JPS61122718A

JPS61122718A - サ−ボ制御装置

Info

Publication number: JPS61122718A
Application number: JP24330384A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Katsushi Nishimoto; 西本　克史
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1986-06-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はサーボ制御装置に係り、特に、連゛続的な目標
位置を発生する関数発生機構と前記目標値に制御対象の
実際の位置が追従するような操作量を発生するサーボ機
構を備えたＤＣモータのサーボ制御装置の改良に関する
。

〔従来の技術〕

第３図に従来のサーボ制御装置の一例をブロック図で示
す、第３図において、サーボ制御装置１はＤＣモータの
回転子等の制御対象２（以下ＤＣモータとして説明する
）の速度制御あるいは位置決め制御を行う際、指定され
た速度あるいは位置にＤＣモータが動くように、連続的
に変化する目標位置ｒを発生する関数発生器３と、この
目標位置とＤＣモータ２の実際の位置ｙとの差６＝ｒ−
ｙを零にするように働くサーボ機構４すなわちフィード
バック系とを備えている。サーボ機構４（フィードバッ
ク系）は、比例動作、定常偏差を除去するための積分器
５、系を安定に保つための微分器６、フィードバックの
強さを決定する比例ゲインに、、に、、に、の増幅器７
，８及び９及び零次ホールド回路１０を備えている。増
幅器７゜８及び９のフィードバック定数を制御の目的に
応じて適宜窓めることにより、制御系に様々な特性を持
たせることが可能である。例えばに、、に、。

ｋ、の値を比較的小さく設定すると、フィードバックは
弱くかかり、それにより弱い力でＤＣモータ２の位置ｙ
が目標位置ｒに追従する。また、ｋ、、に、、に３を比
較的大きく設定すると、フィードバックは強くかかり、
強い力でＤＣモータ２の位置ｙが目標位置ｒに追従し、
連応性がよくない。

従来のサーボ制御装置では、これらの定数ｋｌ＋ｋｚ、
ｋｔの値は固定であり、系が不安定にならない程度にフ
ィードバックを強くかけ、ＤＣモータ２の位置ｙを強固
に目標位置ｒに追従するようにしていた。

〔発明が解決すべき問題点〕

ところが、ＤＣモータの位置ｙは、一般には、インクリ
メント型のエンコーダ等で読み取ることになるので、連
続的な位置は検知されず、離散的な値となる。そのため
に、目標（ｉ　ｒと実位置ｙは、最低、エンコーダの最
小単位（これを１ユニツトとよんでお（）以上、ずれて
いないと、誤差ｅは検知されない。そのために、フィー
ドバックを強くかけると、１ユニツトの誤差で、強烈に
誤差を零にする操作量Ｕが加わるので、操作量は、誤差
ｅ＝ｏの時とｅ＝±１の時とでは、操作量Ｕの値に大き
な差が生じ、これがパルス状の操作量Ｕとなってしまう
。

第４図は上記従来例の如く定数に、、に、、に３を比較
的大きく設定してフィードバックを強くかけた場合の速
度１、誤差ｅ、及び操作量Ｕの時間的変化を示すグラフ
である。

第４図（ａ）に示すように、目標値ｒの時間微分すなわ
ち目標速度Ｖを台形状に変化させてＤＣモータ２の位置
をある角度から指定した他の角度に移動させるものとす
る。フィードバック定数ｋｌ　。

ｋ、、に、を比較的大きくすると、第４図（ト））に未
すように誤差ｅは±５ユニット程度と非常に小さいが、
フィードバックが強くかかるので操作量Ｕは第４図（Ｃ
１に示すように、わずかの誤差の変化に対しても大きな
振幅で変化している。このようなパルス状に変化する操
作量Ｕに対してＤＣモータは追従できないので、ＤＣモ
ータの静止中ばかりでなく動作中もＤＣモータに不要な
熱が発生したり操作量Ｕのパルスにより雑音が発生した
りするという問題がある。

１ユニツト以下の誤差が検知できれば、操作量Ｕの大き
な変化はな（なるのであるが、インクリメント形エンコ
ーダでは原理的に不可能であり、−１ユニット単位の誤
差はいわゆる量子化誤差と呼ばれるものである。すなわ
ち、フィードバックを強くかけると、量子化誤差の影響
でＤＣモータに不要な熱や雑音が発生する。

量子化誤差の影響を少なくするには、フィードバックを
弱くかければよい。第５図は第３図に示した従来装置に
おいて、フィードバック定数にに、、に２　、に、を比
較的小さく設定してフィードバックを弱くかけた場合の
速度Ｖ、誤差ｅ、及び操作量Ｕの時間的変化を示すグラ
フである。

