JPH07295652A - Position controller - Google Patents

Position controller

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JPH07295652A
JPH07295652A JP8138994A JP8138994A JPH07295652A JP H07295652 A JPH07295652 A JP H07295652A JP 8138994 A JP8138994 A JP 8138994A JP 8138994 A JP8138994 A JP 8138994A JP H07295652 A JPH07295652 A JP H07295652A
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JP
Japan
Prior art keywords
command
speed
position command
output
feedforward
Prior art date
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Pending
Application number
JP8138994A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisami Kondo
久視 近藤
Satoshi Eguchi
悟司 江口
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Okuma Corp
Original Assignee
Okuma Machinery Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Okuma Machinery Works Ltd filed Critical Okuma Machinery Works Ltd
Priority to JP8138994A priority Critical patent/JPH07295652A/en
Publication of JPH07295652A publication Critical patent/JPH07295652A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent overshooting without lowering tracking performance and to perform position control with high precision by a simple configuration by providing a speed control loop which controls the speed of a motor according to a speed command outputted from an accelerator. CONSTITUTION:A subtracter 8 calculates a position error S7 from the position command S20 after time correction from a position command correcting means 20 and the position detected value S5 from a position detector 6. A position controller 1 multiplies the position error S7 by a position control loop gain and outputs the result. A feedforward means 2, on the other hand, differentiates a position command S1 and multiplies it by a feedforward gain to calculate a feedforward controlled variable S6. An adder 9 adds the output of the position controller 1 to the feedforward controlled variable S6 to obtain a speed command S2. Then this controller is equipped with a speed control loop which controls the speed of a motor 5 according to the speed command S2 outputted from the adder 9.

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、位置制御装置に係り、
特に、工作機械の送り軸モータの位置を制御するのに適
した位置制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position control device,
In particular, the present invention relates to a position control device suitable for controlling the position of a feed shaft motor of a machine tool.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械の送り軸モータの位置等を制御
する位置制御装置には、例えば特開平5−19861号
公報に示されるように、追従性能を高めるためにフィー
ドフォワード制御を行うようにしたものがある。
2. Description of the Related Art A position control device for controlling the position of a feed shaft motor of a machine tool, for example, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-19861, performs a feedforward control for enhancing the following performance. There is something I did.

【0003】図6は、工作機械の送り軸モータの位置を
制御する位置制御ループと速度制御ループを備えた従来
の位置制御装置の概略の構成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional position control device having a position control loop and a speed control loop for controlling the position of a feed shaft motor of a machine tool.

【0004】この位置制御装置は、モータ5の位置を検
出する位置検出器6と、この位置検出器6が出力する位
置検出値S5より速度検出値S4を求める速度検出手段
7とを備えている。位置制御装置は、さらに、上位のコ
ントローラより出力される位置指令S1から位置検出値
S5を減算して位置誤差S7を算出する減算器8と、こ
の減算器8からの位置誤差S7に位置制御ループゲイン
を乗じて出力する位置制御器1と、位置指令S1を微分
処理し、フィードフォワードゲインを乗じてフィードフ
ォワード制御量S6を算出するフィードフォワード手段
2と、位置制御器1の出力にフィードフォワード制御量
S6を加えて速度指令S2を出力する加算器9と、速度
指令S2から速度検出手段7からの速度検出値S4を減
算して速度誤差S8を算出する減算器10と、速度誤差
S8に応じたトルク指令S3を算出し、アンプ4に出力
する速度制御器3とを備えている。アンプ4は、トルク
指令S3に応じた電流でモータ5を駆動するようになっ
ている。
This position control device comprises a position detector 6 for detecting the position of the motor 5, and a speed detecting means 7 for obtaining a speed detection value S4 from the position detection value S5 output by the position detector 6. . The position control device further includes a subtracter 8 that calculates a position error S7 by subtracting the position detection value S5 from the position command S1 output from the higher-order controller, and a position control loop based on the position error S7 from the subtractor 8. The position controller 1 that multiplies the gain and outputs the position command S1 is differentiated, the feed forward means 2 that multiplies the feed forward gain to calculate the feed forward control amount S6, and the output of the position controller 1 is feed forward controlled. Depending on the speed error S8, an adder 9 for adding the amount S6 and outputting the speed command S2, a subtractor 10 for subtracting the speed detection value S4 from the speed detection means 7 from the speed command S2 to calculate a speed error S8, and The speed controller 3 that calculates the torque command S3 and outputs it to the amplifier 4 is provided. The amplifier 4 drives the motor 5 with a current according to the torque command S3.

