JPS62189505A - フイ−ドバツク制御装置 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えばロボットの位置決め制御のどとき定値
制御に用いられるフィードバック制御Ｉ装置に係り、特
に定常偏差による制御誤差を自動修正するフィードバッ
ク制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

例えば、ロボット等における従来の一般的な位置決めサ
ーボ系は、第３図のブロック線図に示されるように、位
置誤差を補正するための位置フィードバックループ１と
、系の安定性、応答性改善のための速度フィードバック
ループ２とを持った系となっている。このサーボ系にお
いては、位置検出器３がサーボモータ４又はこのサーボ
モータ４の回転を負荷の移動や旋回等に変換する機構要
素５に設けられ、また、速度検出器６がサーボモータ４
に設けられている。位置検出器３からの位置検出１（以
下、現在値という）ｙと図示しないメイン引算機等から
与えられる位置人力（以下、目標値という）Ｙとは第１
の比較器７にて比較され、ここで現在値ｙと目標値Ｙと
の偏差（以下、位置偏差という）ｅが演算される。位置
偏差ｅはプリアンプ８へ入力されて増幅され速度指令■
となる。速度指令Ｖと速度検出器６からの速度検出値■
とは第２の比較器９に入力され、ここで速度指令■と速
度検出値■との偏差が演算され、この偏差は速度基準ｆ
としてサーボドライバ１０へ出力される。サーボドライ
バ１０は速度ｉｆｆに基づいてサーボモータ４を駆動し
、位置偏差ｅを最小にするように位置決め制御を行なう
。

ところが、このようなサーボ系に実動作を行なわせ、位
置決め制御が終了した時点で目標１ｉｆｆＹに対する現
在値ｙの誤差（以下、位置決め誤差という）を４測して
みると、必ずしもこの位置決め誤差は位置検出器３の最
小検出レベルまで最小化されてはいないことが判る。そ
の原因としては、負荷変動と速度可変範囲どに基づいて
必要な安定性と応答性とが得られるようにプリアンプ８
及びサ　　　゛−ボドライバ１０のゲイン調整を行なっ
ているために、多少の定常偏差は避は得ないことが主た
る原因である。

そこで、現実的な対応策として、必要とされる位置決め
誤差の最小レベルより最小検出レベルが数分の一程度小
さい高分解能の位置検出器３を用いることにより、その
最小検出レベルより数倍程度大きい位置決め誤差が生じ
ても必要とされる位置決め誤差の最小レベルは超えるこ
とがないようにしている。

しかし、位置検出器３の最小検出レベルまで位置決め誤
差を最小化したい場合もあり、そのためには比例、積分
、微分の各制ｔＩｌ要素の調整や他の各種回路補償等を
行なう必要がある。つまり、系の動特性を解析してルー
プ伝達関数を求め、各伝達関数の重み付けや補償伝達関
数を検討してシミュレーション等を行ない、その結果に
基づき補償回路等を決定して行くという作業を行なわな
くてはならない。しかし、この作業は実試験やモデル実
験等を行ないながら進めて行くこととなるため、多大な
労力と時間を要するという問題がある。

〔発明の目的〕

そこで、本発明は上記に鑑み、ゲインの再調整や多大な
労力により決定されていた補償回路を必−要とせずに、
制御ｌ１ｇ検出器の最小検出レベルまで定常偏差による
制御Ｉ誤差を最小化させることができるフィードバック
制ｔｔａｉｉを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、目標値と現在値と
の偏差を所定の終了基準と比較することにより前記目標
値に基づく制御動作が終了したか否かを判断する比較判
断手段と、この比較判断手段の判断回数を組数すること
により終了と判断された制御動作が本来の目標値に基づ
くものであるか或いは補正後の目標値に基づくものであ
るかを判断するカウント手段と、前記比較判断手段から
の制御動作終了を示す判断結果及び前記カウント手段か
らの本来の目１１ＡＩＩに基づくものである旨を示す判
断結果を受けて前記偏差に基づき前記本来の目標値を補
正する目標値補正手段とを設けたことを要旨とする。

