JPS6247717A - デイジタルサ−ボ制御方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、モータ等のディジタルサーボ制御方式に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来技術におけるディジタルサーボ系の構成の一例を第
４図に示す、同図のサーボ系では、検出器として位置検
出用パルスゼネレータＰＧおよび速度検出用タコゼネレ
ータＴＧを有している。

速度制御アンプおよび電流アンプはアナログ系（一部デ
ィジタル系で構成する場合もある）で構成され、指令パ
ルスとフィードバックパルスとの差を演算するエラーレ
ジスタ部のみがディジタル回路で構成されている。

このような系では、タコゼネレータＴＧを有することの
不利な点、つまり価格の問題およびタコゼネレータの特
性に起因するトラブルが有ることが問題である。また全
体の構成がアナログ系とディジタル系が混在することに
なり、価格、サイズ、信頬性などの点から問題がある。

第４図の従来技術の問題点を解決した、やはり従来技術
の一例を第５図に示す。同図のサーボ系では速度検出用
タコゼネレータは除かれ、位置検出用パルスゼネレータ
からの信号を用いて速度検出回路によりディジタル量と
して速度検出を行っている。このため、電流アンプを除
きディジタル回路による構成となり、制御ループの演算
は一つの演算ＣＰＵで行うことができ、価格、サイズの
点で有利となる。

しかし、第５図の系では速度検出回路として専用のハー
ドウェアが必要であることが問題となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、位置検出用
パルスゼネレータのみを検出器として用い、サーボ制御
アルゴリズムは全てソフトウェアとして実現できる、安
価で高信顛性のディジタルサーボ系を構成することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電流制御アンプと位置検出用パルスゼネレー
タおよび前記パルスゼネレータ用カウンタを有し、一定
すンプリング周ＭＴ、ごとに位置指令のインクリメント
量Δｒおよび位置Ｘを入力し、電流指令値１１を出力す
るディジタルサーボ制御′方式において、サンプリング
周期ごとに、所定の加減乗除のみの演算を行って制御を
行うことを特徴としており、これにより、演算アルゴリ
ズムが非常に簡単となり、安価で小規模なマイクロコン
ピュータの使用に適し、かつサンプリング周期を小さく
して扁速で高精度の制御が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図に示すディジタルサーボ系のブロ
ック図に基づいて具体的に説明する。

第１図は、本発明によるディジタルサーボ系の構成であ
り、モータｌには位置検出用パルスゼネレータ２が付け
られ、このパルスゼネレータ２の出力パルスをカウント
するカウンタ３を設ける。

このカウンタのビット数は、最大速度時に１サンプリン
グ周期でカウント値がオーバーフローしないだけあれば
良い。演算ＣＰＵ４は、サンプリング周期ごとに位置指
令インクリメントとパルスゼネレータ２のカウンタ値を
入力し、後述するような演算を行い、電流指令をＤ／Ａ
変換器５を通して電流アンプ６に出力する。

演算ＣＰＵ４で行う演算は次のような式で表される。

ｒＮ＝ｒ、−、＋Δｒ　Ｈ（１１ ＶｒＮ＝Ｋｒ（ｒ、Ｉ　　ＸＮ）　　　　　　　　　　
（２１ＶＮ　＝ＫＦ（ＸＮ　　　ＸＮ−１）　　　　　
　　　　（３１１Ｎ＝　Ｉ　Ｎ−１＋　Ｔｓ（ｖｒＮｖ
）Ｉ）　／　Ｔｉ　　（４１−４ｒｓ＝　Ｋｖ（Ｔ　Ｈ
Ｖｓ）　　　　　　　　　　　ｆ５１もしｌ　−４ｒｎ
　ｌ　＞　Ｊｒｍ□のとき　　　　（６）ＪｒＮ＝ｓｉ
ｇｎ（ｊｒｓＬヱｒ　−ａ　ｘ　　　　　　　　（７１
１Ｎ　＝　　（−ｃｒｓ／　ｋ　ｖ）＋　ｖ　Ｎｆ８１
但し、上記の各式において、Ｎ：サンプリング時刻、サ
フィックスＮは各変数のサンプリング時刻Ｎのときの値
、ｒ：位置指令、Δｒ：位置指令インクリメント、Ｘ：
位置、■、、：速度指令、■＝速度、Ｉ：積算値、１１
：電流指令、ＫＰ、ＫＦ、Ｋｖ　：定数、Ｔｉ　：積分
時間、Ｔ、：サンプリング時間、１０□：最大電流指令
、ｓｉｇｎ（＝ｒＮ）は１０の符号である。