【0005】この位置制御装置では、減算器8が上位の
コントローラより出力される位置指令S1と位置検出器
6からの位置検出値S5より位置誤差S7を算出する。
一方、フィードフォワード手段2は位置指令S1を微分
処理し、フィードフォワードゲインを乗じてフィードフ
ォワード制御量S6を算出する。位置制御器1は位置誤
差S7に位置制御ループゲインを乗じて加算器9に出力
し、加算器9は位置制御器1の出力にフィードフォワー
ド制御量S6を加えて速度指令S2とする。減算器10
は速度指令S2と速度検出値S4を入力して速度誤差S
8を算出し、この速度誤差S8に応じて速度制御器3が
トルク指令S3を算出する。さらに、アンプ4はトルク
指令S3に応じた電流でモータ5を駆動する。
In this position control device, the subtracter 8 calculates the position error S7 from the position command S1 output from the host controller and the position detection value S5 from the position detector 6.
On the other hand, the feedforward means 2 differentiates the position command S1 and multiplies the feedforward gain to calculate the feedforward control amount S6. The position controller 1 multiplies the position error S7 by the position control loop gain and outputs it to the adder 9. The adder 9 adds the feedforward control amount S6 to the output of the position controller 1 to obtain the speed command S2. Subtractor 10
Inputs the speed command S2 and the speed detection value S4 to obtain the speed error S
8 is calculated, and the speed controller 3 calculates the torque command S3 according to the speed error S8. Further, the amplifier 4 drives the motor 5 with a current according to the torque command S3.

【0006】従来の位置制御装置では、フィードフォワ
ード制御量S6の算出において位置指令S1の微分処理
をサンプリング点間の差分処理で近似している。サンプ
リング周期をTとすると、フィードフォワード手段2の
伝達関数は、次の(1)式で表される。ここで、フィー
ドフォワードゲインは1とする。
In the conventional position control device, in the calculation of the feedforward control amount S6, the differential processing of the position command S1 is approximated by the differential processing between sampling points. When the sampling period is T, the transfer function of the feedforward means 2 is expressed by the following equation (1). Here, the feedforward gain is 1.

【0007】[0007]

【数1】{1-[e-sT]}/T ・・・(1) なお、上式において、記号 [e-sT]は自然対数の底eを
底とする指数関数で、-sT が指数であることを示す。ま
た、sは演算子である。
## EQU1 ## {1- [e-sT]} / T (1) In the above equation, the symbol [e-sT] is an exponential function with base e of the natural logarithm, and -sT is Indicates an index. Also, s is an operator.

【0008】ここで図6の速度制御ループの伝達関数を
1とし、位置制御ループゲインをKとしてブロック図を
書き換えると図7となり、図7に簡単なブロック図の変
換を行なうと図8となる。なお、図7において、符号1
1は、速度指令S2から位置検出値S5を求める要素で
あり、伝達関数は1/sで表される。また、図8に示す
構成は、位置指令S1を入力する要素12と、この要素
12の出力と位置指令S1を加算する加算器13と、こ
の加算器13の出力から要素11の出力を減算する減算
器14と、この減算器14の出力に位置制御ループゲイ
ンKを乗じる要素15と、この要素15の出力から位置
検出値S5を求める要素11とを備えたものである。要
素12の伝達関数は、(1-[e-sT])/TKで表される。
Here, the transfer function of the speed control loop in FIG. 6 is set to 1, the position control loop gain is set to K, and the block diagram is rewritten to be FIG. 7, and FIG. 8 is a simple block diagram conversion. . In FIG. 7, reference numeral 1
1 is an element for obtaining the position detection value S5 from the speed command S2, and the transfer function is represented by 1 / s. In the configuration shown in FIG. 8, the element 12 that inputs the position command S1, the adder 13 that adds the output of the element 12 and the position command S1, and the output of the element 11 is subtracted from the output of the adder 13. It is provided with a subtracter 14, an element 15 for multiplying the output of the subtractor 14 by the position control loop gain K, and an element 11 for obtaining the position detection value S5 from the output of the element 15. The transfer function of the element 12 is represented by (1- [e-sT]) / TK.

【0009】図8に示す構成の伝達関数Gを算出する
と、次の(2)式となる。
When the transfer function G having the configuration shown in FIG. 8 is calculated, the following equation (2) is obtained.

