JPH0810411B2 - Servo motor position controller - Google Patents
Servo motor position controllerInfo
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- JPH0810411B2 JPH0810411B2 JP62265727A JP26572787A JPH0810411B2 JP H0810411 B2 JPH0810411 B2 JP H0810411B2 JP 62265727 A JP62265727 A JP 62265727A JP 26572787 A JP26572787 A JP 26572787A JP H0810411 B2 JPH0810411 B2 JP H0810411B2
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- signal
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、工作機械やそれに類似する機械の精密位
置制御装置における、速度ループ制御方法に関するもの
である。The present invention relates to a speed loop control method in a precision position control device for machine tools and similar machines.
現在、位置制御装置としてよく用いられている制御方
式を第４図に示す。（１）は位置制御部、（２）は速度
制御部、（３）は電流制御部、（４）はサーボモータ、
（５）は機械系を示している。FIG. 4 shows a control method that is currently widely used as a position control device. (1) is a position controller, (2) is a speed controller, (3) is a current controller, (4) is a servomotor,
(5) shows a mechanical system.
又図中の符号は次の通りである。 The symbols in the figure are as follows.
従来、位置制御部としてＰ制御、速度制御部としてPI
制御、電流制御部としてＰ制御を用いる事が多く、この
場合の位置及び速度制御部を第５図にそのボード線図を
第６図に示す。なお、図中、KPは位置ループゲイン、KV
は速度ループゲイン、TVは速度ループ進み補償時定数で
ある。Conventionally, P control is used as the position control unit and PI is used as the speed control unit.
In many cases, P control is used as the control/current control unit. In this case, the position/speed control unit is shown in FIG. 5, and its Bode diagram is shown in FIG. In the figure, K P is the position loop gain, K V
Is the velocity loop gain and T V is the velocity loop advance compensation time constant.
この様に速度制御部を構成した場合、第４図の機械系
（５）が例えば、第９図に示す様な速度ωに対し、静摩
擦FSと動摩擦Fmとがある様な非線形な摩擦成分を含んだ
場合、θ*に対するθがオーバーシュートを起す事があ
る。すなわち第10図のタイミングチャートで、θ*が入
力され、位置偏差Ｄが発生し、KP倍されω*となり、ω*
とωの差分に対し、Ｉ*が増えてゆくが、静摩擦FS相当
の電流ISに到達して初めてθが動きθ*とθが一致する
とＩ*の増加が止まるが、すでに動摩擦Fm相当の電流Im
を超えてしまっているので、θ*よりθは行き過ぎる。
この時、Ｉ*は減り始め、通常モータと機械系の間にネ
ジレが発生している為、動摩擦Fm相当の電流Imを下回っ
た時、θ*とθが一致し停止する。When the speed control unit is configured in this manner, the mechanical system (5) in FIG. 4 has a nonlinear friction component such as static friction F S and dynamic friction Fm with respect to the speed ω shown in FIG. 9, for example. In the case of including, θ against θ * may cause overshoot. That is, in the timing chart of FIG. 10, θ * is input, a positional deviation D is generated, multiplied by K P to become ω * , and ω *
The difference of ω with respect to, but Yuku an increasing number of I *, but for the first time reached the static friction F S equivalent of the current I S θ motion θ * and θ to match the increase in I * stops, already dynamic friction Fm equivalent Current Im
Since it has exceeded, θ goes too far from θ * .
At this time, I * begins to decrease, and since a twist occurs between the normal motor and the mechanical system, when it falls below the current Im corresponding to the dynamic friction Fm, θ * and θ coincide and stop.
又、従来の他の方法に速度制御部として一次遅れ一次
進み制御があり、この場合の位置及び速度制御部を第７
図に第８図にそのボード線図を示す。なお、図中、TDは
速度ループ遅れ補償時定数、他は第５図と同等である。Another conventional method is a first-order lag first-order advance control as a speed control unit. In this case, the position and speed control unit is
The Bode diagram is shown in FIG. In the figure, T D is the velocity loop delay compensation time constant, and the others are the same as in FIG.
