JPH08336294A - サーボ制御装置 - Google Patents
サーボ制御装置Info
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- JPH08336294A JPH08336294A JP7141703A JP14170395A JPH08336294A JP H08336294 A JPH08336294 A JP H08336294A JP 7141703 A JP7141703 A JP 7141703A JP 14170395 A JP14170395 A JP 14170395A JP H08336294 A JPH08336294 A JP H08336294A
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- JP
- Japan
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- motor
- control
- drive
- equation
- actuator
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
Abstract
(57)【要約】
【目的】 入力に対する速応性、安定性、更には外乱等
に対する耐性の向上とリニアリティの改善とを図る。 【構成】 サーボ制御装置は、比較部２、調節部３、ド
ライブ部４、アクチュエータ５及びその駆動部６から構
成されるとともに、駆動部６の出力を検出して比較部２
に帰還するセンサ部１からなる基本構成を有し、アクチ
ュエータ５の出力角度や位置を制御する。ドライブ部４
は負性インピーダンス回路で構成されている。そのイン
ピーダンスＺ0はモータの電機子抵抗Ｒに対し、Ｚ0＋Ｒ
がほぼ０に設定されている。
に対する耐性の向上とリニアリティの改善とを図る。 【構成】 サーボ制御装置は、比較部２、調節部３、ド
ライブ部４、アクチュエータ５及びその駆動部６から構
成されるとともに、駆動部６の出力を検出して比較部２
に帰還するセンサ部１からなる基本構成を有し、アクチ
ュエータ５の出力角度や位置を制御する。ドライブ部４
は負性インピーダンス回路で構成されている。そのイン
ピーダンスＺ0はモータの電機子抵抗Ｒに対し、Ｚ0＋Ｒ
がほぼ０に設定されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力信号が比較部を介
してドライブ部及びアクチュエータ、例えばモータに伝
達されるとともに上記モータにより駆動される負荷の出
力角度θや速度ｄθ／ｄｔ（まとめて出力Ｖ0）が上記
比較部に負帰還されることで上記モータをサーボ制御す
る装置に係り、特にドライブ部に負性インピーダンス回
路を採用したサーボ制御装置に関する。
してドライブ部及びアクチュエータ、例えばモータに伝
達されるとともに上記モータにより駆動される負荷の出
力角度θや速度ｄθ／ｄｔ（まとめて出力Ｖ0）が上記
比較部に負帰還されることで上記モータをサーボ制御す
る装置に係り、特にドライブ部に負性インピーダンス回
路を採用したサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクチュエータの速度や位置制御は、図
１に示すサーボ制御装置の一般的なブロックにより行わ
れる。このサーボ制御装置は、比較部２〜アクチュエー
タ５及びその駆動部６から構成されるとともに、駆動部
６の出力を検出して比較部２に帰還するセンサ部１から
なる。アクチュエータ５としては一般的にモータが採用
されている。サーボ制御は、駆動部６の速度や位置をセ
ンサ部１で検出し、その入力Ｖである目標とする速度や
目標とする位置との比較を比較部２で行い、その入力偏
差を０に近づけるように調整部３及びドライブ部４がア
クチュエータ５を駆動する、いわゆる負帰還制御で行わ
れる。かかるサーボ制御装置は、負荷又はその変動乃至
は外乱に対する安定制御と、帰還量に応じた好適な制御
とが行われるように設計されている。
１に示すサーボ制御装置の一般的なブロックにより行わ
れる。このサーボ制御装置は、比較部２〜アクチュエー
タ５及びその駆動部６から構成されるとともに、駆動部
６の出力を検出して比較部２に帰還するセンサ部１から
なる。アクチュエータ５としては一般的にモータが採用
されている。サーボ制御は、駆動部６の速度や位置をセ
ンサ部１で検出し、その入力Ｖである目標とする速度や
目標とする位置との比較を比較部２で行い、その入力偏
差を０に近づけるように調整部３及びドライブ部４がア
クチュエータ５を駆動する、いわゆる負帰還制御で行わ
れる。かかるサーボ制御装置は、負荷又はその変動乃至
は外乱に対する安定制御と、帰還量に応じた好適な制御
とが行われるように設計されている。
【０００３】図４は、アクチュエータ５がＤＣモータ
（ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む）のときのドラ
イブ部４〜駆動部６の総伝達関数の詳細を示すブロック
図で、ドライブ部４から見た角度伝達関数Ｇθ1は、下
記数２で表される。なお、ドライブ部４は利得がＡ1で
ある電圧ドライブ方式によるものである。
（ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む）のときのドラ
イブ部４〜駆動部６の総伝達関数の詳細を示すブロック
図で、ドライブ部４から見た角度伝達関数Ｇθ1は、下
記数２で表される。なお、ドライブ部４は利得がＡ1で
ある電圧ドライブ方式によるものである。
【０００４】
【数２】
【０００５】そして、ＤＣモータから見た、負荷、その
変動及び外乱をＴLとすると、その出力角度θは、
変動及び外乱をＴLとすると、その出力角度θは、
【０００６】
【数３】
【０００７】と表される。従って、その等価ブロック図
は、図５ように表される。なお、第１項と第２項との成
分比Ｋは、
は、図５ように表される。なお、第１項と第２項との成
分比Ｋは、
【０００８】
【数４】
【０００９】となる。かかるサーボ制御では、負荷又は
その変動乃至は外乱に対する制御特性の安定性改善効果
を有し、帰還量に応じて好適な制御が行われる。また、
調整部３の特性として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御
（Ｉ制御）、あるいは微分制御（Ｄ制御）を目的に応じ
て組み合わせたものも知られている。
その変動乃至は外乱に対する制御特性の安定性改善効果
を有し、帰還量に応じて好適な制御が行われる。また、
調整部３の特性として、比例制御（Ｐ制御）、積分制御
（Ｉ制御）、あるいは微分制御（Ｄ制御）を目的に応じ
て組み合わせたものも知られている。
【００１０】一方、ＤＣモータを定速駆動させるために
電子ガバナドライブ方式を採用したものが知られてい
る。また、信号源から負性インピーダンス回路を介して
ドライブ可能にされたスピーカーも知られている（「ア
クティブサーボテクノロジー」第９１頁、「ラジオ技
術」１９９０年１０月号）。
電子ガバナドライブ方式を採用したものが知られてい
る。また、信号源から負性インピーダンス回路を介して
ドライブ可能にされたスピーカーも知られている（「ア
クティブサーボテクノロジー」第９１頁、「ラジオ技
術」１９９０年１０月号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
ブロック図では、数３に示すように、分母の定数部分
（μＲ＋ＫeＫt）にＤＣモータ及び駆動部６の粘性摩擦
係数の合計値μが存在するため、入力信号Ｖ1や外力ＴL
の周波数成分が低周波領域にある場合(すなわち、演算
子ｓ≒０)、応答性の点で影響を受け、また、数４に示
す成分比Ｋにおいても、その分子（Ｒ＋ｓＬ）にアクチ
ュエータ５としてのＤＣモータの電機子抵抗Ｒが残るた
め（ｓＬ≒０)、外乱の影響を抑制し切れないという問
題がある。また、かかる方式に公知のＰ制御、Ｉ制御、
Ｄ制御、あるいはこれらを組み合わせた制御を組み込ん
でも帰還量の調整には限界があった。
ブロック図では、数３に示すように、分母の定数部分
（μＲ＋ＫeＫt）にＤＣモータ及び駆動部６の粘性摩擦
係数の合計値μが存在するため、入力信号Ｖ1や外力ＴL
の周波数成分が低周波領域にある場合(すなわち、演算
子ｓ≒０)、応答性の点で影響を受け、また、数４に示
す成分比Ｋにおいても、その分子（Ｒ＋ｓＬ）にアクチ
ュエータ５としてのＤＣモータの電機子抵抗Ｒが残るた
め（ｓＬ≒０)、外乱の影響を抑制し切れないという問
題がある。また、かかる方式に公知のＰ制御、Ｉ制御、
Ｄ制御、あるいはこれらを組み合わせた制御を組み込ん
でも帰還量の調整には限界があった。
【００１２】一方、前述のガバナドライブ方式は単にＤ
Ｃモータを駆動するのみで、帰還制御させるサーボ制御
装置と組み合わされたものではない。また、負性インピ
ーダンス回路を用いたスピーカー駆動技術はオープンル
ープ制御であって、同様に帰還制御を行うものではな
い。従って、後二者の従来技術は負帰還制御を行わせる
際に要求される種々の課題に着目してなされたものでは
ない。
Ｃモータを駆動するのみで、帰還制御させるサーボ制御
装置と組み合わされたものではない。また、負性インピ
ーダンス回路を用いたスピーカー駆動技術はオープンル
ープ制御であって、同様に帰還制御を行うものではな
い。従って、後二者の従来技術は負帰還制御を行わせる
際に要求される種々の課題に着目してなされたものでは
ない。
【００１３】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
サーボ制御装置内のＤＣモータの駆動に、該ＤＣモータ
の電機子抵抗Ｒを打ち消す負性インピーダンス回路を採
用することで、入力に対する速応性、安定性、更には外
乱等に対する耐性の向上とリニアリティの改善とを図る