（発明の実施例） 以下、第１図に示す第３図と同一物には同一符号を付し
たブロック線図及び第２図に示すタイムチャートにより
、本発明に係るフィードバック制ＷＤ装欝の一実施例を
説明する。

この第１図に示されるように、本実施例はフィードバッ
ク制御部（以下、制御１ｓＩという）■と誤差修正部■
とから構成され、制ｗｌｌ郡■は第２図に示した従来の
サーボ系と同一である。

誤差修正部■は、制御ｌ１部１が定常状態に至ったか否
かに基づき位ば決め制御が終了したか否かを判断する比
較判断器１１と、この比較判断器１１により終了と判断
された位置決め制御が誤差補正装置ＩＩによって補正さ
れる前の目標値に基づいてなされたものなのか補正後の
目標値に基づいたものなのかを区別するカウンタ１２と
、補正前の目標値に基づく位置決め制御が終了した時点
で制御系工から入力した位置偏差ｅを補正前の目標値に
加算する目標値補正器１３とから構成されている。

比較判断器１１内では、制御部工からの位置偏差ｅが変
換器１４に入力されここで絶対値ｌｅｔに変換された後
レベル比較器１５に入力される。

レベル比較器１５には基準設定器１６から終了基準Ｅも
入力されており、ここで絶対値ｌｅｔは終了基準Ｅと比
較される。終了基準Ｅには、予め種々の目標値Ｙに対し
て制御部工を単独で実動作させ各目標値Ｙに対する位置
決め誤差を計測してみた結果得られた位置決め誤差の最
大値が設定されている。レベル比較器１５はタイマを内
蔵し予め設定された基準時間幅内において絶対値ｔｅｌ
が終了基準Ａを超えることがあるか否かを監視している
。前記基準時間幅には、例えば目標値Ｙのステップ変化
に対し制御部工を動作させてみたときの現在値ｙの整定
時間が設定されている。そして、レベル比較器１５は１
．前記基準時間幅内で絶対値ｌｅ＋が終了基準Ｅを超え
ることが無いようになると、制御部■が定常状態に達し
位置決め制御が終了したものと判断し、その後再度絶対
値ｌｅ＋が終了基準Ｅを超える時までの間終了信号Ａを
出力し続ける。尚、基準設定器１６には例えばＲＯＭを
用い、このＲＯＭに予め種々の目標値Ｙに対して計測し
ておいた位置決め誤差を記憶させておき、制御部■に与
えられる目標値Ｙに対応させて記憶させておいた位置決
め誤差を終了基準Ｅとして出力させるようにしてもよい
。また、レベル比較器１５にもＲＯＭを内蔵させ、この
ＲＯＭに予め種々の目標値Ｙの変化に対して制御部工を
実動作させてみたとぎの各整定時間を記憶させておき、
制御部工に与えられる目標値Ｙの変化に対応させて記憶
させておいた整定時間を前記基準時間として使用するよ
うにしてもよい。このようにしてレベル比較器１５から
出力された位置決め制御の終了を示す終了信号Ａは、カ
ウンタ１２と目標値補正器１３とに入力される。

カウンタ１２は、終了信号Ａの入力を受けた時点でその
計数値を増加させて行き、この計数値が°゛２”になっ
た時の終了信号Ａの入力が停止した時点で前記計数値１
１０１１にもどす。そして、カウンタ１２は前記計数値
が“０″になっている間解除指令Ｂを目標値補正器１３
へ出力する。