この様に構成した場合、θ*に対しθが追従できず、
ため送りを起す事がある。すなわち第11図のタイミング
チャートで、θ*が入力され、位置偏差Ｄが発生し、KP
倍されω*となり、ω*とωの差分に対しI*が増えてゆく
が、増え方がωがフィードバックされないとすると一次
遅れ一次進み制御の場合、積分動作に対し、この場合一
次遅れ動作となり、飽和がある為、位置偏差が小さいと
I*が動摩擦FSに相当するISに達せず、θは動かない。θ
*がさらに入力されてＤが増え、I*がISに達した時、初
めてθは動きはじめる為、指令が少しづつ入力される
と、位置偏差がある程度たまって動く事を繰り返す、た
め送りとなる。With this configuration, θ cannot follow θ * ,
Therefore, it may cause sending. That is, in the timing chart of FIG. 11, θ * is input, position deviation D occurs, and K P
It is multiplied by ω * , and I * increases with respect to the difference between ω * and ω, but if ω is not fed back in the way of increase, in the case of first-order delay first-order advance control, in this case, first-order lag operation becomes , Because there is saturation, if the position deviation is small
I * does not reach I S corresponding to the dynamic friction F S , and θ does not move. θ
When * is further input and D increases and I * reaches I S , θ starts to move for the first time. Therefore, if a command is input little by little, the position deviation will accumulate to some extent and it will move repeatedly. Become.
従来の位置制御装置は、以上の様に構成されているの
で、オーバーシュートやため送りが発生しやすく、うま
く調整できたとしても調整はむずかしく、又、微妙な
為、機械系の静・動摩擦が経年変化等で変化した場合、
やはりオーバーシュートやため送りが発生する。Since the conventional position control device is configured as described above, it is easy for feed to occur due to overshoot, and it is difficult to adjust even if it can be adjusted well, and since it is delicate, static and dynamic friction of the mechanical system If it changes over time,
After all, overshoot and feed occur.
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、調整が簡単でオーバーシュートや、ため送
りをする事なく制御でき、しかも機械系の変化にも強い
位置決め制御装置を得る事を目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to obtain a positioning control device that is easy to adjust and can control without overshooting or feeding, and that is strong against mechanical system changes. With the goal.
この発明に係わるサーボモータの位置制御装置は、静
摩擦トルクが動摩擦トルクより大きい負荷を停止時から
駆動するものにおいて、速度偏差信号からサーボモータ
の駆動力指令信号を生成する経路に選択可能に設けられ
たPI制御要素及び一次遅れ一次進み制御要素と、位置指
令信号と位置偏差信号とを入力しこれらの信号の状態に
応じてPI制御要素又は一次遅れ一次進み制御要素を選択
する切り換え判定部とを備え、PI制御要素は入力された
速度偏差信号を積分動作により時間と共に増加させて駆
動力指令信号を生成し、一次遅れ一次進み制御要素は入
力された速度偏差信号を一次遅れ動作により飽和させて
駆動力指令信号を生成し、切り換え判定部は位置偏差信
号が所定値になったときに一次遅れ一次進み制御要素を
選択する様にしたものである。A servomotor position control device according to the present invention is provided to select a path for generating a driving force command signal of a servomotor from a speed deviation signal in a device that drives a load having a static friction torque larger than a dynamic friction torque from a standstill. The PI control element and the first-order lag first-order advance control element, and the switching determination unit that inputs the position command signal and the position deviation signal and selects the PI control element or the first-order lag first-order advance control element according to the states of these signals. The PI control element increases the input speed deviation signal with time by an integration operation to generate a driving force command signal, and the primary delay primary advance control element saturates the input speed deviation signal by the primary delay operation. The drive force command signal is generated, and the switching determination unit selects the first-order lag first-order advance control element when the position deviation signal reaches a predetermined value.
この発明に係わるサーボモータの位置制御装置は、静
摩擦トルクが動摩擦トルクより大きい負荷を停止時から
駆動するものにおいて、速度偏差信号からサーボモータ
の駆動力指令信号を生成する経路に選択可能に設けられ
たPI制御要素及び一次遅れ一次進み制御要素と、位置指
令信号と位置偏差信号とを入力しこれらの信号の状態に
応じてPI制御要素又は一次遅れ一次進み制御要素を選択
する切り換え判定部とを備え、PI制御要素は入力された
速度偏差信号を積分動作により時間と共に増加させて駆
動力指令信号を生成し、一次遅れ一次進み制御要素は入
力された速度偏差信号を一次遅れ動作により飽和させて
駆動力指令信号を生成し、切り換え判定部は位置偏差信
号が所定値になったときに一次遅れ一次進み制御要素を
選択するので、停止時から動き出す際は、積分動作によ
り入力された速度偏差信号を時間とともに大きな駆動力
指令値にして、大きな静摩擦トルクに打ち勝つトルクを
サーボモータに発生させて負荷をスムースに移動させ、
かつ一度動き出した際は、負荷の摩擦トルクが急に減少
することにより増加する加速トルクを一次遅れ動作に切
り換えることにより抑制して、目標位置を越えたオーバ
ーシュートを発生させないようにすることになる。A servomotor position control device according to the present invention is provided to select a path for generating a driving force command signal of a servomotor from a speed deviation signal in a device that drives a load having a static friction torque larger than a dynamic friction torque from a standstill. The PI control element and the first-order lag first-order advance control element, and the switching determination unit that inputs the position command signal and the position deviation signal and selects the PI control element or the first-order lag first-order advance control element according to the states of these signals. The PI control element increases the input speed deviation signal with time by an integration operation to generate a driving force command signal, and the primary delay primary advance control element saturates the input speed deviation signal by the primary delay operation. The drive force command signal is generated, and the switching determination unit selects the first-order lag first-order advance control element when the position deviation signal reaches a predetermined value.Therefore, when starting from the stop, the speed deviation signal input by the integral operation is selected. Is set to a large driving force command value over time, a torque that overcomes a large static friction torque is generated in the servo motor, and the load is moved smoothly.