【0010】[0010]

【数2】 G={(1-[e-sT])/TK+1}*{ K/(K +s )} ={K +T[K2]- Kcos(ωT)+ωsin(ωT)}/{ T([K2]+ [ω2])} +j {- ω- ωTK+Ksin( ωT)+ωcos(ωT)}/{T([K2]+ [ω2]) } ・・・(2) なお、上式において、記号[K2]はK を底とする指数関数
で2 が指数を示す。また、j は虚数単位である。また、
*は乗算記号を示す。
## EQU2 ## G = {(1- [e-sT]) / TK + 1} * {K / (K + s)} = {K + T [K2] -Kcos (ωT) + ωsin (ωT)} / {T ([ K2] + [ω2])} + j {-ω-ωTK + Ksin (ωT) + ωcos (ωT)} / {T ([K2] + [ω2])} (2) In the above equation, the symbol [K2 ] Is an exponential function with K as the base, and 2 indicates the exponent. Also, j is an imaginary unit. Also,
* Indicates a multiplication symbol.

【0011】Gの振幅特性|G|は、次の(3)式とな
る。
The amplitude characteristic | G | of G is given by the following equation (3).

【0012】[0012]

【数3】 |G|=√{[T2][K2]+2(1+TK)(1-cos( ωT))/ ([T2][K2]+[T2][ ω2])} ・・・(3) なお、上式において、記号√{}は、括弧{}内の値の
平方根を意味する。
[Equation 3] | G | = √ {[T2] [K2] +2 (1 + TK) (1-cos (ωT)) / ([T2] [K2] + [T2] [ω2])} ・ ・(3) In the above equation, the symbol √ {} means the square root of the value in brackets {}.

【0013】ここで仮にサンプリング周期をT=0.0016se
c(秒) 、位置ループゲインをK=75/secとして、振幅特性
|G|を計算すると、ω=200rad/sec付近で0.4dB を頂
点とする盛り上がりとなり、これは、実時間波形にオー
バーシュートが発生する事を示している。
Here, suppose that the sampling cycle is T = 0.0016se.
When the amplitude characteristic | G | is calculated with c (sec) and position loop gain K = 75 / sec, the peak is 0.4 dB at ω = 200 rad / sec, which is an overshoot on the real-time waveform. Is generated.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】オーバーシュートは、
工作機械等の同期位置制御時に軌跡誤差として現われ、
加工物の形状精度を低下させたり、面荒さを低下させる
おそれがあり問題である。そのため工作機械等の送り軸
制御では、オーバーシュートを非常に嫌う。これに対
し、従来はフィードフォワードゲインを小さくする方法
やフィードフォワード制御量をスムージング処理する方
法によるオーバーシュートの防止策が考えられている。
The overshoot is due to
It appears as a trajectory error during synchronous position control of machine tools,
This is a problem because it may reduce the shape accuracy of the work piece or the surface roughness. For this reason, overshoot is extremely disliked in the feed axis control of machine tools. On the other hand, conventionally, measures for preventing overshoot by a method of reducing the feedforward gain or a method of smoothing the feedforward control amount have been considered.

【0015】しかし、フィードフォワードゲインを小さ
くすると、位置指令S1に対する応答が遅くなり位置決
め時間が増大する、言い換えると追従性能が低下すると
いう欠点がある。また、フィードフォワード制御量をス
ムージング処理する方法では、処理が複雑で先読みが必
要なため高性能で高価な上位コントローラを必要とし、
コスト高になる欠点がある。
However, when the feedforward gain is reduced, there is a drawback that the response to the position command S1 becomes slow and the positioning time increases, that is, the tracking performance deteriorates. In addition, the method of smoothing the feedforward control amount requires a high-performance and expensive host controller because the processing is complicated and prefetching is required.
There is a drawback that the cost becomes high.

【0016】そこで、本発明の目的は、フィードフォワ
ード制御を用いた位置制御装置であって、簡単な構成
で、且つ追従性能を低下させることなく、オーバーシュ
ートを防止して、高精度の位置制御を行うことができる
ようにした位置制御装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a position control device using feedforward control, which has a simple structure and prevents overshoot without deteriorating the tracking performance, thereby achieving highly accurate position control. It is to provide a position control device capable of performing.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の位置制御
装置は、モータの位置を検出して位置検出値を出力する
位置検出器と、上位コントローラからの位置指令よりフ
ィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード
手段と、位置指令を所定時間だけ推移させて時間補正す
る位置指令補正手段と、この位置指令補正手段から出力
される補正後の位置指令と位置検出器から出力される位
置検出値とにより位置誤差を算出する減算器と、この減
算器から出力される位置誤差に位置制御ループゲインを
乗算して出力する位置制御器と、この位置制御器の出力
とフィードフォワード手段から出力されるフィードフォ
ワード制御量とにより速度指令を算出する加算器と、こ
の加算器から出力される速度指令に応じてモータの速度
を制御する速度制御ループとを備えたものである。
A position control device according to claim 1 calculates a feedforward control amount from a position detector which detects a position of a motor and outputs a position detection value, and a position command from a host controller. Feed forward means, position command correction means for correcting the time by shifting the position command for a predetermined time, corrected position command output from the position command correction means, and position detection value output from the position detector. , A position controller that outputs the position error output from this subtractor by multiplying the position error by the position control loop gain, and the output of this position controller and the feed output from the feedforward means. An adder that calculates a speed command based on the forward control amount and a speed control that controls the motor speed in accordance with the speed command output from this adder. It is obtained by a loop.

