JPH09192980A - 工作機械の位置制御装置 - Google Patents

工作機械の位置制御装置

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JPH09192980A
JPH09192980A JP8312057A JP31205796A JPH09192980A JP H09192980 A JPH09192980 A JP H09192980A JP 8312057 A JP8312057 A JP 8312057A JP 31205796 A JP31205796 A JP 31205796A JP H09192980 A JPH09192980 A JP H09192980A
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signal
error
fuzzy
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frictional force
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JP8312057A
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English (en)
Inventor
Jong-Hwan Kim
ジョン−ファン キム
Jeong-Yul Jeon
ジェオン−ユル ジェオン
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L G SANDEN KK
LS Electric Co Ltd
Original Assignee
L G SANDEN KK
LG Industrial Systems Co Ltd
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Publication date
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は工作機械の位置制御装置に関し、フ
ァジイ制御を用いて最適な位置制御を行うことを目的と
する。 【解決手段】 表面実装部品装着装置のような工作機械
の位置制御装置に係るもので、進化演算アルゴリズムを
用いて移動手段のヘッドの移動位置を推定し、ヘッド及
びヘッド移動を案内する案内手段の摩擦力を推定して、
速い時間内にヘッドを所望の位置に移動し得るように構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装部品装着
装置(SMD-Mounter )のような工作機械の位置制御装置
に係るもので、詳しくは、進化演算アルゴリズム(evol
utionary computalion:EC)を用いて移動手段のヘッド
の移動位置を推定し、該ヘッド及びヘッドの移動を案内
する案内手段の摩擦力を推定して、速い時間内に前記ヘ
ッドを所望の位置に移動し得る工作機械の位置制御装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、表面実装部品装置に用いられるX
−Yテーブルにおいては、図7に示すように、ヘッドユ
ニット101の装着されたボールネジ105−2を回転
させて該ヘッドユニット101を左右に移動させる第1
駆動モータ103と、ボールネジ105−1を回転させ
て前記ヘッドユニット101を上下に移動させる第2駆
動モータ102と、第1、第2駆動モータ103,10
2を駆動する駆動器107と、第1、第2駆動モータ1
03,102の回転を検出する回転検出器104と、該
回転検出器104の出力パルスを計数して前記ヘッドユ
ニット101の移動位置を検出する位置検出器108
と、該位置検出器108の出力を受けて制御信号CSを
前記駆動器107に出力して第1、第2駆動モータ10
3,102の駆動を制御する位置制御装置109と、か
ら構成されていた。
【0003】このように構成された表面実装部品装着装
置の動作を以下に説明する。部品供給器(図示せず)か
ら部品が供給されると、位置制御装置109は制御信号
CSを駆動器107に出力し、該駆動器107は制御信
号CSにより制御された電流及び電圧を第1、第2駆動