In addition, once the vehicle starts moving, the acceleration torque that increases due to the sudden decrease in the friction torque of the load is suppressed by switching to the first-order lag operation to prevent overshoot that exceeds the target position. ..
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（１）は位置制御部、（２）は速度制御
部、（３）は電流制御部、（４）はモータ、（５）は機
械系であり、（６）は切り換え判定部である。第２図は
位置制御部（１）と速度制御部（２）、切り換え判定部
（６）の詳細で図中の符号は第５図と、第６図と同等で
ある。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, (1) is a position control unit, (2) is a speed control unit, (3) is a current control unit, (4) is a motor, (5) is a mechanical system, and (6) is a switching determination. It is a department. FIG. 2 shows details of the position control unit (1), the speed control unit (2), and the switching determination unit (6), and the reference numerals in the drawing are the same as those in FIGS. 5 and 6.
又第３図に切り換え判定部を示す。（７），（８）は
比較器、（９）は立上がり微分回路、（10）はフリップ
フロップ回路である。Further, FIG. 3 shows a switching judging section. (7) and (8) are comparators, (9) is a rising differential circuit, and (10) is a flip-flop circuit.
切り換え判定部の動作を説明すると、位置指令θ*が
比較器（８）に入力されると、比較器（８）の出力は０
から１に変化し立上がり微分回路（９）を通り、フリッ
プフロップ回路（10）がリセットされ、出力が０となり
PI制御が選択される。位置フィードバックθが動いて、
θ*と一致すると位置偏差Ｄが０となる為、比較器
（７）に０が入力され出力が０から１に変化する為、フ
リップフロップ回路（10）の出力は１となり一次遅れ一
次進み制御が選択され、次にθ*が入力されるまで、こ
の状態が維持される。The operation of the switching determination unit will be described. When the position command θ * is input to the comparator (8), the output of the comparator (8) becomes 0.
Changes from 1 to 1, rises through the differentiating circuit (9), the flip-flop circuit (10) is reset, and the output becomes 0.
PI control is selected. The position feedback θ moves,
When θ * coincides, the position deviation D becomes 0, so 0 is input to the comparator (7) and the output changes from 0 to 1, so the output of the flip-flop circuit (10) becomes 1 and the first-order lag first-order advance control Is selected, and this state is maintained until θ * is next input.
次に全体の制御の動きで、第12図のタイミングチャー
トでθ*が入力されるまでは一次遅れ一次進み制御であ
り、θ*が入力されると、位置偏差Ｄが発生し、KP倍さ
れω*となり、ω*とωの差分に対しI*が増えてゆくが、
この時は、PI制御に切り換えられている為、積分的に増
えてゆき、ISに達すと、θが動き出し、θがθ*に一致
した瞬間位置偏差Ｄが０となる為、PI制御から一次遅れ
一次進み制御に切り変わり、I*が急激に減少する。その
為、θはオーバーシュートする事なく、θ*と一致す
る。Next, in the overall control operation, it is a first-order lag first-order advance control until θ * is input in the timing chart of FIG. 12, and when θ * is input, a position deviation D occurs and K P times is ω * next, ω * and the difference of ω for but Yuku an increasing number of I *,
At this time, since it is switched to PI control, it increases in an integral manner, and when I S is reached, θ starts to move and the instantaneous position deviation D when θ coincides with θ * becomes 0. First-order delay First-order advance Control is switched to, and I * suddenly decreases. Therefore, θ coincides with θ * without overshooting.
ここで、一次進みの時定数TVは、制御理論上サーボ系
が不安定にならない程度で小さ目の値とし、又一次遅れ
の時定数TDは、オーバーシュートが発生しない程度で大
き目に選ぶという程度で、あまり機械系により微妙な値
を調整する必要はない。Here, the time constant T V of the first-order advance is set to a small value so that the servo system does not become unstable in control theory, and the time constant T D of the first-order delay is set to a large value so that the overshoot does not occur. However, it is not necessary to adjust delicate values depending on the mechanical system.