【0018】請求項2記載の位置制御装置は、請求項1
記載の位置制御装置において、位置指令補正手段が、上
位コントローラからの位置指令を、この位置指令のサン
プリング周期の1/2の時間だけ遅らせるものである。
A position control device according to a second aspect of the present invention is the first aspect.
In the position control device described above, the position command correction means delays the position command from the host controller by a time half the sampling cycle of the position command.

【0019】[0019]

【作用】請求項1記載の位置制御装置では、フィードフ
ォワード手段によって、上位コントローラからの位置指
令よりフィードフォワード制御量が算出される。また、
位置指令補正手段によって、上位コントローラからの位
置指令が所定時間だけ推移されて時間補正される。そし
て、減算器によって、補正後の位置指令と位置検出器か
ら出力される位置検出値とにより位置誤差が算出され、
位置制御器によって、位置誤差に位置制御ループゲイン
が乗算されて出力される。また、加算器によって、位置
制御器の出力とフィードフォワード手段からのフィード
フォワード制御量とにより速度指令が算出され、速度制
御ループによって、加算器から出力される速度指令に応
じてモータの速度が制御される。このように位置指令を
時間補正して位置誤差の算出に用いることにより、位置
制御装置の伝達関数が抑えられ、オーバシュートが防止
される。
In the position control device according to the first aspect of the present invention, the feedforward means calculates the feedforward control amount from the position command from the host controller. Also,
The position command correction means shifts the position command from the host controller for a predetermined time and corrects the time. Then, the subtracter calculates the position error from the corrected position command and the position detection value output from the position detector,
The position controller multiplies the position error by the position control loop gain and outputs the result. Further, the adder calculates a speed command from the output of the position controller and the feedforward control amount from the feedforward means, and the speed control loop controls the speed of the motor according to the speed command output from the adder. To be done. By thus correcting the position command with time and using it for calculating the position error, the transfer function of the position control device is suppressed, and overshoot is prevented.

【0020】請求項2記載の位置制御装置では、位置指
令補正手段によって、上位コントローラからの位置指令
が、この位置指令のサンプリング周期の1/2の時間だ
け遅らされる。
In the position control device according to the second aspect of the present invention, the position command correction means delays the position command from the host controller by half the sampling period of the position command.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の位置制御装置
の実施例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the position control device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明の第1実施例の位置制御装置
の概略の構成を示すブロック図である。なお、図1にお
いて、図6に示す位置制御装置と同じ構成要素、信号に
ついては、図6と同じ符号を付し、説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a position control device according to a first embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 1, the same components and signals as those of the position control device shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 6, and description thereof will be omitted.

【0023】本実施例では、図6に示す位置制御装置に
おいて、減算器8の前段に、上位コントローラからの位
置指令S1を所定時間だけ推移させて時間補正する位置
指令補正手段としての位置指令補正手段20を設けてい
る。この位置指令補正手段20は、上位コントローラか
らの位置指令S1を、この位置指令S1のサンプリング
周期の1/2の時間だけ遅らせて、時間補正後位置指令
S20として出力するようになっている。その他の構成
は、図6に示す位置制御装置と同様である。
In this embodiment, in the position control device shown in FIG. 6, a position command correction means as a position command correction means for correcting the position command S1 from the host controller by a predetermined time before the subtractor 8 for time correction. Means 20 are provided. The position command correction means 20 delays the position command S1 from the host controller by a time half the sampling cycle of the position command S1 and outputs the position command S1 as a time-corrected position command S20. Other configurations are similar to those of the position control device shown in FIG.

【0024】図2は、上位コントローラからの位置指令
S1と位置指令補正手段20の出力である時間補正後位
置指令S20の様子を示す特性図である。なお、図中、
丸および四角は、それぞれ各サンプリング点における位
置指令S1および時間補正後位置指令S20を示してい
る。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a state of the position command S1 from the host controller and the time-corrected position command S20 which is the output of the position command correction means 20. In the figure,
Circles and squares respectively indicate the position command S1 and the time-corrected position command S20 at each sampling point.