モータ103,102に供給する。次いで、第1、第2
駆動モータ103,102の回転により連動してボール
ネジ105−2,105−1が回転し、ヘッドユニット
101は部品供給器を所定の位置に移動し、ヘッドが部
品を吸着する。その後、前記位置制御装置109の制御
信号CSが出力されると、再び前述の動作が反復され、
前記ヘッドユニット101は移動する。
【0004】さらに、前記ヘッドユニット101が移動
すると、第1、第2駆動モータ103,102の回転は
回転検出器104で検出され、位置検出器108は該回
転検出器104の出力パルスを計数して前記ヘッドユニ
ット101の位置を検出し、前記位置制御装置109は
前記ヘッドユニット101の移動速度を判断し駆動器1
07を制御して前記ヘッドユニット101を所望の位置
に移動させる。
【0005】さらに、図8は、前記ヘッドユニット10
1が時間と共に上下又は左右に移動する移動距離を示
し、1024μmから出発して200,000μm、1
50,000μm、150,010μm、50,000
μmに移動し、再び1024μmに戻る。そして、位置
制御装置109は、前述のような動作を行うヘッドユニ
ット101が速い時間内に所望の位置に移動するように
制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の表面実装部品装着装置においては、駆動モータの
速度を増加させると、ヘッドユニット101が所望の位
置を通り過ぎるオーバーシュート現象により位置誤差が
発生し、該位置誤差を再び制御してもヘッドユニット1
01は所望時間内に所望位置に誤差なしに移動すること
ができないという問題点があった。
【0007】さらに、物体の運動が発生する部分である
ボールネジ105−1,105−2と、該ボールネジに
接触するヘッドユニット101の接触部で摩擦が発生
し、該発生した摩擦は摩擦面の状態、負荷の変動、及び
潤滑剤によりその動作特性が敏感に変化する。一方、こ
の摩擦はブレーキシステムにおいては必ず必要な特性で
あるが、サーボ制御分野においては除去されるべき特性
であるため、特に高精密度を要する工作機械の場合は障
害となる要因中の1つとなっている。例えば、サーボ制
御分野において2つの物体間の相対速度の非線形関数で
表現される摩擦を考慮しなければ、正常状態誤差(stea
dy state error)が発生し、物体の起動時及び停止時に
は粘着滑り(stick & slip)現象が発生するという問題
点があった。
【0008】本発明の目的は、進化演算アルゴリズムを
用いてファジイ規則を生成した後、比例微分制御を行っ
て最適の制御を行い得る工作機械の位置制御装置を提供
しようとするものである。且つ、本発明は、進化演算ア
ルゴリズムを用いて摩擦力の動力学パラメータを推定
し、それを用いて摩擦力を補償して位置制御性能を向上
し得る工作機械の位置制御装置を提供しようとするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような本発明に係る
工作機械の位置制御装置においては、システムの出力信
号を入力し進化演算アルゴリズムを用いてファジイ補償
された信号を出力するファジイ前段補償器と、該ファジ
イ補償された出力信号及びシステムの出力信号を受けて
比例部分制御を行う比例微分制御器と、システムの出力
信号を受けて摩擦力に対するパラメータを演算し、進化
演算アルゴリズムを用いて該パラメータからシステムの
摩擦力を推定及び補償する摩擦力補償器と、前記比例微
分制御器及び摩擦力補償器から出力される期待トルクと
所定計数とを乗じて制御信号を求め該制御信号をシステ
ムに印加するアクチュエータと、から構成される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対し
説明する。本発明に係る工作機械の位置制御装置の第1
実施形態においては、図1に示すように、システム24
0は図7で位置制御装置109を除外した部分を示し、
該システム240の出力信号yp(k)は位置検出器1
08の出力である。即ち、入力信号ym(k)とシステ
ム240の出力信号yp(k)との誤差e(k)及び該
誤差eの変化率Δe(k)を夫々求めた後、進化演算ア
ルゴリズムを用いてファジイ補償された信号ym′