目標値補正器１３内では、終了信号Ａ、解除指令Ｂ及び
制御系工からの位置偏差Ｅが返還器１７へ入力される。

返還器１７はレジスタを内蔵し、解除指令Ｂが入力され
ている間はレジスタの記憶値Ｍを“０″に保持し、終了
信号Ａが入力され同時に解除指令Ｂの入力が停止した時
点で、この時点における位置偏差ｅをレジスタに記憶し
てその記憶値Ｍを次の解除指令Ｂの入力があるまで保持
する。そして、返還器１７は常時記憶値Ｍを加算器１８
へ出力している。加算器１８は、制御系工へ与えられる
目標値Ｙに返還器１７からの記憶値Ｍを加算する。つま
り、記憶値Ｍが０″の時は目標値Ｙはそのまま制御系■
へ与えられ、記憶値Ｍが位置偏差ｅのときは目標値Ｙに
位置偏差ｅが加算された値が補正目標値として制御部■
へ与えられる。

次に、本実施例の作用を第２図により説明する。

例えば、ロボットを移動させである位置で停止させるよ
うな場合、図示しないメイン計算機から出力される目標
値Ｙ（一点鎖線）は移動経路に沿って変化して行き停止
すべき位置に対応するレベルで停止する（時刻ｔ。）。

制御部工はこのような目標値Ｙの変化にロボットの現在
値ｙ（実線）を追従させて行き、目標値Ｙが停止した時
刻ｔ。

でこの時の目標値Ｙ１に基づく位置決め制御に入る。

このような過程において、目標値Ｙから現在値ｙを差し
引いた位置偏差ｅは比較判断器１１に継続的に入力され
、その絶対値ｌｅｔはレベル比較器１５において終了基
準Ｅと比較される。ロボットの移動時や位置決め制御の
過渡時においては、絶対値ｌｅｔは終了基準Ｅを常時超
えているか或いは一時的に終了基準Ｅ以下になってもそ
の状態が前記基準時間幅以上は継続しないため、レベル
比較器１５から終了信号Ａが出力されることばない。

位置決め制御が終了し位置偏差ｅが制御部■のループゲ
インやこの時の目標値Ｙｌ等に対応した定常偏差を主因
とする位置決め誤差ｅ１に落ち着き、絶対値１ｅｌが基
準時間幅１以上継続して終了基準Ｅ以下となると（時刻
ｔ１）、レベル比較器１５から第１回目の終了信号Ａが
出力される。

第１回目の終了信号Ａの出力が開始されると、カウンタ
１２はその計数値ｎを“ＯＩＦから“１”へ切替え、今
まで出力していた解除指令Ｂの出力を中止する。

解除指令Ｂが中止されると、返還器１７はこの時の位置
偏差ｅ、つまり位置決め誤差ｅ１を記憶した後、この位
置決め誤差ｅ、の記憶値Ｍを加算器１８へ出力する（時
刻ｔ２）。これにより、制御部■には目標値Ｙ１に前記
位置決め誤差ｅ１を加算した補正目標値Ｙ　　＋８１が
与えられ、制御１工は補正目標値Ｙ　＋ｅ１に基づいて
再度位置決め制御を開始する。その際、前記位置決め誤
差ｅ　が目標値Ｙ１から現在値ｙを差し引いた値である
ことから、補正目標値Ｙ１＋０１は、現在値ｙが目標値
Ｙ１より低い場合には、目標値Ｙ１より前記位置決め誤
差ｅ１だけ高い値となるので現在値ｙを前記位置決め誤
差ｅ１だけ引き上げるように作用し、現在値ｙが目標値
Ｙ１より高い場合には、上記と逆になって現在値ｙを前
記位置決め誤差ｅ１だけ引き下げるように作用すること
になる。補正目標値Ｙ１＋ｅ１に基づく位置決め制御の
開始と同時に、位置偏差ｅは補正目標値Ｙ１十〇　と現
在値ｙ　（＝Ｙ１−ｅ１）との差つまり前記位置決め誤
差ｅ１のほぼ２倍の大きさとなるため、絶対値ｌｅ＋は
終了基準Ｅを超え第１回目の終了信号Ａの出力が停止す
る。