サーボ制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
サーボ制御装置内のＤＣモータの駆動に、該ＤＣモータ
の電機子抵抗Ｒを打ち消す負性インピーダンス回路を採
用することで、入力に対する速応性、安定性、更には外
乱等に対する耐性の向上とリニアリティの改善とを図る
サーボ制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力信号が比
較部を介してドライブ部及びＤＣモータに伝達されると
ともに上記ＤＣモータにより駆動される負荷の出力Ｖ0
が上記比較部に負帰還されることで上記ＤＣモータをサ
ーボ制御する装置において、上記ＤＣモータの電機子抵
抗をＲとしたとき、Ｚ0＋Ｒがほぼ０となるように、上
記ＤＣモータから見たドライブ部が負性インピーダンス
Ｚ0回路を構成してなり、該ドライブ部への入力Ｖ1に対
する上記出力Ｖ0を下記数５で制御するようにしたもの
である。
較部を介してドライブ部及びＤＣモータに伝達されると
ともに上記ＤＣモータにより駆動される負荷の出力Ｖ0
が上記比較部に負帰還されることで上記ＤＣモータをサ
ーボ制御する装置において、上記ＤＣモータの電機子抵
抗をＲとしたとき、Ｚ0＋Ｒがほぼ０となるように、上
記ＤＣモータから見たドライブ部が負性インピーダンス
Ｚ0回路を構成してなり、該ドライブ部への入力Ｖ1に対
する上記出力Ｖ0を下記数５で制御するようにしたもの
である。
【００１５】
【数５】
【００１６】
【作用】本発明によれば、ＤＣモータの電機子抵抗をＲ
に対して、Ｚ0＋Ｒがほぼ０（０も含む）となるよう
に、上記ＤＣモータから見たドライブ部のインピーダン
スが負性インピーダンスＺ0となるように回路を構成し
たので、ドライブ部への入力信号Ｖ1（例えば電圧）に
対する出力Ｖ0（角度や速度の検出信号）が数５で表さ
れる。
に対して、Ｚ0＋Ｒがほぼ０（０も含む）となるよう
に、上記ＤＣモータから見たドライブ部のインピーダン
スが負性インピーダンスＺ0となるように回路を構成し
たので、ドライブ部への入力信号Ｖ1（例えば電圧）に
対する出力Ｖ0（角度や速度の検出信号）が数５で表さ
れる。
【００１７】数５では、分母中に定数部分はＫeＫtのみ
であるから、入力Ｖ1や外力ＴLの周波数成分が低周波領
域にある場合(すなわち、演算子ｓ≒０)、応答性の点で
粘性摩擦係数の合計値μの影響を受けることがない。ま
た、数５の第１項と第２項の成分比Ｋを考慮したとき、
分母がＫtＡ1と定数であるのに対し、分子はｓＬである
から、ｓ≒０に伴ってＫ≒０となり、低周波領域での外
乱の影響度合も小さくなるとともに制御の安定性が増
す。
であるから、入力Ｖ1や外力ＴLの周波数成分が低周波領
域にある場合(すなわち、演算子ｓ≒０)、応答性の点で
粘性摩擦係数の合計値μの影響を受けることがない。ま
た、数５の第１項と第２項の成分比Ｋを考慮したとき、
分母がＫtＡ1と定数であるのに対し、分子はｓＬである
から、ｓ≒０に伴ってＫ≒０となり、低周波領域での外
乱の影響度合も小さくなるとともに制御の安定性が増
す。
【００１８】
【実施例】図１は、サーボ制御装置の基本ブロック図を
示すものである。このサーボ制御装置は、比較部２、調
節部３、ドライブ部４、アクチュエータ５及びその駆動
部６から構成されるとともに、駆動部６の出力を検出
し、検出出力を比較部２に帰還するセンサ部１からなる
基本構成を有し、アクチュエータ５の速度や位置制御を
行わせるものである。
示すものである。このサーボ制御装置は、比較部２、調
節部３、ドライブ部４、アクチュエータ５及びその駆動
部６から構成されるとともに、駆動部６の出力を検出
し、検出出力を比較部２に帰還するセンサ部１からなる
基本構成を有し、アクチュエータ５の速度や位置制御を
行わせるものである。
【００１９】ドライブ部４は、利得Ａ1を持ち、その入
力信号に応じた電圧あるいは電流を生成してアクチュエ
ータ５に供給するもので、その詳細は図２に示してい
る。アクチュエータ５としては一般的にモータ、特にＤ
Ｃモータ（回転出力タイプのボイスコイルモータ（ＶＣ
Ｍ）を含む）が採用されており、駆動部６はアクチュエ
ータ５の負荷で、メカニズム伝達部と駆動目的とする部
材とから構成されている。例えば、カメラ撮影時におけ
る手振れを、高い制御性能（速応性や安定性など）の下
で補正するべくレンズ駆動を行わせる部分に適用する場
合、メカニズム伝達部はギア系であり、駆動目的とする
部材は撮影レンズである。センサ部１は、回転速度や回
転位置を検出する場合には、駆動部６に、あるいは直接
アクチュエータ５に連結されたポテンショメータやロー
タリエンコーダその他近接センサ等からなる。
力信号に応じた電圧あるいは電流を生成してアクチュエ
ータ５に供給するもので、その詳細は図２に示してい
る。アクチュエータ５としては一般的にモータ、特にＤ
Ｃモータ（回転出力タイプのボイスコイルモータ（ＶＣ