(k)を出力するファジイ前段補償器210と、該ファ
ジイ前段補償器210の出力信号ym′(k)とシステ
ム240の出力信号yp(k)との誤差e′(k)を求
め比例微分制御を行って期待トルクv(k)を出力する
比例微分制御器220と、該比例微分制御器220の期
待トルクv(k)と所定計数とを乗じて制御信号Du
(k)を求め該制御信号Du(k)をシステム240に
出力するアクチュエータ230と、から構成される。
【0011】さらに、前記ファジイ前段補償器210に
おいては、入力信号ym(k)とシステム240の出力
信号yp(k)との誤差e(k)を求める第1演算器2
11と、該誤差e(k)から誤差の変化率Δe(k)を
算出し、進化演算アルゴリズムを用いてファジイ制御を
行って補償値μ(k)を出力するファジイ制御器212
と、該ファジイ制御器212の補償値μ(k)を所定の
サンプリング時間の間遅延する遅延器214と、前記フ
ァジイ制御器212の補償値μ(k)と前記遅延器21
4で遅延された補償値μ(k−1)とを加算する第2演
算器215と、該第2演算器215の出力と前記入力信
号ym(k)とを加算して補償信号ym′(k)を前記
比例微分制御器220に出力する第3演算器213と、
を備えている。
【0012】又、前記比例微分制御器220において
は、システム240の出力信号yp(k)と前記ファジ
イ前段補償器210の補償信号ym′(k)との誤差
e′(k)を求める第4演算器221と、前記補償信号
ym′(k)と利得k1とを乗じる増幅器224と、前
記誤差e′(k)から誤差の変化率Δe′(k)を求め
比例微分を行って制御信号C〔e′(k),Δe′
(k)〕を求める比例微分器222と、前記増幅器22
4の出力k1・ym′(k)と前記制御信号C〔e′
(k),Δe′(k)〕とを加算して位置制御のための
期待トルクv(k)を求める第5演算器223と、を備
えている。
【0013】このように構成された本発明の第1実施形
態の動作を以下に説明する。図7の第1、第2駆動モー
タ103,102に追従するシステム240の出力信号
yp(k)が、ファジイ前段補償器210の第1演算器
211及び比例微分制御器220の第4演算器221に
夫々帰還入力されると、所望の目標値に追従する指令で
ある入力信号ym(k)と前記システム240の出力信
号yp(k)とがファジイ前段補償器210の第1演算
器211で減算されて誤差e(k)が求められ、ファジ
イ制御器212は該誤差e(k)及び所定サンプリング
の以前に求めた誤差e(k−1)に対し変化率Δe
(k)=〔e(k)−e(k−1)〕を求め、次のよう
なファジイ制御規則に演算を行って補償値μ(k)を求
める。
【0014】μ(k)=F〔e(k),Δe(k)〕 さらに、前記ファジイ制御規則はファジイ化過程、ファ
ジイ論理による判断過程、及び非ファジイ化過程からな
り、前記ファジイ論理による判断過程は前件部(antece
dent part )と後件部(consequent part )、及びそれ
らを連結する規則からなる。本発明では、図2に示すよ
うに前件部の言語変数Lを次のように7個に設定する。
【0015】 L={NB,NM,NS,ZO,PS,PM.PB} 又、図2に示すように、適合度関数Mを次のように表示
する。 M={MNB,MNM,MNS,MZO,MPS,MPM,MPB} ここで、各言語変数の略示であるNは“negativ
e”、Pは“positive”、Bは“big”、M
は“medium”、Sは“small”、ZOは“z
ero”、を夫々意味する。
【0016】先ず、ファジイ過程においては、入力であ
る誤差e(k)及び誤差変化率Δe(k)を言語変数に
移す過程であって、l∈Lの言語変数l及び関連された
適合度関数M1 に応じて入力(e(k),Δe(k))
は次の変数(ne (1)とnΔe (1))に設定され、
ここで、Ce ,Cdeは倍率である。 ne (1)=M1 (Ce e(k)) nΔe (1)=M1 (CdeΔe(k)) 次いで、ファジイ論理による判断過程において、ファジ
イ規則の集合はR={R1,R2,…,R49}に表示
され、各規則Ri(i=1,…,r)は3つの変数であ
るle ,lde,lm ∈Lをle ,lde,lm に夫々使用
する。例えば、NS,PS,μiに表示することができ
る。
