JPH05252772A - Method for controlling high speed positioning of servo motor - Google Patents

Method for controlling high speed positioning of servo motor

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JPH05252772A
JPH05252772A JP4045215A JP4521592A JPH05252772A JP H05252772 A JPH05252772 A JP H05252772A JP 4045215 A JP4045215 A JP 4045215A JP 4521592 A JP4521592 A JP 4521592A JP H05252772 A JPH05252772 A JP H05252772A
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JP
Japan
Prior art keywords
servo motor
speed
motor
compensator
high speed
Prior art date
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Pending
Application number
JP4045215A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Kawakami
克之 川上
Kiyoshi Oishi
潔 大石
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.)
Tamagawa Seiki Co Ltd
Original Assignee
Tamagawa Seiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tamagawa Seiki Co Ltd filed Critical Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority to JP4045215A priority Critical patent/JPH05252772A/en
Publication of JPH05252772A publication Critical patent/JPH05252772A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To position a servo motor in a high speed based on only position information by connecting a compensator having disturbance suppressing characteristics and frequency characteristics of noise resistance properties for the motor in series with the motor. CONSTITUTION:In the case of controlling to drive a servo motor P(s) for driving FA, OA devices, a position command theta<ref> is input to a first subtracter 1, butted to an actual position signal theta of the motor P(s) to be controlled to be driven, signals in which its deviation is processed by a transfer function K1/S, K2 are butted by a second subtracter 3. After an output from the subtracter 3 is processed by a transfer function 1/S, it is butted to a position deviation signal by a third subtracter 4, its deviation is input to a compensator K(s) having disturbance suppressing characteristics and frequency characteristics of noise resistance properties for the motor (s), a control signal obtained through the compensator K(s) is input to the motor P(s), and a positioning control at a high speed is conducted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータ高速位置
決め制御方法に関し、特に、速度及び加速度の情報を用
いることなく位置情報のみでサーボモータを高速位置決
めするための新規な改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servomotor high-speed positioning control method, and more particularly to a new improvement for high-speed positioning of a servomotor using only position information without using speed and acceleration information.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、サーボモータを位置制御する従
来の方法としては、ここでは文献名は開示していない
が、PIDまちはPI制御方法に代表されるように、実
際の位置と位置の目標値との偏差に対して、定数倍する
P動作、積分して定数倍するI動作、微分して定数倍す
るD動作の組合せで制御を行ってきた。
2. Description of the Related Art Generally, as a conventional method for controlling the position of a servo motor, although no literature name is disclosed here, the actual position and the target of the position are represented by the PID town and the PI control method. Control has been performed by a combination of a P operation for multiplying a deviation from a value by a constant, an I operation for integrating and multiplying by a constant, and a D operation for differentiating and multiplying by a constant.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来方法においては、速度偏差と加速度偏差をともなう
ので、高速な位置制御を行うと位置の位相の偏差を生じ
ることになる。そこで、これを補償するために、高速な
位置設定値に関しては速度と加速度情報も制御則に加え
て、制御を行う方法がでてきた。しかしながら、これで
はサーボモータのセンサの数も増え、かつ制御則に微分
の項が入ってしまい、実現が極めて困難であった。
However, in the above-mentioned conventional method, since the velocity deviation and the acceleration deviation are involved, when the high-speed position control is performed, the position phase deviation occurs. Therefore, in order to compensate for this, there has been a method of performing control by adding velocity and acceleration information to the control law for a high-speed position set value. However, in this case, the number of sensors of the servo motor is increased, and the differential term is included in the control law, which is extremely difficult to realize.