第５図（ｂ）に示すように、弱いフィードバックをかけ
ている間は、定速状態でも誤差ｅが±１００ユニット程
度と、第４図中）に示した強いフィードバックをかけた
場合に比べて大きく変動するが、操作量Ｕの変動は第５
図（Ｃ１に示すように第４図（Ｃ１の例に比べて半分以
下なので、ＤＣモータはこの操作量Ｕに充分追従でき、
不要な熱の発生や雑音が低減される。

しかしながら、フィードバックを弱くかけると、ＤＣモ
ータ２は目標位置に弱い力で追従するので、ＤＣモータ
に何らかの外乱が加わると、ＤＣモータの位置は簡単に
目標位置からずれてしまい、目標位置に戻るのにも時間
がかかるという問題がある。

本発明の目的は、サーボ制御装置において、フィードバ
ックを弱くかけると、目標位置からの誤差が大きくなり
、フィードバックを強くかけると、量子化誤差の影響が
大きく現れるという前記の問題を抑制するために、フィ
ードバンクの大きさを変化させて、目標値ｒが最終的に
位置決めすべき位置ｒｆから所定値以上離れている時に
はフィードパツクを弱くしてＤＣモータをなめらかに動
かして不要な熱の発生や雑音を低減し、目標値ｒが最終
位置ｒ、に近付いた時にはフィードバックを強くして誤
差を小さくするようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明により提供されるものは、連続的な目標位置を発
生する関数発生機構と、前記目標位置に制御対象の実際
の位置が追従するような操作量を発生するサーボ機構を
備えたサーボ制御装置において、位置決め制御を行う際
、前記関数発生機構により発生した目標位置が最終的に
位置決めすべき位置から前もって指定した値以上離れて
いる場合に、前記サーボ機構のフィードバック定数を比
較的小さく設定する手段と、目標位置が最終的に位置決
めすべき位置に対して前もって指定した値以内に近付い
ている場合に、前記サーボ機構のフィードバック定数を
比較的大きく設定する手段とを具備することを特徴とし
たサーボ制御装置である。

〔作　用〕

目標位置ｒが最終位置ｒ、から離れている場合には、目
標位置ｒからの誤差ｅを小さくするよりもむしろ量子化
誤差の影響を小さくする方が重要である。そこで、この
時には、フィードバックを弱くかけてＤＣモータがなめ
らかに動くようにする。また、目標位置ｒが最終位置ｒ
ｒに近付いた場合には、量子化誤差の影響よりも目標位
置ｒからの誤差を小さくする方が重要である。そこで、
この時には、フィードバックを強くかけてＤＣモータを
強い力で目標位置ｒに追従させ誤差ｅを小さくする。

〔実施例〕

第１図は本発明によるサーボ制御装置の一実施例を示す
ブロック図である。第１図において、サーボ制御装置１
ａに含まれる関数発生器３、積分器５、微分器６、零次
ホールド回路１０は第３図の従来例におけるそれらと同
一であり、第３図と異なるところは、第１図においては
、増幅器７ａ。

８ａ　、　９ａが第１及び第２の制御信号Ｃ，，Ｃ，に
応じて大小２種類のフィードバック定数に変化すること
、及び最終目標位置ｒｒと現在の目標位置ｒの差を演算
する減算器１１、上記差の絶対値をとる絶対値回路１２
、及び所定値Δｒと上記差の絶対値との大小を比較する
比較器１３が付加されていることである。

比較器１３は絶対値回路１２の出力１　ｒ、　−ｒ　ｌ
がΔｒ以上のとき、すなわち現在の目標位置ｒが最終目
標位置ｒ、からΔｒ以上離れているときは第１の制御信
号Ｃ１を増幅器７ａ　、　８ａ、及び９ａに与え、ｌ　
ｒ、　−ｒ　ｌがΔｒより小のとき、すなわち現在の目
標値ｒと最終目標位置ｒ、との距離がΔｒより小のとき
は、第２の制御信号ｃ２を増幅率が可変の増幅器７ａ　
、　８ａ、及び９ａに与える。

増幅器７ａ　、　８ａ、及び９ａは、第１の制御信号ｃ
。

を受けているときは比較的小さいフィードバンク定数ｋ
Ｉａ　ｌ　ｋ　ｗａｓ及びに３ａの比例ゲインとなり、
第２の制御信号Ｃ２を受けているときは比較的大きいフ
ィードバック定数に、ｂ、に２ｂ、及びに３ｂの比例ゲ
インとなる。