【0017】さらに、図3に示すように、各μiに任意
の実数値を付与して、前記ファジイ前段補償器210の
規則が決定される。該規則は「e(k)がle で、Δe
(k)がldeであると、μiはlm である。」(“If e
(k) is le and Δe(k) is l de, then μi is lm ”)
のような形態に用いられる。又、前記各規則Ri
(le ,lde,lm )は与えられた入力(e(k)とΔ
e(k))及び次の関数pi 〔e(k),Δe(k)〕
に表現され、 pi 〔e(k),Δe(k)〕= min(ne (le ),
de(lde)) 前記関数pi (i=1,…,49)を結合して次のよう
な全体関数qを求める。
【0018】q(e(k), Δe(k), μ) =max (p1(e(k), Δ
e(k), μ1), …p49(e(k), Δe(k),μ49)) 対応関係を以下に示す。
【0019】
【表1】
【0020】次いで、非ファジイ化過程においては、前
記ファジイ論理による判断過程の結果を実質的な出力に
変換させる過程であって、次の式により出力関数Fが得
られ、CF は倍率である。
【0021】
【数2】
【0022】以上の説明のように、前記ファジイ制御器
212から求めた補償値μ(k)は、遅延器214で所
定サンプリング時間の間遅延μ(k−1)され、該遅延
された補償値μ(k−1)は第2演算器215で次の補
償値F〔e(k),Δe(k)〕と加算されて、次のよ
うに新しい補償値を出力する。 μ(k)=F〔e(k),Δe(k)〕+μ(k−1) その後、前記補償値μ(k)は第3演算器213で前記
入力信号ym(k)と加算されて次のように出力され、 ym′(k)=ym(k)+μ(k) 該ファジイ補償された信号ym′(k)は前記システム
240の出力信号yp(k)と比例微分制御器220の
第4演算器221で加算されて誤差e′(k)が求めら
れる。
【0023】次いで、前記比例微分器222は、前記誤
差e′(k)と以前に求めた誤差e′(k−1)との変
化率Δe′(k)=(e′(k)−e′(k−1))を
求め、比例微分制御を行って制御信号C〔e′(k),
Δe′(k)〕を次のように求める。 C〔e′(k),Δe′(k)〕=kp e′(k)+k
D Δe′(k) この場合、精密制御のため、位置誤差の大きさに従い比
例微分器222の計数を予め定めた値に転換して使用す
るゲインスケジューリング技法を利用する。
【0024】一方、前記信号ym′(k)は増幅器22
4で利得k1と乗算され、前記制御信号C〔e′
(k),Δe′(k)〕と該増幅器224から出力され
た信号k1・ym′(k)とが演算器223で加算され
て期待トルクv(k)に出力される。 v(k)=k1・ym′(k)+C〔e′(k),Δ
e′(k)〕 前記期待トルクv(k)は、アクチュエータ230に供
給され、該アクチュエータ230は前記期待トルクv
(k)と計数Dとを乗算して制御信号Du(k)を計算
しシステム240に出力する。その後、図7の駆動器1
07は第1、第2駆動モータ103,102を制御し、
ヘッドユニット101は所望の位置に移動する。
【0025】そして、前記ファジイ論理による判断過程
において、本発明はファジイ規則を探すため、遺伝アル
ゴリズム、進化ストラティジィ(evolution strateg
y)、及び進化プログラミング(evolutionary programm
ing)を包含する進化演算アルゴリズムを用い、これを
図5及び図6を参照して説明する。先ず、第1段階S1
で、最初個体(父母)であるベクタを初期化する(init
ial vactors )。即ち、後件部の値μi ,∀i ∈(1,
…,49)を変数に有するベクタ(*xi ,*σi ),
i ∈(1,…N)の個体xi =〔μ1 ,μ2 ,…,μ
49T を生成する。ここで、ベクタ(*xi ,*σi
は進化プログラミング及び進化ストラティジィである場
合は実数値を有し、遺伝アルゴリズムの場合は適切な数
のビットに表現されるストリング(string)であ
る。
【0026】次いで、第2段階S2では、ベクタのスコ
アリングである各個体の誤差の和(φ)を求める。この
場合、各個体*xi ,∀i ∈(1,…N)の適合度スコ
アは進化プログラミング及び進化ストラティジィである
と、前記適合度関数φ(*x i )に基づき計算し、遺伝