【0004】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、特に、速度及び加速度の情報を用
いることなく位置情報のみでサーボモータを高速位置決
め駆動するようにしたサーボモータ高速位置決め制御方
法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and in particular, it is a high speed servomotor for driving a servomotor at high speed by using only position information without using speed and acceleration information. An object is to provide a positioning control method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】サーボモータの高速位置
制御を行うサーボモータ高速位置決め制御方法におい
て、制御対称である前記サーボモータに対して外乱抑圧
特性と耐ノイズ特性の周波数特性を有する補償器をサー
ボモータに直列に接続し、前記補償器によって速度及び
加速度の情報を用いることなく位置情報のみで前記サー
ボモータを高速位置決め駆動させる方法である。
In a servomotor high-speed positioning control method for performing high-speed position control of a servomotor, a compensator having a frequency characteristic of a disturbance suppression characteristic and a noise resistance characteristic with respect to the servomotor which is control symmetric is provided. It is a method in which the servomotor is connected in series to the servomotor and the compensator drives the servomotor at high speed by using only the position information without using the speed and acceleration information.

【0006】[0006]

【作用】本発明によるサーボモータ高速位置決め制御方
法においては、所望の外乱抑圧特性と耐ノイズ特性の周
波数特性を満足する補償器がサーボモータに直列に設け
られているため、この補償器によってサーボモータを速
度及び加速度の情報を用いることなく位置情報のみで高
速位置決めすることができる。
In the servomotor high-speed positioning control method according to the present invention, the compensator satisfying the desired frequency characteristics of the disturbance suppression characteristic and the noise resistance characteristic is provided in series with the servomotor. It is possible to perform high-speed positioning by using only position information without using speed and acceleration information.

【0007】[0007]

【実施例】以下、図面と共に本発明によるサーボモータ
高速位置決め制御方法の好適な実施例について詳細に説
明する。なお、本発明は、位置情報だけで、微分器を使
用することなく、速度、加速度情報を用いた制御系と等
価な制御系を構成して高速な位置決め制御を実現するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a servo motor high speed positioning control method according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present invention realizes high-speed positioning control by constructing a control system equivalent to a control system using only speed information and speed and acceleration information without using a differentiator.

【0008】図1は一般のFA、OA機器を駆動させる
サーボモータの等価ブロック図であり、このサーボモー
タは動作に伴って摩擦力Tfrc、干渉力int、重力Tg
負荷トルクTLoad等の外力が加わる。従って、モータ駆
動電圧eaは減算器1に入力され、駆動電流のトルク定
数Iaは前述の外力が加わる第2減算器2に入力され、
回転速度ωは速度から角度への伝達関数I/Sを経て回
転角度信号θが得られ、この回転速度ωからの誘起電圧
定数Keは前記第1減算器1に帰還されている。なお、
図1中におけるRは電機子の直流抵抗、JSはモータと
負荷系を合わせたイナーシャである。
FIG. 1 is an equivalent block diagram of a servomotor for driving general FA and OA equipments. This servomotor has a frictional force T frc , an interference force int , a gravity T g , and
External force such as load torque T Load is applied. Therefore, the motor drive voltage e a is input to the subtractor 1, the torque constant I a of the drive current is input to the second subtractor 2 to which the external force is applied,
The rotation speed ω is obtained as a rotation angle signal θ via a transfer function I / S from the speed to the angle, and the induced voltage constant Ke from the rotation speed ω is fed back to the first subtractor 1. In addition,
In FIG. 1, R is the DC resistance of the armature, and JS is the inertia of the motor and the load system.

【0009】前記外力による影響を瞬時に抑圧するため
に、制御対象を加速度指令ωcmdで駆動させることが好
適である。この加速度制御法を構成する方法は、図2で
示すブロック図を採用する。ここで、加速度指令ωcmd
は入力uに変換されて第1減算器1に入力され、加速度
コントローラの周波数特性を所望の特性にする補償器K
(s)、制御対象であるサーボモータP(s)及び第1加算器
2を介して回転角度θが得られる。
In order to instantly suppress the influence of the external force, it is preferable to drive the controlled object with the acceleration command ω cmd . The block diagram shown in FIG. 2 is adopted as the method of configuring this acceleration control method. Where acceleration command ω cmd
Is converted into an input u and input to the first subtractor 1, and the compensator K that makes the frequency characteristic of the acceleration controller a desired characteristic is obtained.
(s), the rotation angle θ is obtained via the servo motor P (s) to be controlled and the first adder 2.