【0025】図3は、位置指令補正手段20の構成の一
例を示すブロック図である。この位置指令補正手段20
は、位置指令S1をサンプリング毎に記憶するレジスタ
21と、このレジスタ21から出力される1サンプリン
グ前の位置指令と最新の位置指令S1とを加算する加算
器22と、この加算器22の出力に1/2の係数を乗じ
て、時間補正後位置指令S20として出力する乗算器2
3とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the position command correction means 20. This position command correction means 20
Is a register 21 that stores the position command S1 for each sampling, an adder 22 that adds the position command of one sampling before and the latest position command S1 output from the register 21, and an output of the adder 22. Multiplier 2 that multiplies by a factor of 1/2 and outputs as time-corrected position command S20
3 and 3.

【0026】この位置指令補正手段20では、レジスタ
21によって、位置指令S1をサンプリング毎に記憶
し、加算器22によって、レジスタから出力される1サ
ンプリング前の位置指令と最新の位置指令S1とを加算
し、さらに乗算器23によって1/2の係数を乗じて、
時間補正後位置指令S20として出力する。以上のよう
な簡単な構成でサンプリング周期の1/2の時間だけ遅
らせた位置指令S20を算出することが可能である。
In the position command correcting means 20, the register 21 stores the position command S1 for each sampling, and the adder 22 adds the position command one sampling before and the latest position command S1. Then, the multiplier 23 multiplies it by a coefficient of 1/2,
It is output as a position command S20 after time correction. With the simple configuration as described above, it is possible to calculate the position command S20 delayed by half the sampling period.

【0027】次に、本実施例の位置制御装置の動作につ
いて説明する。
Next, the operation of the position control device of this embodiment will be described.

【0028】本実施例の位置制御装置では、位置指令補
正手段20が、上位コントローラからの位置指令S1
を、この位置指令S1のサンプリング周期の1/2の時
間だけ遅らせて、時間補正後位置指令S20として出力
する。減算器8は位置指令補正手段20からの時間補正
後位置指令S20と位置検出器6からの位置検出値S5
より位置誤差S7を算出する。位置制御器1は位置誤差
S7に位置制御ループゲインを乗じて出力する。一方、
フィードフォワード手段2は位置指令S1を微分処理
し、フィードフォワードゲインを乗じてフィードフォワ
ード制御量S6を算出する。加算器9は位置制御器1の
出力とフィードフォワード制御量S6とを加算して速度
指令S2とする。以降の動作は、図6に示す位置制御装
置と同様なので説明を省略する。
In the position control device of the present embodiment, the position command correction means 20 uses the position command S1 from the host controller.
Is delayed by half the sampling period of the position command S1 and is output as the position command S20 after time correction. The subtractor 8 receives the time-corrected position command S20 from the position command correction means 20 and the position detection value S5 from the position detector 6.
Then, the position error S7 is calculated. The position controller 1 multiplies the position error S7 by the position control loop gain and outputs it. on the other hand,
The feedforward means 2 differentiates the position command S1 and multiplies the feedforward gain to calculate the feedforward control amount S6. The adder 9 adds the output of the position controller 1 and the feedforward control amount S6 to obtain a speed command S2. The subsequent operation is the same as that of the position control device shown in FIG.

【0029】次に、本実施例において、位置指令補正手
段20によって位置指令S1を時間補正することによっ
て、位置制御装置の伝達関数の振幅特性が変わり、オー
バシュートが防止されることを説明する。図1を図7と
対応させるために、速度制御ループの伝達関数を1と
し、位置制御ループゲインをKとしてブロック図を書き
換えると、図4に示すようになる。この図4に示す構成
は、図7に示す従来の構成において、減算器8の前段
に、位置指令補正手段20に対応する遅延手段23を挿
入したものである。遅延手段23は位置指令S1をD時
間推移させて減算器8に出力する。このとき図4に示す
構成の伝達関数G2は、次の(4)式となる。
Next, in the present embodiment, it will be described that the position command S1 is time-corrected by the position command correction means 20 to change the amplitude characteristic of the transfer function of the position control device to prevent overshoot. In order to make FIG. 1 correspond to FIG. 7, the transfer function of the speed control loop is set to 1, the position control loop gain is set to K, and the block diagram is rewritten as shown in FIG. The configuration shown in FIG. 4 is obtained by inserting a delay unit 23 corresponding to the position command correction unit 20 in the preceding stage of the subtractor 8 in the conventional configuration shown in FIG. The delay means 23 shifts the position command S1 by D time and outputs it to the subtractor 8. At this time, the transfer function G2 having the configuration shown in FIG. 4 becomes the following expression (4).