アルゴリズムの場合は前記適合度関数φ(*xi )の値
に逆数を取って計算する。
【0027】
【数3】
【0028】ここで、yp (*xi ,k)は個体*
i ,∀i ∈(1,…N)ファジイ前段補償器210の
規則によりシステムを制御する時の出力であり、y
m (k)は基準出力である。次いで、第3段階(S3)
では、前記第1段階(S1)で生成された初期個体を父
母にして子孫を生成する。即ち、父母個体(*xi ,*
σi ),∀i ∈(1,…N)から子孫(*xi ,*
σi ),∀i ∈(1,…N)を生成する。
【0029】そして、進化ストラティジィ及び進化プロ
グラミングである場合は、次のように父母個体に無作為
(random)値を加算して子孫を得る。
【0030】
【数4】
【0031】ここで、*xi ′(j)=*xi (j),
*xi ′(j),*σi (j),*σi ′(j)は夫々
ベクタ*xi ,*xi ′,*σi ,*σi ′のj番目の
項である。さらに、N(0,1)は平均値が‘0’で、
標準偏差が‘1’である1次元ガウス確率変数であり、
j (0,1)はj番目項を求める時新しく得られる値
であって、τとτ′は夫々(イ)と(ロ)である。
【0032】対応関係を以下に示す。
【0033】
【表2】
【0034】又、遺伝アルゴリズムの場合は、適切な確
率を有し父母個体のストリングの適切な点を切取って他
の父母個体と交換するクロスオーバー、及び1つ又は幾
つかのビットを適切な確率にトグルさせる突然変異技法
を用いて子孫を得る。次いで、第4段階(S4)では、
前記第3段階(S3)から生成された子孫を個体にして
前記第2段階(S2)と同様な方法によりベクタのスコ
アリングを行う。
【0035】次いで、第5段階では、前記第4段階(S
4)で求めた各子孫と父母に対するスコアに従い勝の数
を計算する。さらに、進化プログラムの場合は、スコア
リングの比較対象の確率的な選定と共に、スコアの小さ
いものを勝にして夫々の勝の数を計算し、進化ストリッ
ティジィの場合は自分を除外した全ての個体に対しスコ
アリングを比較して勝の数を計数する。(S75)。
又、遺伝アルゴリズムの場合は、全体個体に対しスコア
の逆数を求め、該逆数の和を求めた後、自分のスコアの
逆数と全体スコアの逆数との和に対する比率を求める
(S85)。
【0036】次いで、第6段階では、進化ストラティジ
ィ及び進化プログラミングの場合、前記第5段階(S7
5)の結果に従い、勝の数が多い順番通り全ての個体を
序列化して約半分程度を選択し(S76)、進化アルゴ
リズムの場合は前記段階(S85)で求めた比率に比例
する確率に個体を選択して子孫を生成する(S86)。
【0037】次いで、第7段階(S7)では、前記第6
段階(S76,S86)で選択された個体が満足すべき
状態であるかを判断して終了し、もし、満足していない
とき満足解が得られるまで前記第3段階S3を反復して
行う。一方、本発明に係る工作機械の位置制御装置の第
2実施形態では、前記第1実施形態に追加して摩擦力補
償器が設置され、図7のヘッドユニット101が移動す
る場合、移動手段及びガイドであるヘッドユニット10
1とボールネジ105−2,105−1間に摩擦力が発
生するとき、進化演算アルゴリズムを用いて、該発生さ
れた摩擦力の動力学パラメータを推定し、該パラメータ
を用いて摩擦力を補償する装置である。
【0038】図4を用いて以下に詳しく説明する。前記
摩擦力補償器250においては、図4に示すように、摩
擦力のパラメータを推定するパラメータ推定部251
と、該推定されたパラメータから決定された摩擦力によ
り計算されたシステムの出力と実際システムの出力とを
比較し、該比較結果発生された誤差を減少させる信号を
出力する摩擦力制御器252と、を備えている。
【0039】そして、前記摩擦力補償器250を除外し
た残りの部分の動作は、図1の動作と同様であるためそ
の説明を省略し、摩擦力補償器250の動作についての
み説明する。先ず、ヘッドユニット101が左右又は上
下に移動するとき、任意の一方の軸運動に関する運動方
程式を次のように設定する。 mx(・・)(t)+Ff (・)=Fu (t) ここで、mは等価質量、xは変位、Fu (t)は制御入
力で、Ff (・)は摩擦力である。
【0040】且つ、前記摩擦力Ff (・)は一般に静摩