Ｍ）を含む）が採用されており、駆動部６はアクチュエ
ータ５の負荷で、メカニズム伝達部と駆動目的とする部
材とから構成されている。例えば、カメラ撮影時におけ
る手振れを、高い制御性能（速応性や安定性など）の下
で補正するべくレンズ駆動を行わせる部分に適用する場
合、メカニズム伝達部はギア系であり、駆動目的とする
部材は撮影レンズである。センサ部１は、回転速度や回
転位置を検出する場合には、駆動部６に、あるいは直接
アクチュエータ５に連結されたポテンショメータやロー
タリエンコーダその他近接センサ等からなる。
【００２０】本サーボ制御は、駆動部６の駆動速度や位
置をセンサ部１で検出し、その入力信号Ｖである目標と
する速度や目標とする位置と、検出した出力信号とを比
較部２で比較し、その入力偏差を０に近づけるように調
整部３及びドライブ部４がアクチュエータ５を駆動す
る、いわゆる負帰還制御で行われるものである。
置をセンサ部１で検出し、その入力信号Ｖである目標と
する速度や目標とする位置と、検出した出力信号とを比
較部２で比較し、その入力偏差を０に近づけるように調
整部３及びドライブ部４がアクチュエータ５を駆動す
る、いわゆる負帰還制御で行われるものである。
【００２１】調整部３はその伝達関数の設計によりサー
ボ制御特性の多くを決定付けたり、その特性の向上を図
るようにしている。調整部３の特性として、比例制御
（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、微分制御（Ｄ制
御）、あるいはこれらを組み合わせたものが知られてい
る。
ボ制御特性の多くを決定付けたり、その特性の向上を図
るようにしている。調整部３の特性として、比例制御
（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、微分制御（Ｄ制
御）、あるいはこれらを組み合わせたものが知られてい
る。
【００２２】Ｐ制御では、伝達関数はフラットな特性を
持ち、入力偏差を定数倍（×ａ）した信号を出力する。
サーボ制御特性としては、上記値ａが大きい程、帰還量
が増加するので入力偏差を小さくでき、周波数応答特性
も伸び、速応性が向上するという利点がある。Ｉ制御で
は、伝達関数は積分特性となり、そのため入力偏差が直
流のとき大きい帰還量を持つので、サーボ制御特性とし
ては定常の入力偏差（直流オフセット）を小さくできる
という利点がある。Ｄ制御では、Ｐ制御において速応性
向上のために、上記値ａを大きくし過ぎるとステップ応
答などでオーバーシュートやリンギングを発生し（振動
応答）、更には発振に至ってしまうことも考えられる。
これは、サーボ制御のループ利得（センサ部１から駆動
部６までの一巡伝達関数）が入力Ｖの周波数の上昇に伴
い、その伝達関数の位相遅れが無視できなくなって、サ
ーボ制御伝達関数（クローズドループ利得）が振動解を
持つようになるためである。そこで、この現象を改善す
るべく、調整部３にて微分特性を持たせて位相を進ま
せ、上記の位相遅れを打ち消すようにしたものである。
持ち、入力偏差を定数倍（×ａ）した信号を出力する。
サーボ制御特性としては、上記値ａが大きい程、帰還量
が増加するので入力偏差を小さくでき、周波数応答特性
も伸び、速応性が向上するという利点がある。Ｉ制御で
は、伝達関数は積分特性となり、そのため入力偏差が直
流のとき大きい帰還量を持つので、サーボ制御特性とし
ては定常の入力偏差（直流オフセット）を小さくできる
という利点がある。Ｄ制御では、Ｐ制御において速応性
向上のために、上記値ａを大きくし過ぎるとステップ応
答などでオーバーシュートやリンギングを発生し（振動
応答）、更には発振に至ってしまうことも考えられる。
これは、サーボ制御のループ利得（センサ部１から駆動
部６までの一巡伝達関数）が入力Ｖの周波数の上昇に伴
い、その伝達関数の位相遅れが無視できなくなって、サ
ーボ制御伝達関数（クローズドループ利得）が振動解を
持つようになるためである。そこで、この現象を改善す
るべく、調整部３にて微分特性を持たせて位相を進ま
せ、上記の位相遅れを打ち消すようにしたものである。
【００２３】かかるサーボ制御装置は、負荷又はその変
動乃至は外乱に対する制御特性の安定性改善効果を有
し、帰還量に応じて好適に制御が行われる。ここに、負
荷又はその変動乃至は外乱とはアクチュエータ５と駆動
部６の可動部の構造や組立に起因する機械摩擦、また外
部より印加される振動や外力で、これらをまとめてＴL
で表わす。
動乃至は外乱に対する制御特性の安定性改善効果を有
し、帰還量に応じて好適に制御が行われる。ここに、負
荷又はその変動乃至は外乱とはアクチュエータ５と駆動
部６の可動部の構造や組立に起因する機械摩擦、また外
部より印加される振動や外力で、これらをまとめてＴL
で表わす。
【００２４】図２は、負性インピーダンス回路を用いた
ドライブ部４の回路構成図の一例である。図において、