【0030】[0030]

【数4】 G2={(1-[e-sT])/TK+ [e-sD]}*{ K/(K+s )} ={K+T[K2]cos( ωD)-Kcos(ωT)+ωsin(ωT)-TK ωsin(ωD)} /{ T([K2]+[ω2])} +j {- ω- ωTKcos(ωD)+Ksin(ωT)+ωcos(ωT)-T[K2]sin(ωD)} /{ T([K2]+[ω2])} ・・・(4) また、G2の振幅特性|G2|は、次の(5)式とな
る。
## EQU00004 ## G2 = {(1- [e-sT]) / TK + [e-sD]} * {K / (K + s)} = {K + T [K2] cos (ωD) -Kcos (ωT ) + ωsin (ωT) -TK ωsin (ωD)} / {T ([K2] + [ω2])} + j {-ω-ωTKcos (ωD) + Ksin (ωT) + ωcos (ωT) -T [K2] sin ( ωD)} / {T ([K2] + [ω2])} (4) Further, the amplitude characteristic | G2 | of G2 is expressed by the following equation (5).

【0031】[0031]

【数5】 |G2|=√{{2+[T2][K2]-2cos(ωT)-2TKsin(ωT)sin(ωD) -2TKcos(ωT)cos(ωD)+2TKcos(ωD)}/ [T2]([K2]+[ω2])} ・・・(5) ここで、サンプリング周期Tを遅延時間Dに置き換えて
(T=2Dとして)、(5)式を整理すると、次の(6)式
となる。
[Equation 5] | G2 | = √ {{2+ [T2] [K2] -2cos (ωT) -2TKsin (ωT) sin (ωD) -2TKcos (ωT) cos (ωD) + 2TKcos (ωD)} / [ T2] ([K2] + [ω2])} (5) Here, replacing the sampling period T with the delay time D (assuming T = 2D) and rearranging the equation (5), the following (6) ) Becomes the formula.

【0032】[0032]

【数6】 |G2|=√{([T2][K2]+4[sin(ωD)2])/([T2][K2]+[T2][ω2])} ・・・(6) ここで、分子の4[sin(ωD)2]と分母の [T2][ω2]を比較
するため、両者差をとった次の(7)式を評価する。な
お、以下の式の変形では2D=Tを用いている。
[Equation 6] | G2 | = √ {([T2] [K2] +4 [sin (ωD) 2]) / ([T2] [K2] + [T2] [ω2])} ・ ・ ・ (6) Here, in order to compare 4 [sin (ωD) 2] of the numerator and [T2] [ω2] of the denominator, the following expression (7), which is the difference between them, is evaluated. Note that 2D = T is used in the modification of the following equation.

【0033】[0033]

【数7】 4[sin(ωD)2]-[T2][ω2]=4[sin(ωD)2]-4[D2][ ω2] =4(sin(ωD)+ ωD)(sin( ωD)- ωD) ・・・(7) ここで、D >0 かつω≧0 なので、ωD ≧0 である。さ
らに、以下が成り立つ。
[Equation 7] 4 [sin (ωD) 2]-[T2] [ω2] = 4 [sin (ωD) 2] -4 [D2] [ω2] = 4 (sin (ωD) + ωD) (sin (ωD )-ωD) (7) Here, since D> 0 and ω ≧ 0, ωD ≧ 0. Furthermore, the following holds.

【0034】ωD =0では、sin(ωD)= ωD=0 なので、4
[sin(ωD)2]-[T2][ω2]=0 0 <ωD ≦1 では、sin(ωD)<ωD なので、4[sin(ωD)
2]-[T2][ω2]<0 1 <ωD では、sin(ωD)<ωD なので、4[sin(ωD)2]-
[T2][ω2]<0 よって(7)式の値は0又は負となり、次の(8)式が
成り立つ。
When ωD = 0, sin (ωD) = ωD = 0, so 4
[sin (ωD) 2]-[T2] [ω2] = 0 0 <ωD ≤ 1, so sin (ωD) <ωD, so 4 [sin (ωD)
2]-[T2] [ω2] <0 1 <ωD, sin (ωD) <ωD, so 4 [sin (ωD) 2]-
[T2] [ω2] <0 Therefore, the value of the expression (7) becomes 0 or negative, and the following expression (8) is established.

【0035】[0035]

【数8】 ([T2][K2]+4[sin(ωD)2]) ≦([T2][K2]+[T2][ ω2])・・・(8) よって、分母より分子が小さいので、次の(9)式が成
り立つ。
[Equation 8] ([T2] [K2] +4 [sin (ωD) 2]) ≤ ([T2] [K2] + [T2] [ω2]) (8) Therefore, the numerator is smaller than the denominator. Therefore, the following expression (9) is established.