擦力、クローン摩擦力、及び粘性摩擦力にモデリングさ
れたが、本発明は、潤滑工学において多くの研究者によ
り部分的に究明された摩擦の性格を統合した7個のパラ
メータを有する摩擦モデルを導入してモデリングする。
先ず、停止時は、2つの物体間にスプリングのあるもの
のような物理的現象を示し、これを“pre-sliding disp
lacement”といい、この時の摩擦力は次のようである。
【0041】Ff (x)=kt (x) 又、動作し始めるとき、即ち、滑りが発生する場合は次
のようである。
【0042】
【数5】
【0043】ここで、Fs (γ,t2 )は瞬間停止摩擦
力(rising static friction)であって、次のようであ
る。
【0044】
【数6】
【0045】更に、Fc はクローン摩擦力、Fv は粘性
摩擦力、Fs はストリベック(stribeck)摩擦
力、Fs,a は前段階の停止される瞬間のストリベック摩
擦力、Fs,n は長時間停止後のストリベック摩擦力、k
t は停止時のスチフネス、x s (・)はストリベック摩
擦力の特性速度、rL は摩擦遅延時間、γは増加する提
示摩擦力のパラメータ、t2は一時停止時間(dwell ti
me)、xは相対(相対的な)変位を夫々示す。
【0046】前記モデルで用いられた複数のパラメータ
から次のような7個のパラメータを推定し、 Fc ,Fv ,Fs,n ,kt ,xs (・),τL ,γ それら7個のパラメータにシステムの等価質量mを包含
する8個のパラメータを次のようにパラメータベクタ*
zに推定する。
【0047】
【数7】
【0048】以下、進化演算アルゴリズムを用いて推定
誤差を最小化する摩擦力制御器252の動作に対し説明
する。推定されたパラメータベクタ*zから推定誤差e
p は次のように定義される。
【0049】
【数8】
【0050】ここで、Ns はサンプルの総個数、x
p (*z,ti )は前記パラメータベクタ*zを変数に
するサンプリング時間ti における実際システムの出力
で、xm(z(Δ),ti )は前記パラメータベクタ*
zを変数にする、推定されたパラメータにより決定され
る数学的モデルの出力である。そして、前記Ns 個のサ
ンプルは各パラメータの性格を示すようにいろんなこと
を考慮して収集すべきである。又、速度と密接した関連
を有するパラメータはFc ,Fv ,Fs,n ,Xs (・)
であり、これを反映するためには夫々異なる定速度を有
する実験によりデータを収集し、停止時の特性と関係の
あるパラメータを得るためには起動及び停止現象が存在
するデータの収集も必要になる。
【0051】次いで、前記推定誤差ep により次の式の
ような評価関数Je (x(Δ))を定義する。
【0052】
【数9】
【0053】前記評価関数Je (x(Δ))を最小化す
る最適化の方法として進化演算アルゴリズムを適用し、
これは前記ファジイ前段補償器210のファジイ制御器
212で適用した方法と同様である。図5及び図6を参
照して説明する。先ず、第1段階S1で、Np 個のベク
タを無作為に決定して初期個体を形成する。
【0054】次いで、第2段階S2では、前記第1段階
S1で生成された初期父母個体に対し、予め与えられた
評価サンプルを用いて夫々の評価関数を計算し、これを
スコアにする。ここで、評価サンプルは実験を幾度反復
して得たデータと数学的に計算されて得たデータであ
る。次いで、第3段階S3では、前記Np の父母個体か
ら突然変異技法を適用してNp 個の子孫個体を生成し、
進化プログラミングの場合は次のようである。
【0055】
【数10】
【0056】ここで、σi は評価関数の値に比例する標
準偏差を示し、N(0,σi )は平均が‘0’で、標準
偏差がσi であるガウス確率分布を有する無作為数を示
す。前記式は、評価関数である実際システムの出力と数
学的に計算された出力間の出力誤差が大きな値を有する
場合、無作為数の変化範囲が広くなって、現在の父母個
体とは異なる子孫を生成する確率が高いということを意
味する。
【0057】そして、進化ストラティジィの場合は、次
の式のような形態の突然変異演算子を用いる。
【0058】
【数11】
【0059】ここで、σi の大きさを決定する比例常数
としてN(0,1)は平均が‘0’で、標準偏差が