ドライブ部４はアクチュエータ５（モータＶＣＭ）を介
して反転増幅器１１，１２がループ状に接続されてい
る。反転増幅器１１の利得はＡaであり、反転増幅器１
２の利得はＡbである。また、両反転増幅器１１，１２
の非反転入力端子はアースされている。なお、アクチュ
エータ５としてモータＶＣＭが採用されている。反転増
幅器１１の反転入力端子は抵抗Ｒ1を介して入力側に接
続されるとともに、抵抗Ｒ5を介して反転増幅器１２の
出力端子に接続されている。また、反転増幅器１１の反
転入力端子と出力端子間には抵抗Ｒ2が介設されている
とともに、出力端子はモータＶＣＭの一端側に接続され
ている。
ドライブ部４の回路構成図の一例である。図において、
ドライブ部４はアクチュエータ５（モータＶＣＭ）を介
して反転増幅器１１，１２がループ状に接続されてい
る。反転増幅器１１の利得はＡaであり、反転増幅器１
２の利得はＡbである。また、両反転増幅器１１，１２
の非反転入力端子はアースされている。なお、アクチュ
エータ５としてモータＶＣＭが採用されている。反転増
幅器１１の反転入力端子は抵抗Ｒ1を介して入力側に接
続されるとともに、抵抗Ｒ5を介して反転増幅器１２の
出力端子に接続されている。また、反転増幅器１１の反
転入力端子と出力端子間には抵抗Ｒ2が介設されている
とともに、出力端子はモータＶＣＭの一端側に接続され
ている。
【００２５】モータＶＣＭの他端側は抵抗ｒを介してア
ースされるとともに、抵抗Ｒ3を経て反転増幅器１２の
反転入力端子に接続されている。反転増幅器１２の反転
入力端子と出力端子間には抵抗Ｒ4が介設されている。
ースされるとともに、抵抗Ｒ3を経て反転増幅器１２の
反転入力端子に接続されている。反転増幅器１２の反転
入力端子と出力端子間には抵抗Ｒ4が介設されている。
【００２６】なお、ドライブ部４において、Ａa＜＜−
（Ｒ1＋Ｒ2）／Ｒ1かつＡa＜＜−（Ｒ5＋Ｒ2）／Ｒ5と
し、また、Ａb＜＜−（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ3とする。このと
き、Ａ1＝−Ｒ2／Ｒ1，Ａ2＝−Ｒ4／Ｒ3，Ａ3＝−Ｒ2／
Ｒ5となる。但し、Ｒ3＞＞ｒとする。
（Ｒ1＋Ｒ2）／Ｒ1かつＡa＜＜−（Ｒ5＋Ｒ2）／Ｒ5と
し、また、Ａb＜＜−（Ｒ3＋Ｒ4）／Ｒ3とする。このと
き、Ａ1＝−Ｒ2／Ｒ1，Ａ2＝−Ｒ4／Ｒ3，Ａ3＝−Ｒ2／
Ｒ5となる。但し、Ｒ3＞＞ｒとする。
【００２７】一方、モータＶＣＭからドライブ部４側を
見たインピーダンスをＺ0とおくと、このＺ0は下記数６
のように表される。
見たインピーダンスをＺ0とおくと、このＺ0は下記数６
のように表される。
【００２８】
【数６】
【００２９】今、Ａ2・Ａ3＞＞１に設定すると、数６は
数７となる。
数７となる。
【００３０】
【数７】
【００３１】かかる負性インピーダンスＺ0の回路にモ
ータＶＣＭを接続した場合の出力角度θは、
ータＶＣＭを接続した場合の出力角度θは、
【００３２】
【数８】
【００３３】として表せるとともに、第１項と第２項と
の成分比Ｋは
の成分比Ｋは
【００３４】
【数９】
【００３５】ここで、インピーダンスＺ0がモータＶＣ
Ｍの電機子抵抗Ｒに対して、Ｚ0＋Ｒ＝０となるように
設定されているとすると、上記数８及び数９は、数１０
及び数１１のように表される。
Ｍの電機子抵抗Ｒに対して、Ｚ0＋Ｒ＝０となるように
設定されているとすると、上記数８及び数９は、数１０
及び数１１のように表される。
【００３６】
【数１０】
【００３７】
【数１１】
【００３８】ところで、図３は、図１の等価ブロック図
を示すもので、Ｇはサーボ制御伝達関数である。このサ
ーボ制御伝達関数Ｇは、
を示すもので、Ｇはサーボ制御伝達関数である。このサ
ーボ制御伝達関数Ｇは、
【００３９】
【数１２】
【００４０】となり、その出力角度θ及び成分比Ｋは、
それぞれ
それぞれ
【００４１】
【数１３】
【００４２】
【数１４】
【００４３】と表される。
【００４４】以上において、従来の電圧ドライブの場合
の数３及び数４と、本発明による負性インピーダンスド
ライブの場合の数１０及び数１１とを比較検討する。ま
ず、入力電圧Ｖ1、外乱ＴLの周波数成分が共に直流を含
む低周波領域にある場合、すなわち、下記数１５が成立
すると見做せる場合、
の数３及び数４と、本発明による負性インピーダンスド
ライブの場合の数１０及び数１１とを比較検討する。ま
ず、入力電圧Ｖ1、外乱ＴLの周波数成分が共に直流を含
む低周波領域にある場合、すなわち、下記数１５が成立
すると見做せる場合、
【００４５】
【数１５】
【００４６】上記数３、数４及び数１０、数１１は、そ
れぞれ下記のように表される。
れぞれ下記のように表される。
【００４７】
【数１６】
【００４８】
【数１７】
【００４９】
【数１８】
【００５０】
【数１９】
【００５１】入力電圧Ｖ1に対する応答において、電圧
ドライブの数１６ではその第１項の分母に係数μが残る
