting the sample time delay in the control operation using the arithmetic unit, it is possible to further lengthen the feedback interval.

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

第1図は本発明の一実施例に係る位置フィードバック制
御装置のブロック線図、 第2図及び第3図は所定のサンプリング周期をもった位
置フィードバック制御装置の物理系の説明図、 第4図は各減衰定数ζでの正規化比例ゲインと正規化サ
ンプリング間隔の関係を示す説明図、第5図は本発明の
詳細な説明図、 第6図は減衰定数ζ=0.02の場合の正規化線図、 第7図〜第13図は前記第6図に示した■〜■での振動
抑制状態の説明図、 第14図は1サンプル時間遅れを補償した場合の物理系
の説明図、 第15図は1サンプル時間遅れを補償した場合の各減衰
定数ζでの正規化比例ゲインと正規化サンプリング間隔
の関係を示す説明図、 第16図は一般的な駆動系の説明図、 第17図は前記第16図に示した系の動特性の説明図、 第18図は位置決めサーボ系の説明図、第19図は解析
の基本モデルの説明図、第20図は従来の位置フィード
バック制御装置の課題の説明図である。 10・・・サーボモータ 12・・・駆動力伝達部 14・・・可動部 100・・・位置フィードバック制御装置102・・・
カウンタ 104・・・演算器 106・・・ホールダ 8・・・D/A変換器 0・・・振動数検出器 2・・・フィードバック間隔設定器
FIG. 1 is a block diagram of a position feedback control device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of the physical system of a position feedback control device having a predetermined sampling period, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the normalized proportional gain and the normalized sampling interval at each damping constant ζ, FIG. 5 is a detailed explanatory diagram of the present invention, and FIG. Fig. 7 to Fig. 13 are explanatory diagrams of the vibration suppression states in ■ to ■ shown in Fig. 6, Fig. 14 is an explanatory diagram of the physical system when one sample time delay is compensated, Fig. 15 is an explanatory diagram showing the relationship between normalized proportional gain and normalized sampling interval at each attenuation constant ζ when one sample time delay is compensated, Fig. 16 is an explanatory diagram of a general drive system, and Fig. 17 The figure is an explanatory diagram of the dynamic characteristics of the system shown in Fig. 16, Fig. 18 is an explanatory diagram of the positioning servo system, Fig. 19 is an explanatory diagram of the basic model for analysis, and Fig. 20 is an explanatory diagram of the conventional position feedback control device. It is an explanatory diagram of the problem. 10... Servo motor 12... Driving force transmission section 14... Movable section 100... Position feedback control device 102...
Counter 104... Arithmetic unit 106... Holder 8... D/A converter 0... Frequency detector 2... Feedback interval setter

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)可動部の位置を検出する位置検出部と、前記位置
検出部の検出結果に基づき、位置補正量を演算する演算
部と、 を含む位置フィードバック制御装置において、位置フィ
ードバック間隔を設定するフィードバック間隔設定部を
備え、 フィードバック間隔が駆動系の二次振動特性の振動周期
のπ/3〜πであることを特徴とする位置フィードバッ
ク制御装置。
(1) A position feedback control device that includes: a position detection section that detects the position of a movable part; and a calculation section that computes a position correction amount based on the detection result of the position detection section; A position feedback control device comprising an interval setting section, wherein the feedback interval is π/3 to π of a vibration period of a secondary vibration characteristic of a drive system.
(2)請求項1記載の位置フィードバック制御装置にお
いて、 駆動系の振動数を検出する振動数検出部を備え、該振動
数検出部の検出結果に基づき、フィードバック間隔設定
部がフィードバック間隔を振動周期のπ/3〜πで行わ
れるよう設定することを特徴とする位置フィードバック
制御装置。
(2) The position feedback control device according to claim 1, further comprising a frequency detection unit that detects the frequency of the drive system, and based on the detection result of the frequency detection unit, the feedback interval setting unit adjusts the feedback interval to the vibration period. A position feedback control device characterized in that the position feedback control device is set so that the feedback is performed at π/3 to π.
(3)請求項1又は2記載の位置フィードバック制御装
置において、 演算部は制御動作におけるサンプル時間遅れを補正し、 又、フィードバック間隔設定部は、フィードバック間隔
を駆動系の二次振動特性のπ/2〜2πとすることを特
徴とする位置フィードバック制御装置。
(3) In the position feedback control device according to claim 1 or 2, the calculation section corrects a sample time delay in the control operation, and the feedback interval setting section adjusts the feedback interval to π// of the secondary vibration characteristic of the drive system. A position feedback control device characterized in that the angle is 2 to 2π.
JP20862990A 1990-05-21 1990-08-06 Position feedback controller Pending JPH04117508A (en)

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JP2-131015 1990-05-21

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