なお、上記実施例では、切り換え判定部（６）で、位
置指令が入力されてから、位置フィードバックが、指令
に一致するまでPI制御、その後は一次遅れ一次進み制御
としたが、位置フィードバックが指令値に対して±数μ
ｍになったら切り換えるという様に、一次遅れ一次進み
制御に早く切り換えても、実際の機械では、同様の効果
を奏する。In the above-described embodiment, the switching determination unit (6) uses PI control until the position feedback agrees with the command after the position command is input, and then the first-order lag first-order advance control is performed. ±several μ for the value
Even if the control is switched to the first-order lag first-order advance control, such as switching when m is reached, the same effect is obtained in an actual machine.
以上の様に、この発明によれば、静摩擦トルクが動摩
擦トルクより大きい負荷を停止時から駆動するものにお
いて、速度偏差信号からサーボモータの駆動力指令信号
を生成する経路に選択可能に設けられたPI制御要素及び
一次遅れ一次進み制御要素と、位置指令信号と位置偏差
信号とを入力しこれらの信号の状態に応じてPI制御要素
又は一次遅れ一次進み制御要素を選択する切り換え判定
部とを備え、PI制御要素は入力された速度偏差信号を積
分動作により時間と共に増加させて駆動力指令信号を生
成し、一次遅れ一次進み制御要素は入力された速度偏差
信号を一次遅れ動作により飽和させて駆動力指令信号を
生成し、切り換え判定部は位置偏差信号が所定値になっ
たときに一次遅れ一次進み制御要素を選択するので、停
止時から動き出す際は、積分動作により入力された速度
偏差信号を時間とともに大きな駆動力指令値にして、大
きな静摩擦トルクに打ち勝つトルクをサーボモータに発
生させて負荷をスムーズに移動させ、かつ一度動き出し
た際は、負荷の摩擦トルクが急に減少することにより増
加する加速トルクを一次遅れ動作に切り換えることによ
り抑制して、目標位置を越えたオーバーシュートを発生
させないようにすることになり、静摩擦トルクが動摩擦
トルクより大きい負荷を、停止時に与えられた位置指令
に対してスムーズに駆動し、かつ目標位置においてオー
バーシュートをなくして位置決め精度を向上させる効果
がある。As described above, according to the present invention, in the case where a load whose static friction torque is larger than dynamic friction torque is driven from the time of stop, it is provided so as to be selectable in the path for generating the driving force command signal of the servo motor from the speed deviation signal. A PI control element and a first-order lag first-order advance control element, and a switching determination unit that inputs a position command signal and a position deviation signal and selects a PI control element or a first-order lag first-order advance control element according to the states of these signals , The PI control element increases the input speed deviation signal with time by the integration operation to generate the driving force command signal, and the first order delay first order advance control element drives the saturated speed deviation signal by the first order delay operation. A force command signal is generated, and the switching determination unit selects the first-order lag first-order advance control element when the position deviation signal reaches a predetermined value.Therefore, when starting from a stop, the speed deviation signal input by the integration operation is used. With a large driving force command value over time, a torque that overcomes a large static friction torque is generated in the servo motor to move the load smoothly, and once it starts to move, the friction torque of the load suddenly decreases and increases. The acceleration torque is suppressed by switching to the first-order lag operation to prevent overshoot from exceeding the target position, and a load with a static friction torque larger than the dynamic friction torque is applied to the position command given at stop. Therefore, there is an effect that the driving is performed smoothly and the overshoot is eliminated at the target position to improve the positioning accuracy.