‘1’である無作為数である。対応関係を以下に示す。
【0060】
【表3】
【0061】次いで、第4段階S4では、前記第3段階
S3で生成された子孫個体に対し予め与えられた評価サ
ンプルを用いて夫々の評価関数を計算し、これをスコア
リングする。次いで、第5段階及び第6段階で、進化ス
トラティジィの場合は2Np 個の個体に対し序列化し
て,小さい評価関数を有する優秀なNp 個の個体を選択
して新しい世代を求め、進化プログラミングの場合は無
作為に所定の個体と比較して、評価関数値が小さい時は
勝にして夫々の勝数を計数し(S75)、勝の個数が多
い個体を選択して新しい世代を形成する(S76)。そ
して、遺伝アルゴリズムである場合は、各個体の評価関
数の全ての和に対する各個体の評価関数の大きさ比率に
比例して選択される確率を決定し(S85)、該確率を
用いて選択して新しい世代の子孫を形成して(S8
6)、優秀な個体を選択し新しい世代を形成する。
【0062】従って、最小化された誤差を減少させる信
号が前記比例微分制御器220の第5演算器225に入
力されて、摩擦力が相殺される。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る工作機
械の位置制御装置においては、ファジイ規則を進化演算
により生成して位置制御を行い、進化演算に摩擦力を推
定して速い時間に精密位置制御を行い得るという効果が
ある。且つ、システムに印加される制御入力Du(K)
は、比例微分された制御入力の代わりに、従来広用され
る制御入力である比例制御、比例微分制御、及び比例−
微積分制御を包含する既存のフィードバック制御技法
と、適用制御、可変構造制御の現代制御誤報により求め
た制御入力を使用することもできる。従って、摩擦力補
償機は従来多様な制御装置と一緒に利用することができ
て、広範囲に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る工作機械の位置制御装置の第1実
施形態の構成図である。
【図2】図1のファジイ規則の適合度関数Mを示した図
である。
【図3】図1のファジイ前段補償器の演算規則を示した
図である。
【図4】本発明に係る工作機械の位置制御装置の第2実
施形態の構成図である。
【図5】図1のファジイ前段補償器の規則を探す方法で
あって、進化プログラミングと進化ストラティジィの順
序図である。
【図6】図1のファジイ前段補償器の規則を探す方法で
あって、遺伝アルゴリズムの順序図である。
【図7】従来の表面実装部品装着装置に使用されるX−
Yテーブルの構成図である。
【図8】図7のヘッドユニットが時間に従い上下又は左
右に移動する移動距離を示す図である。
【符号の説明】
210…ファジイ前段補償器 211…第1演算器 212…ファジイ制御器 213…第3演算器 214…遅延器 215…第2演算器 220…比例微分制御器 221…第4演算器 222…比例微分器 223…第5演算器 224…増幅器 230…アクチュエータ 240…システム 250…摩擦力補償器 251…パラメータ推定部 252…摩擦力制御器

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号(ym(k))とシステム(2
    40)の出力信号(yp(k))との誤差(e(k))
    及び該誤差(e(k))の変化率(Δe(k))を夫々
    求めた後、進化演算アルゴリズムを用いてファジイ補償
    された信号(ym′(k))を出力するファジイ前段補
    償器(210)と、 該ファジイ前段補償器(210)の出力信号(ym′
    (k))とシステム(240)の出力信号(yp
    (k))との誤差(e′(k))を求め比例微分制御を
    行って期待トルク(v(k))を出力する比例微分制御
    器(220)と、 該比例微分制御器(220)の期待トルク(v(k))
    と所定計数とを乗じて制御信号(Du(k))を求め該
    制御信号(Du(k))をシステム(240)に出力す
    るアクチュエータ(230)と、を備えて構成されるこ
    とを特徴とする工作機械の位置制御装置。
  2. 【請求項2】 前記ファジイ前段補償器(210)は、
    入力信号(ym(k))とシステム(240)の出力信