ため粘性摩擦の影響を受けることとなるが、負性インピ
ーダンスドライブの数１８では、逆起電力係数Ｋeが残
るのみで係数μは無視可能となっているので、負性イン
ピーダンスドライブの方が入力電圧Ｖ1に対する粘性摩
擦の影響は受けにくい。また、外乱ＴLに対する応答に
おいて、電圧ドライブの数１７では（Ｒ／ＫtＡ1）の如
く定数であるが、負性インピーダンスドライブの数１９
では、成分比Ｋはほぼ０であるから、外乱ＴLの影響は
ほとんど無視することができ、外乱耐性に優れるととも
にリニアリティも改善されることとなる。
ドライブの数１６ではその第１項の分母に係数μが残る
ため粘性摩擦の影響を受けることとなるが、負性インピ
ーダンスドライブの数１８では、逆起電力係数Ｋeが残
るのみで係数μは無視可能となっているので、負性イン
ピーダンスドライブの方が入力電圧Ｖ1に対する粘性摩
擦の影響は受けにくい。また、外乱ＴLに対する応答に
おいて、電圧ドライブの数１７では（Ｒ／ＫtＡ1）の如
く定数であるが、負性インピーダンスドライブの数１９
では、成分比Ｋはほぼ０であるから、外乱ＴLの影響は
ほとんど無視することができ、外乱耐性に優れるととも
にリニアリティも改善されることとなる。
【００５２】かかる性質は、図３に基づく数１２〜数１
４を考慮すれば、サーボ制御時においても同様であるこ
とが分かる。そして、この負性インピーダンスドライブ
方式に前述のＰ制御、Ｉ制御、Ｄ制御を制御対象の種類
や目的に沿って適宜組み合わせることで、更に上述の制
御性能の向上を図ることができる。
４を考慮すれば、サーボ制御時においても同様であるこ
とが分かる。そして、この負性インピーダンスドライブ
方式に前述のＰ制御、Ｉ制御、Ｄ制御を制御対象の種類
や目的に沿って適宜組み合わせることで、更に上述の制
御性能の向上を図ることができる。
【００５３】また、数３、数１０の出力角度θの各第１
項に示すＧθ1とＧθ2との比較において、Ｇθ2は分母
のｓの２次の項ではアクチュエータ５及び駆動部６の有
する慣性モーメントＪの影響を受けず（ｓ・ｓμＬ）、
しかも、ｓの１次の項では同粘性摩擦係数の合計値μの
影響を受けないので（ｓ・ＫeＫt）、より安定した制御
が可能となる。
項に示すＧθ1とＧθ2との比較において、Ｇθ2は分母
のｓの２次の項ではアクチュエータ５及び駆動部６の有
する慣性モーメントＪの影響を受けず（ｓ・ｓμＬ）、
しかも、ｓの１次の項では同粘性摩擦係数の合計値μの
影響を受けないので（ｓ・ＫeＫt）、より安定した制御
が可能となる。
【００５４】また、出力角度θを表す数８中のＧθのダ
ンピング係数ζθは下記数２０のように表される。
ンピング係数ζθは下記数２０のように表される。
【００５５】
【数２０】
【００５６】この数２０によれば、インピーダンスＺ0
の操作により、サーボ制御の容易な特性にするため、ダ
ンピング計数ζθを１あるいは目的とする値に設定する
ことも可能であり、このようにすることで、サーボ制御
時の位相余裕やゲイン余裕の確保、またサーボ帯域、帰
還量の増大による制御特性の一層の向上が図れ、また、
調整部３の回路構成乃至は設計も簡単化でき、このこと
は上記伝達関数Ｇθの改善効果ということができる。
の操作により、サーボ制御の容易な特性にするため、ダ
ンピング計数ζθを１あるいは目的とする値に設定する
ことも可能であり、このようにすることで、サーボ制御
時の位相余裕やゲイン余裕の確保、またサーボ帯域、帰
還量の増大による制御特性の一層の向上が図れ、また、
調整部３の回路構成乃至は設計も簡単化でき、このこと
は上記伝達関数Ｇθの改善効果ということができる。
【００５７】更に、本発明では、入力Ｖに対して制御角
度θとした場合の例で示したが、制御速度ｄθ／ｄｔの
場合も同様に適用可能である。
度θとした場合の例で示したが、制御速度ｄθ／ｄｔの
場合も同様に適用可能である。
【００５８】なお、本実施例では、Ｚ0＋Ｒ＝０として
説明したが、負性インピーダンス回路の安定性上、この
値を０に保持するのは難しく、仮りにこの値が負に傾く
と、回路が発振状態となり、本来の機能を果たさないこ
ととなる。そこで、通常は、０＜Ｚ0＋Ｒ＜Ｒとなるよ
うに、Ｚ0の値を設定する。例えば、０＜Ｚ0＋Ｒ＜0.2
Ｒ（Ｚ0＝−0.8Ｒとなる）のように設定される。この場
合、本発明の効果はＺ0＋ＲがＲ値から０に近づくにつ
れて連続的に大きくなる。
説明したが、負性インピーダンス回路の安定性上、この
値を０に保持するのは難しく、仮りにこの値が負に傾く
と、回路が発振状態となり、本来の機能を果たさないこ
ととなる。そこで、通常は、０＜Ｚ0＋Ｒ＜Ｒとなるよ
うに、Ｚ0の値を設定する。例えば、０＜Ｚ0＋Ｒ＜0.2
Ｒ（Ｚ0＝−0.8Ｒとなる）のように設定される。この場
合、本発明の効果はＺ0＋ＲがＲ値から０に近づくにつ
れて連続的に大きくなる。
【００５９】また、本実施例では、アクチュエータ５と
ＤＣモータ（ＶＣＭ含む）として説明したが、本発明