第１図はこの発明の一実施例による位置制御装置を示す
ブロック図、第２図は位置，速度制御部、切り換え判定
部のブロック図、第３図は切り換え判定部の詳細図であ
る。第４図は従来の位置制御装置を示すブロック図、第
５図は速度制御部がPI制御の場合の位置・速度制御部の
ブロック図、第６図は、そのボード線図、第７図は速度
制御部が一次遅れ一次進み制御の場合の位置・速度制御
部のブロック図、第８図はそのボード線図、第９図は機
械系に含まれる摩擦の特性図、第10図は従来のPI制御を
速度制御部に採用した場合の位置指令，位置フィードバ
ック、および電流指令のタイミングチャート、第11図は
従来の一次遅れ一次進み制御の場合のタイミングチャー
ト、第12図は本発明の一実施例の場合のタイミングチャ
ートを示す。 （１）位置制御部、（２）速度制御部、（３）電流制御
部、（４）サーボモータ、（５）機械系、（６）切り換
え判定部、（７）比較器、（８）比較器、（９）立上が
り微分回路、（10）フリップフロップ回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当分を示す。FIG. 1 is a block diagram showing a position control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a position/speed control unit, a switching determination unit, and FIG. 3 is a detailed view of the switching determination unit. FIG. 4 is a block diagram showing a conventional position control device, FIG. 5 is a block diagram of the position/speed control unit when the speed control unit is PI control, FIG. 6 is its Bode diagram, and FIG. A block diagram of the position/speed control unit when the speed control unit is a first-order lag first-order advance control, FIG. 8 is its Bode diagram, FIG. 9 is a characteristic diagram of friction included in a mechanical system, and FIG. Timing chart of position command, position feedback, and current command when PI control is adopted in the speed controller, FIG. 11 is a timing chart of conventional first-order lag first-order advance control, and FIG. 12 is one embodiment of the present invention. The timing chart in the case of an example is shown. (1) Position control unit, (2) Speed control unit, (3) Current control unit, (4) Servo motor, (5) Mechanical system, (6) Switching determination unit, (7) Comparator, (8) Comparison Vessel, (9) rising differential circuit, (10) flip-flop circuit. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
荷を停止時から駆動するものであって、位置指令信号と
位置フィードバック信号との差から位置偏差信号を生成
し、この位置偏差信号に基づいて生成された速度指令信
号と速度フィードバック信号との差から速度偏差信号を
生成し、この速度偏差信号に基づいてサーボモータの駆
動力指令信号を生成するサーボモータの位置制御装置に
おいて、前記速度偏差信号から前記サーボモータの駆動
力指令信号を生成する経路に選択可能に設けられたPI制
御要素及び一次遅れ一次進み制御要素と、前記位置指令
信号と前記位置偏差信号とを入力しこれらの信号の状態
に応じて前記PI制御要素又は前記一次遅れ一次進み制御
要素を選択する切り換え判定部と、を備え、前記PI制御
要素は入力された速度偏差信号を積分動作により時間と
共に増加させて前記駆動力指令信号を生成し、前記一次
遅れ一次進み制御要素は入力された速度偏差信号を一次
遅れ動作により飽和させて前記駆動力指令信号を生成
し、前記切り換え判定部は前記位置偏差信号が所定値に
なったときに前記一次遅れ一次進み制御要素を選択する
ことを特徴とするサーボモータの位置制御装置。1. A load for which static friction torque is larger than dynamic friction torque is driven from the time of stop, and a position deviation signal is generated from a difference between a position command signal and a position feedback signal, and is generated based on this position deviation signal. In the position control device for the servo motor, which generates a speed deviation signal from the difference between the speed command signal and the speed feedback signal, and generates a driving force command signal for the servo motor based on the speed deviation signal, A PI control element and a first-order lag first-order advance control element, which are provided to be selectable in the path for generating the driving force command signal of the servo motor, the position command signal and the position deviation signal are input, and the state of these signals is set. A switching determination unit that selects the PI control element or the first-order lag first-order advance control element according to the PI control element, and the PI control element increases the input speed deviation signal with time by an integrating operation to increase the driving force command signal. The first-order lag first-order lag control element saturates the input speed deviation signal by a first-order lag operation to generate the driving force command signal, and the switching determination unit causes the position deviation signal to reach a predetermined value. A position control device for a servo motor, wherein the first-order lag first-order advance control element is selected at times.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265727A JPH0810411B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Servo motor position controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62265727A JPH0810411B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Servo motor position controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01108608A JPH01108608A (en) | 1989-04-25 |
| JPH0810411B2 true JPH0810411B2 (en) | 1996-01-31 |
Family
ID=17421161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62265727A Expired - Lifetime JPH0810411B2 (en) | 1987-10-21 | 1987-10-21 | Servo motor position controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810411B2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5287590A (en) * | 1976-01-14 | 1977-07-21 | Hitachi Ltd | Objective value following control apparatus |
| JPS5833563B2 (en) * | 1978-04-10 | 1983-07-20 | 株式会社不二越 | Acceleration control device for servo mechanism |
| JPS58175021A (en) * | 1982-04-05 | 1983-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | Servo device |
| JPS61109115A (en) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | Omron Tateisi Electronics Co | Position controller |
| JPS6284302A (en) * | 1985-10-08 | 1987-04-17 | Fuji Electric Co Ltd | Proportional-plus-integral type adjuster |
-
1987
- 1987-10-21 JP JP62265727A patent/JPH0810411B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01108608A (en) | 1989-04-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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