【0036】[0036]

【数9】 √{([T2][K2]+4[sin(ωD)2])/([T2][K2]+[T2][ ω2])}≦1 ・・・(9) よって、|G2|≦1 となり、オーバーシュートを防
止することができる。
[Expression 9] √ {([T2] [K2] +4 [sin (ωD) 2]) / ([T2] [K2] + [T2] [ω2])} ≤ 1 ... (9) Therefore, | G2 | ≦ 1 and overshoot can be prevented.

【0037】このように、本実施例によれば、フィード
フォワード制御を用いた位置制御装置において、位置指
令を所定時間だけ推移させて時間補正する位置指令補正
手段20を設け、この位置指令補正手段20によって位
置指令S1を時間補正して位置誤差の算出に用いている
ので、簡単な構成で、且つ、従来のようにフィードフォ
ワードゲインを下げて追従性能を低下させることなく、
オーバーシュートを防止して、高精度の位置制御を行う
ことができる。そのため、工作機械等の送り軸モータの
位置を制御するのに適用した場合、高精度で高速な加工
を行うことができ、形状精度低下や面荒さ低下を防止す
ることができる。また、簡単な構成なので、安価に実現
することができる。
As described above, according to the present embodiment, the position control device using the feedforward control is provided with the position command correction means 20 for correcting the time by shifting the position command for a predetermined time. Since the position command S1 is time-corrected by 20 and used for calculating the position error, the structure is simple and the feed-forward gain is not lowered to lower the tracking performance as in the conventional case.
It is possible to prevent overshoot and perform highly accurate position control. Therefore, when applied to control the position of the feed shaft motor of a machine tool or the like, it is possible to perform high-accuracy and high-speed machining, and prevent deterioration of shape accuracy and surface roughness. Further, since it has a simple structure, it can be realized at low cost.

【0038】図5は、本発明の第2実施例の位置制御装
置における位置指令補正手段20の構成を示すブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the position command correction means 20 in the position control device of the second embodiment of the present invention.

【0039】本実施例における位置指令補正手段20
は、位置指令S1をサンプリング毎に記憶するレジスタ
21と、このレジスタ21から出力される1サンプリン
グ前の位置指令に係数(1−α)を乗ずる乗算器26
と、位置指令S1に係数αを乗ずる乗算器27と、乗算
器26の出力と乗算器27の出力とを加算して、時間補
正後位置指令S20として出力する加算器22とを備え
ている。
Position command correction means 20 in this embodiment
Is a register 21 that stores the position command S1 for each sampling, and a multiplier 26 that multiplies the position command output from the register 21 one sampling before by a coefficient (1-α).
And a multiplier 27 that multiplies the position command S1 by a coefficient α, and an adder 22 that adds the output of the multiplier 26 and the output of the multiplier 27 and outputs the time-corrected position command S20.

【0040】この位置指令補正手段20では、レジスタ
21によって位置指令S1をサンプリング毎に記憶し、
これに乗算器26によって係数(1−α)を乗じ、一
方、最新の位置指令S1に対して乗算器27によって係
数αを乗じ、加算器22によって、乗算器26の出力と
乗算器27の出力とを加算して、時間補正後位置指令S
20として出力する。これにより、位置指令S1を係数
αに応じてサンプリング周期内で推移させる事ができ
る。すなわち、係数αを変更することで位置指令S1を
推移させる時間を変えることができる。
In this position command correcting means 20, the register 21 stores the position command S1 for each sampling,
This is multiplied by the coefficient (1-α) by the multiplier 26, while the latest position command S1 is multiplied by the coefficient α by the multiplier 27, and the adder 22 outputs the output of the multiplier 26 and the output of the multiplier 27. And are added to the position command S after time correction
Output as 20. As a result, the position command S1 can be changed within the sampling cycle according to the coefficient α. That is, the time for which the position command S1 is changed can be changed by changing the coefficient α.

【0041】本実施例では、第1実施例に比べると係数
を乗ずる乗算器が増加するが、実システムでは、速度制
御ループ等にも遅れが存在するため、最適にオーバーシ
ュートを防止するためには、位置指令S1の推移時間の
調整が必要な場合があり、係数αを変更することで容易
に推移時間を調整できる本実施例は有効である。
In this embodiment, the number of multipliers by which the coefficient is multiplied is increased as compared with the first embodiment, but in an actual system, there is also a delay in the speed control loop and the like, so in order to optimally prevent overshoot. In some cases, the transition time of the position command S1 may need to be adjusted, and this embodiment is effective in that the transition time can be easily adjusted by changing the coefficient α.