は、基本的に電機子コイルが存在し、アクチュエータ５
の出力に伴い、逆起電力が該コイルに発生する構造のも
の全てに応用できるものである。
ＤＣモータ（ＶＣＭ含む）として説明したが、本発明
は、基本的に電機子コイルが存在し、アクチュエータ５
の出力に伴い、逆起電力が該コイルに発生する構造のも
の全てに応用できるものである。
【００６０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、アクチュ
エータとしてのＤＣモータの電機子抵抗をＲとしたと
き、Ｚ0＋Ｒがほぼ０となるように、上記ＤＣモータか
ら見たドライブ部が負性インピーダンスＺ0回路を構成
し、該ドライブ部への入力Ｖ1に対する上記出力Ｖ0を前
記数１に基づいて制御するようにしたので、従来の電圧
ドライブや電流ドライブ方式に比して、サーボ制御にお
ける速応性及び安定性が図れ、更には負荷、その変動及
び外乱に対する耐性の向上及びリニアリティの改善が可
能となる。
エータとしてのＤＣモータの電機子抵抗をＲとしたと
き、Ｚ0＋Ｒがほぼ０となるように、上記ＤＣモータか
ら見たドライブ部が負性インピーダンスＺ0回路を構成
し、該ドライブ部への入力Ｖ1に対する上記出力Ｖ0を前
記数１に基づいて制御するようにしたので、従来の電圧
ドライブや電流ドライブ方式に比して、サーボ制御にお
ける速応性及び安定性が図れ、更には負荷、その変動及
び外乱に対する耐性の向上及びリニアリティの改善が可
能となる。
【図１】サーボ制御装置の基本ブロック図である。
【図２】負性インピーダンス回路を用いたドライブ部４
の回路構成図の一例である。
の回路構成図の一例である。
【図３】図１の等価ブロック図である。
【図４】ドライブ部〜駆動部の総伝達関数の詳細を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】アクチュエータと外乱ＴLの等価ブロック図で
ある。
ある。
１ センサ部 ２ 比較部 ３ 調整部 ４ ドライブ部 ５ アクチュエータ ６ 駆動部 １１，１２ 反転増幅器
Claims (1)
- 【請求項１】 入力信号が比較部を介してドライブ部及
びＤＣモータに伝達されるとともに上記ＤＣモータによ
り駆動される負荷の出力Ｖ0が上記比較部に負帰還され
ることで上記ＤＣモータをサーボ制御する装置におい
て、上記ＤＣモータの電機子抵抗をＲとしたとき、Ｚ0
＋Ｒがほぼ０となるように、上記ＤＣモータから見たド
ライブ部が負性インピーダンスＺ0回路を構成してな
り、該ドライブ部への入力Ｖ1に対する上記出力Ｖ0を下
記数１で制御するようにしたことを特徴とするサーボ制
御装置。 【数１】
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7141703A JPH08336294A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | サーボ制御装置 |
| US08/659,456 US5814962A (en) | 1995-06-08 | 1996-06-06 | Servo controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7141703A JPH08336294A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | サーボ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08336294A true JPH08336294A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15298241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7141703A Pending JPH08336294A (ja) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | サーボ制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5814962A (ja) |
| JP (1) | JPH08336294A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001308654A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-11-02 | Agere Systems Guardian Corp | フィードバックによって電子回路に単方向性を付与する方法および回路 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356308B1 (en) * | 1998-06-11 | 2002-03-12 | Polycom, Inc. | Device for rotatably positioning a camera or similar article about two orthogonal axes |