補正目標値Ｙ１＋ｅ１に基づく位置決め制御がほぼ終了
し位置偏差ｅの絶対値ｌｅｔが基準時開Ｔ以上継続して
終了基準Ｅより小さい値に保たれたところで（時刻ｔ３
）、レベル比較器１５から第２回目の終了信号Ａの出力
が開始され、これを受けてカウンター２がその計数値ｎ
を“２”に切替える。この時、現在値ｙは補正目標値Ｙ
１＋ｅ１からほぼ前記位置決め誤差ｅ１だけずれた位置
、つまり本来の目標値Ｙ１にほぼ一致した位置に停止し
ており、この段階に至り位置決め動作が完了する。

その後、メイン計算機によりロボットの次の目標位置が
指定されそこへ向けて目標値Ｙが移動を開始すると（時
刻ｔ４）、位置偏差ｅは増加するのでその絶対値ｔｅｌ
は終了基ｆＰＥを超えることになり第２回目の終了信号
Ａの出力が停止する。

これを受けてカウンタ１２はその計数値ｎを“０″戻す
とともに解除指令Ｂの出力を開始する。解除指令Ｂに応
答して返還器１７は記憶値Ｍを“０”に戻すので制御部
工には目標値Ｙがそのまま入力され、制御部工は目標値
Ｙに対する追従制御を開始する。そして目標値Ｙが新た
な目標値ｌに対応したレベルで停止すると、上記と同様
の位置決め制御に入り、以下同様の過程を繰り返す。

尚、記憶値Ｍが０″から位置決め誤差ｅ１に変わる際又
は位置決め誤差ｅ１から“Ｏ”に戻る際、サーボ系に大
きな変動が生じるのではないかと思われるが、本来位置
決め誤差ｅ１は微小なものであり、この値に対してメイ
ン計算様から与えられる目標値Ｙの変化の方がはるかに
大きいので、実動作上問題にはならない。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、本来の目標値に
基づく制御動作が終了した後、前記目標値と現在値との
偏差に基づき前記目標値を補正し、補正後の目標値に基
づき再度制御動作を行なうようにしているので、定常偏
差による制御ｌ誤差を制ｍｕｍ検出器の最小検出レベル
に極めて近いレベルまで極小化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るフィードバック制ｍ＋装置の一実
施例の構成を示すブロック線図、第２図は本実施例の動
作を説明するタイムチャート、第３図は一般的な位置決
めサーボ系の構成を示すブロツク線図である。 ■・・・フィードバック制御部、■・・・誤差修正部、
１１・・・比較判断器、１２・・・カウンタ、１３・・
・目標値補正器、１４・・・変換器、１５・・・レベル
比較器、１６・・・基準設定器、１７・・・返還器、１
８・・・加算器、Ｙ・・・目標値、ｙ・・・現在値、ｅ
・・・位置偏差、ｌｅｔ・・・位置偏差の絶対値、Ｅ・
・・終了基準、Ａ・・・終了信号、Ｂ・・・解除指令、
Ｍ・・・記ｔｉｌｌ。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 躬１図 躬２　図 瞥 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、目標値と現在値との偏差を所定の終了基準と比較す
   ることにより前記目標値に基づく制御動作が終了したか
   否かを判断する比較判断手段と、この比較判断手段の判
   断回数を計数することにより、終了と判断された制御動
   作が本来の目標値に基づくものであるか或いは補正後の
   目標値に基づくものであるかを判断するカウント手段と
   、前記比較判断手段からの制御動作終了を示す判断結果
   及び前記カウント手段からの本来の目標値に基づくもの
   である旨を示す判断結果を受けて前記偏差に基づき前記
   本来の目標値を補正する目標値補正手段と を有することを特徴とするフィードバック制御装置。 ２、前記目標値補正手段は、前記本来の目標値から前記
   現在値を差し引いた値を前記本来の目標値に加算するこ
   とにより前記補正を行なうことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のフィードバック制御装置。