【0042】また、位置指令補正手段20をディジタル
コンピュータおよびソフトウェアで構成する場合には、
係数αを上位コントローラや、その他の方法で設定する
ことが容易であり、調整が非常に容易となる。その他の
構成、動作および効果は第1実施例と同様である。
When the position command correction means 20 is composed of a digital computer and software,
The coefficient α can be easily set by a host controller or another method, and the adjustment is very easy. Other configurations, operations and effects are similar to those of the first embodiment.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィードフォワード制御を用いた位置制御装置において、
位置指令を所定時間だけ推移させて時間補正する位置指
令補正手段を設け、この位置指令補正手段によって位置
指令を時間補正して位置誤差の算出に用いるようにした
ので、簡単な構成で、且つ追従性能を低下させることな
く、オーバーシュートを防止して、高精度の位置制御を
行うことができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, in the position control device using the feedforward control,
Position command correction means for correcting the time by moving the position command by a predetermined time is provided, and the position command correction means is used for time correction of the position command to calculate the position error. There is an effect that overshoot can be prevented and position control can be performed with high accuracy without degrading performance.

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

【図1】本発明の第1実施例の位置制御装置の概略の構
成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a position control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1における位置指令補正手段の動作を説明す
るための特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of the position command correction means in FIG.

【図3】図1における位置指令補正手段の構成の一例を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration of a position command correction means in FIG.

【図4】図1に示す位置制御装置の動作を説明するため
のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram for explaining the operation of the position control device shown in FIG.

【図5】本発明の第2実施例の位置制御装置における位
置指令補正手段の構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a position command correction means in a position control device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】従来の位置制御装置の概略の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional position control device.

【図7】図6に示す位置制御装置を理想化したブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram in which the position control device shown in FIG. 6 is idealized.

【図8】図7に示すブロック図を変形したブロック図で
ある。
FIG. 8 is a block diagram obtained by modifying the block diagram shown in FIG. 7.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位置制御器 2 フィードフォワード手段 3 速度制御器 4 アンプ 5 モータ 6 位置検出器 7 速度検出手段 8 減算器 9 加算器 10 減算器 20 位置指令補正手段 S1 位置指令 S2 速度指令 S3 トルク指令 S4 速度検出値 S5 位置検出値 S6 フィードフォワード制御量 S7 位置誤差 S8 速度誤差 S20 時間補正後位置指令 1 Position Controller 2 Feed Forward Means 3 Speed Controller 4 Amplifier 5 Motor 6 Position Detector 7 Speed Detection Means 8 Subtractor 9 Adder 10 Subtractor 20 Position Command Correction Means S1 Position Command S2 Speed Command S3 Torque Command S4 Speed Detection Value S5 Position detection value S6 Feedforward control amount S7 Position error S8 Speed error S20 Time-corrected position command

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータの位置を検出して位置検出値を出
力する位置検出器と、 上位コントローラからの位置指令よりフィードフォワー
ド制御量を算出するフィードフォワード手段と、 前記位置指令を所定時間だけ推移させて時間補正する位
置指令補正手段と、 この位置指令補正手段から出力される補正後の位置指令
と前記位置検出器から出力される位置検出値とにより位
置誤差を算出する減算器と、 この減算器から出力される位置誤差に位置制御ループゲ
インを乗算して出力する位置制御器と、 この位置制御器の出力と前記フィードフォワード手段か
ら出力されるフィードフォワード制御量とにより速度指
令を算出する加算器と、 この加算器から出力される速度指令に応じてモータの速
度を制御する速度制御ループと、 を備えたことを特徴とする位置制御装置。
1. A position detector that detects a motor position and outputs a position detection value, a feedforward unit that calculates a feedforward control amount from a position command from a host controller, and the position command changes for a predetermined time. Position command correcting means for time correction, a subtracter for calculating a position error based on the corrected position command output from the position command correcting means and the position detection value output from the position detector, and the subtractor Position controller that outputs the position error output from the position multiplier by a position control loop gain, and an addition that calculates a speed command from the output of this position controller and the feedforward control amount output from the feedforward means. And a speed control loop for controlling the speed of the motor according to the speed command output from this adder. Position controller according to.
【請求項2】 前記位置指令補正手段は、上位コントロ
ーラからの位置指令を、この位置指令のサンプリング周
期の1/2の時間だけ遅らせることを特徴とする請求項
1記載の位置制御装置。
2. The position control device according to claim 1, wherein the position command correction means delays the position command from the host controller by a time half the sampling cycle of the position command.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020003658A1 (en) * 2018-06-27 2020-01-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Image display device and driving device

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JPWO2020003658A1 (en) * 2018-06-27 2021-08-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 Image display device and drive device
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