| JP3755862B2 (ja) * | 1999-05-26 | 2006-03-15 | キヤノン株式会社 | 同期位置制御装置および方法 |
| US20040169434A1 (en) * | 2003-01-02 | 2004-09-02 | Washington Richard G. | Slip ring apparatus |
| US7071591B2 (en) * | 2003-01-02 | 2006-07-04 | Covi Technologies | Electromagnetic circuit and servo mechanism for articulated cameras |
| FR2873514B1 (fr) * | 2004-07-20 | 2006-11-17 | Virax Sa | Actionneur portatif lineaire et procede de limitation de l'effort maximal d'un moteur d'un tel actionneur |
| US7265512B2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-09-04 | Honeywell International Inc. | Actuator with feedback for end stop positioning |
| US8084982B2 (en) | 2008-11-18 | 2011-12-27 | Honeywell International Inc. | HVAC actuator with output torque compensation |
| US8084980B2 (en) | 2009-01-30 | 2011-12-27 | Honeywell International Inc. | HVAC actuator with internal heating |
| TWI620077B (zh) * | 2017-02-08 | 2018-04-01 | 義守大學 | 以拉氏轉換法估測直流機參數之方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3844196A (en) * | 1972-09-28 | 1974-10-29 | Pneumo Dynamics Corp | Fire control system |
| US5182685A (en) * | 1989-02-03 | 1993-01-26 | Seagate Technology, Inc. | Stepper motor torque variance compensation using varied applied voltage |
| US5001770A (en) * | 1989-12-26 | 1991-03-19 | Losic Novica A | Synthesis of improved zero-impedance converter |
| EP0480419B1 (en) * | 1990-10-11 | 1997-07-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Positioning device |
| JPH05284775A (ja) * | 1992-02-26 | 1993-10-29 | Nec Corp | モーター駆動回路 |
| US5495161A (en) * | 1994-01-05 | 1996-02-27 | Sencorp | Speed control for a universal AC/DC motor |
-
1995
- 1995-06-08 JP JP7141703A patent/JPH08336294A/ja active Pending
-
1996
- 1996-06-06 US US08/659,456 patent/US5814962A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001308654A (ja) * | 2000-03-24 | 2001-11-02 | Agere Systems Guardian Corp | フィードバックによって電子回路に単方向性を付与する方法および回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5814962A (en) | 1998-09-29 |
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