【0010】この回転角度θは第2加算器4を介して第
1減算器1に帰還される。なお、図2におけるdは外
乱、Wは観測ノイズを示し、外乱抑圧特性を表す感度関
数S(s)は、S(s)=1/1+P(s)K(s)・・・(1)式で
表され、耐ノイズ特性を表す相補感度関数T(s)は、T
(s)=P(s)K(s)/1+P(s)K(s)・・・(2)式で表され
る。なお、この外乱抑圧特性を上げるには感度関数S
(s)を小さくすると良く、耐ノイズ特性を上げるには相
補感度関数T(s)を小さくすればよいが、この各関数S
(s)とT(s)との間には、S(s)+T(s)=1・・・(3)式
のような関係があるので、両方を同時に小さくすること
はできない。
This rotation angle θ is fed back to the first subtractor 1 via the second adder 4. In FIG. 2, d represents disturbance, W represents observation noise, and the sensitivity function S (s) representing the disturbance suppression characteristic is S (s) = 1/1 + P (s) K (s) (1) The complementary sensitivity function T (s) expressed by the equation and representing the noise resistance characteristic is T
(s) = P (s) K (s) / 1 + P (s) K (s) (2) In order to improve the disturbance suppression characteristic, the sensitivity function S
It is better to make (s) smaller, and in order to improve the noise resistance characteristic, the complementary sensitivity function T (s) may be made smaller.
Since there is a relationship such as S (s) + T (s) = 1 ... (3) between (s) and T (s), it is not possible to reduce both at the same time.

【0011】そこで、各関数S(s)とT(s)が適当な特性
を持つように補償器K(s)で調整することになる。ここ
で、加速度指令ωcmdと位置θとの伝達関数は次の(4)式
となる。
Therefore, the compensator K (s) is adjusted so that the respective functions S (s) and T (s) have appropriate characteristics. Here, the transfer function between the acceleration command ω cmd and the position θ is given by the following expression (4).

【数1】 また、外乱dと位置θとの伝達関数は次の(5)式とな
る。
[Equation 1] The transfer function between the disturbance d and the position θ is given by the following equation (5).

【数2】 よって、この補償器K(s)を用いて図3のような加速度
コントローラを構成することができる。
[Equation 2] Therefore, the compensator K (s) can be used to configure an acceleration controller as shown in FIG.

【0012】相補感度関数で制限される周波数範囲にお
いて加速度コントローラが実現できることになる。ゆえ
に、実現された加速度コントローラは耐ノイズ特性と外
乱抑圧特性を考慮されているので、所望の周波数特性を
持っている図4のブロック図に示される加速度コントロ
ーラ10になる。そして、この加速度コントローラを用
いてサーボモータの高速位置決め制御系を構成すると図
5のようになる。図5においては各指令値に対する応答
は加速度コントローラ10が成立している周波数領域で
は次の(6)式のようになり、
The acceleration controller can be realized in the frequency range limited by the complementary sensitivity function. Therefore, since the realized acceleration controller takes into consideration the noise resistance characteristic and the disturbance suppression characteristic, the acceleration controller 10 shown in the block diagram of FIG. 4 has a desired frequency characteristic. Then, a high-speed positioning control system of the servo motor is constructed by using this acceleration controller as shown in FIG. In FIG. 5, the response to each command value is expressed by the following equation (6) in the frequency range where the acceleration controller 10 is established,

【数3】 位置指令θ、速度指令ω、加速度指令ωaに対して位置
の遅れなく追従することになる。なお、図5中、K1
2は定数、Sは1/Sの逆数で微分による角度から速
度への伝達関数である。
[Equation 3] The position command θ, the speed command ω, and the acceleration command ω a are followed without any delay in position. In FIG. 5, K 1 ,
K 2 is a constant, S is the reciprocal of 1 / S, and is a transfer function from an angle to a velocity by differentiation.