    号(yp(k))との誤差(e(k))を求める第1演
    算器(211)と、 該誤差(e(k))から誤差の変化率(Δe(k))を
    算出し、進化演算アルゴリズムを用いてファジイ制御を
    行って補償値(μ(k))を出力するファジイ制御器
    (212)と、 該ファジイ制御器(212)の補償値(μ(k))を所
    定のサンプリング時間の間遅延する遅延器(214)
    と、 前記ファジイ制御器(212)の補償値(μ(k))と
    前記遅延器(214)で遅延された補償値(μ(k−
    1))とを加算する第2演算器(215)と、 該第2演算器(215)の出力μ(k)と前記入力信号
    (ym(k))とを加算した補償信号(ym′(k))
    を前記比例微分制御器(220)に出力する第3演算器
    (213)と、を備えて構成されることを特徴とする請
    求項1に記載の工作機械の位置制御装置。
  3. 【請求項3】 前記比例微分制御器(220)は、シス
    テム(240)の出力信号(yp(k))と前記ファジ
    イ前段補償器(210)の補償信号(ym′(k))と
    の誤差(e′(k))を求める第4演算器(221)
    と、 前記補償信号(ym′(k))と利得(k1)とを乗じ
    る増幅器(224)と、 前記誤差(e′(k))から誤差の変化率(Δe′
    (k))を求め比例微分を行って制御信号(C〔e′
    (k),Δe′(k)〕)を求める比例微分器(22
    2)と、 前記増幅器(224)の出力(k1・ym′(k))と
    前記制御信号(C〔e′(k),Δe′(k)〕)とを
    加算して位置制御のための期待トルク(v(k))を求
    める第5演算器(223)と、を備えて構成されること
    を特徴とする請求項1に記載の工作機械の位置制御装
    置。
  4. 【請求項4】 入力信号(ym(k))とシステム(2
    40)の出力信号(yp(k))との誤差(e(k))
    及び該誤差(e(k))の変化率(Δe(k))を夫々
    求めた後、進化演算アルゴリズムを用いてファジイ補償
    された信号(ym′(k))を出力するファジイ前段補
    償器(210)と、 該ファジイ前段補償器(210)の出力信号(ym′
    (k))とシステム(240)の出力信号(yp
    (k))との誤差(e′(k))を求め比例微分制御を
    行って期待トルク(v(k))を出力する比例微分制御
    器(220)と、 システムの出力信号(yp(k))を受けて摩擦力に対
    するパラメータを演算し、進化演算アルゴリズムを用い
    て該パラメータからシステムの摩擦力を推定し補正して
    その結果を期待トルク(w)として出力する摩擦力補償
    器(250)と、 前記比例微分制御器(220)及び摩擦力補償器(25
    0)から出力される期待トルク(w)と所定計数とを乗
    じて制御信号を求め、該制御信号(Du)をシステムに
    印加するアクチュエータ(230)と、を備えて構成さ
    れることを特徴とする工作機械の位置制御装置。
  5. 【請求項5】 前記摩擦力補償器(250)は、システ
    ムの出力信号(yp(k))を受けて摩擦力のパラメー
    タを推定するパラメータ推定部(251)と、 該推定されたパラメータから決定された摩擦力により計
    算されたシステムの出力と実際システムの出力とを比較
    し、該比較結果により発生された誤差を減少させる信号
    を出力する摩擦力制御器(252)と、を備えて構成さ
    れることを特徴とする請求項5に記載の工作機械の位置
    制御装置。
  6. 【請求項6】 前記パラメータ推定部(251)は、運
    動方程式から摩擦力をモデリングし、該モデリングされ
    た摩擦力からパラメータベクタを次のような8個に推定
    することを特徴とする請求項5に記載の工作機械の位置
    制御装置。 【数1】
JP8312057A 1995-11-23 1996-11-22 工作機械の位置制御装置 Pending JPH09192980A (ja)

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