第２図は第１図に示したサーボ制御装置にょるサーボ制
御動作の一実施例を示すグラフである。

第２図（ａ）において、関数発生器３が発生する目標値
ｒは、第４図（ａｌに示した従来例と同様に、速度Ｖが
台形となるように変化させており、最初にｙ＝０で静止
しているＤＣモータを最終的にｒ＝ｓｏｏｏｏまで動か
して位置決めさせている。所定値Δｒは、速度Ｖが減速
になる位置すなわち、Δｒ＝　３２００に設定してあり
、減速区間すなわち６２８ｍ５ｅｃ以後で、フィードバ
ック定数ｋｔ　　、ｋｔ　　、に３がそれ以前と変化し
ている。０〜６２８ｍ５ｅｃの区間では、ｋ　、ａ−０
，８３３、ｋ　ｚａ＝１８．２　、　ｋ　ｚａ＝２３３
でフィードバンクは弱く、６２８ｍ５ｅｃ以、後ではに
＋ｂ＝６６．６　、　ｋｔｂ＝３３２　、　ｋ３ｂ＝９
９９でフィードバンクは強くかかっている。但し、サン
プリング周期はＩＫＨｚで、制御対象であるＤＣモータ
２の伝達関数Ｇｐ（５１は、但し、Ｕ（ｓ）：操作量Ｕのラプラス変換Ｙ（ｓ）：出
力ｙ　（モータの位置）のラプラス変換である。

第２図を第４図と比較すればわかるように、６２８ｓｓ
ｅｃ以前の、弱いフィードバックをかけている間は第２
図中）に示すように、定速状態でも誤差ｅが±１００ユ
ニット程度と、第４図（ｂｌに示した従来例に比べて大
きく変動するが、操作量Ｕの変動は第２図（Ｃ）に示す
ように第４図（Ｃ１の従来例に比べて半分以下なので、
ＤＣモータはこの操作量Ｕに充分追従でき、不要な熱の
発生や雑音が低減される。

一方、６２８ｙａｓｅｃ以後では、フィードバックは強
くかかっているので第２図（Ｃ）に示される操作量Ｕに
は第５図（Ｃ１のそれに比べて量子化誤差の影響が大き
く現れているが誤差ｅは小さくなっている。

上述の実施例では、フィードバック定数ｋｌ。

ｋｔ　、に、は２段階の値に切替ているが、さらに所定
値Δｒに替えて２種類の所定値Δｒｌ＋Δｒ２を用い１
ｒｒ−ｒｌがΔｒ１よりも小さい時はフィードバック定
数に、、に、、に、を大きくし、さらにｌ　ｒｒ　−ｒ
　ｌがΔｒ２よりも小さくなったら、フィードバック定
数に、、に、、に、を更に大きくするといったように、
フィードバック定数を３段階あるいは、それ以上の値に
切替ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、サー
ボ制御装置において、制御対象の現在の目標位置が最終
目標位置から所定値以上能れている場合には量子化誤差
が低減されてなめらかに移動し、現在の目標位置が最終
目標位置に対して所定値以内に近付いた時には、強力な
フィードバンクにより目標位置ｒと実際の位置ｙとの誤
差が低減されるので、制御対象の移動中における不要な
熱の発生や雑音が低減され、且つ、停止位置においては
外乱により制御対象が簡単に目標位置からずれることも
なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサーボ制御装置の、一実施例を示
すブロック図、第２図は第１図の装置の動作の一実施例
を示すグラフ、第３図は従来のサーボ制御装置の一例を
示すブロック図、第４図は第３図の従来例においてフィ
ードバックを強くかけた場合における装置の動作を示す
グラフ、第５図は第３図の従来例においてフィードバッ
クを弱くかけた場合における装置の動作を示すグラフで
ある。１ａ・・・サーボ制御装置、２・・・制御対象、３・・
・関数発生器、　　　４ａ・・・サーボ機構、５・・・
積分器、　　　　　６・・・微分器、７ａ、８ａ、９ａ
・・・増幅器、　　ｒ・・・目標位置、ｙ・・・実際の
位置、　　　ｅ・・・誤差、Ｕ・・・操作量、　　　　
　ｒ、・・・最終目標位置、Δｒ・・・所定値、　　　
　　１２・・・絶対値回路、１３・・・比較器。

Claims

【特許請求の範囲】

１、連続的な目標位置を発生する関数発生機構と、前記
目標位置に制御対象の実際の位置が追従するような操作
量を発生するサーボ機構を備えたサーボ制御装置におい
て、位置決め制御を行う際、前記関数発生機構により発
生した目標位置が最終的に位置決めすべき位置から前も
って指定した値以上離れている場合に、前記サーボ機構
のフィードバック定数を比較的小さく設定する手段と、
目標位置が最終的に位置決めすべき位置に対して前もっ
て指定した値以内に近付いている場合に、前記サーボ機
構のフィードバック定数を比較的大きく設定する手段と
を具備することを特徴としたサーボ制御装置。