【0013】図5の制御系の場合は加速度情報、速度情
報、位置情報を用いてサーボモータの高速位置決め制御
系を実現する。そこで、図5において積分器のカスケー
ド結合を配置転換すると、図6のようになる。図6にお
いても位置指令に対する実際の位置の応答は前述の(6)
式のようになり位相の遅れなく追従する。ゆえに位置情
報のみでサーボモータの高速位置決め制御系が構成でき
る。この図6の制御系を用いると位置情報のみで制御が
行えるのでシステムが簡略化できロータリーエンコーダ
等の位置センサのみで簡単且つ高精度なサーボモータの
高速位置決め制御を行うことができる。すなわち、位置
指令θrefを入力するのみで、第1減算器1、第1加算
器3、第2加算器4、補償器K(s)及び制御対象のサー
ボモータP(s)を介して位置θが出力され、この位置θ
が第1減算器1に帰還されている。
In the case of the control system shown in FIG. 5, a high speed positioning control system for the servo motor is realized by using the acceleration information, the speed information and the position information. Therefore, if the cascade connection of the integrators is rearranged in FIG. 5, it becomes as shown in FIG. Also in Fig. 6, the response of the actual position to the position command is described in (6) above.
It becomes like the formula and follows without delay of the phase. Therefore, the high-speed positioning control system of the servomotor can be constructed only by the position information. When the control system of FIG. 6 is used, control can be performed only with position information, so that the system can be simplified and high-speed positioning control of a servo motor can be performed simply and with high precision using only a position sensor such as a rotary encoder. That is, only by inputting the position command θ ref , the position is transmitted via the first subtractor 1, the first adder 3, the second adder 4, the compensator K (s) and the servo motor P (s) to be controlled. θ is output and this position θ
Is fed back to the first subtractor 1.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明によるサーボモータ高速位置決め
制御方法は、以上のように構成されているため、外乱抑
圧特性と耐ノイズ特性の周波数特性を満足する補償器を
サーボモータに直列に挿入しているため、この補償器に
よって速度及び加速度の情報を用いることなく位置情報
のみでサーボモータの高速位置決めを行うことができ、
少ないセンサと簡単なハード構成により高速位置決めを
行うことができる。
Since the servomotor high-speed positioning control method according to the present invention is configured as described above, a compensator satisfying the frequency characteristics of the disturbance suppression characteristic and the noise resistance characteristic is inserted in series with the servomotor. Therefore, this compensator enables high-speed positioning of the servomotor using only position information without using speed and acceleration information.
High-speed positioning can be performed with few sensors and a simple hardware configuration.

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

【図1】一般のサーボモータの等価ブロック図である。FIG. 1 is an equivalent block diagram of a general servo motor.

【図2】加速度制御法の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an acceleration control method.

【図3】加速度コントローラの特性を示す特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing characteristics of an acceleration controller.

【図4】加速度コントローラを示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an acceleration controller.

【図5】加速度コントローラを用いてサーボモータの高
速位置決め制御系の等価ブロックを構成する構成図であ
る。
FIG. 5 is a configuration diagram of an equivalent block of a high-speed positioning control system for a servo motor using an acceleration controller.

【図6】本発明によるサーボモータ高速位置決め制御系
の等価ブロックを示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an equivalent block of a servo motor high-speed positioning control system according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

P(s) サーボモータ K(s) 補償器 P (s) Servo motor K (s) Compensator

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーボモータの高速位置制御を行うサー
ボモータ高速位置決め制御方法において、制御対称であ
る前記サーボモータP(s)に対して外乱抑圧特性と耐ノ
イズ特性の周波数特性を有する補償器K(s)をサーボモ
ータP(s)に直列に接続し、前記補償器K(s)によって速
度及び加速度の情報を用いることなく位置情報のみで前
記サーボモータP(s)を高速位置決め駆動させることを
特徴とするサーボモータ高速位置決め制御方法。
1. A servo motor high-speed positioning control method for performing high-speed position control of a servo motor, wherein a compensator K having a frequency characteristic of a disturbance suppression characteristic and a noise resistance characteristic with respect to the servo motor P (s) having a control symmetry. (s) is connected in series to the servo motor P (s), and the compensator K (s) drives the servo motor P (s) at high speed by using only position information without using speed and acceleration information. Servo motor high-speed positioning control method characterized by.
JP4045215A 1992-03-03 1992-03-03 Method for controlling high speed positioning of servo motor Pending JPH05252772A (en)

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