上記制御アルゴリズムは、位置に関しては比例制御系を
（［１１，ｆ２１式）、速度に関しては積分−比例制御
系を（（４１，（５１式）構成することになる。

速度検出は（３）式で示されるように単純な位置の一次
差分値に定数を掛けたものである。

（６１，（７１，（８）式は、電流指令値が飽和したと
きに、速度がオーバーシュートしないための処理である
。

（１）〜（８）式は、加・減・乗・除算（除算は（８）
式のみ、ｌ　／に、を定数として持てば乗算でよい）の
みであり、小規模なマイクロコンピュータで充分に処理
できるものである。演算は非常に簡単であるから、演算
時間も短く、従ってサンプリング時間を短くできるので
、高速応答、高精度の制御が実現できる。

第２図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。この例は、位置検出器をモータ１の軸端ではなく、機
械の動きそのものを計測する場合に応用できる。第１図
の構成と異なるところは、第１図のパルスゼネレータ２
の代わりにリニアスケール７を設けたものであり、演算
および処理、構成は同様である。

この第２図の構成では機械系の剛性やバックラッシュの
問題により安定な制御ループが組めない場合が考えられ
るが、その対策として第３図に示すような構成とする。

これは、第１図の構成と第２図の構成とを組み合わせた
ものである。

即ち、パルスゼネレータ２の出力パルスをカウンタ３−
１でカウントし、リニアスケール７の出力パルスをカウ
ンタ３−２でカウントするというものである。

このとき、演算で変わる式は（２１，（３１式で、Ｖｒ
ｓ−Ｋｐ（ｒ、ｌ　Ｘ！Ｎ）　　　　　　　＋２１’Ｖ
Ｎ　　＝　ＫＦ（Ｘ　＋ｓ　　Ｘ　＋ｓ−＋）’　　　
　　　　＋３１　’となる。ここで、ｘｌ＋　ｘＺはそ
れぞれカウンタ３−１．３−２のカウント値である。

ナオ、Ｄ／Ａ変換器５は、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式
の変換器でも良い。

パルスゼネレータ用カウンタのビット数が、全制御範囲
をカバーするに足る位置データのビット数より小さい場
合には、現在位置ｘ９を次のようにして定める。

ＸＮ　＝ＸＮ−１＋　（ｘ　　ｘ　’　）ここで、Ｘ□
１は前回のサンプリング時の現在位置、Ｘは今回のカウ
ンタの値、Ｘ′は前回のサンプリング時のカウンタの値
である。

位置指令のインクリメント値をＭＴＳ　　（Ｍは整数）
間隔で入力する場合には、 ｒＮ”’ｒＮ−１＋Δ「 ここで、ＭＯＤは、Ｎ／Ｍの余りをとる演算とする。

〔発明の効果〕

上述したように本発明のディジタルサーボ系は、演算Ｃ
ＰＵ、Ｄ／Ａ変換器、電流アンプ、モータ、位置検出器
およびカウンタのみで構成され、ローコスト、コンパク
ト、高信顛性なサーボ系を構成することができる。また
制御のための演算は（１）〜（８）式に示す簡単な式で
あるので、小規模なマイクロコンピュータでも処理でき
、さらに演算時間、ひいてはサンプリング時間を小さく
できるので、高速応答で精度の高いディジタルサーボ系
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図および
第３図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すブロック図
、第４図および第５図はそれぞれ従来のサーボ系のブロ
ック図である。 工：モータ ２：パルスゼネレータ ３．３−１．３−１カウンタ ４：演算ＣＰＵ ５　：　Ｄ／Ａ変換器 ６：ｉ！電流アン プ：リニアスケール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電流制御アンプと位置検出用パルスゼネレータおよ
   び前記パルスゼネレータ用カウンタを有し、一定サンプ
   リング周期Ｔ＿３ごとに位置指令のインクリメント量Δ
   ｒおよび位置ｘを入力し、電流指令値ｉ＿ｒを出力する
   ディジタルサーボ制御方式において、サンプリング周期
   ごとに、 ｒ＿Ｎ＝ｒ＿Ｎ＿−＿１＋Δｒ＿Ｎ（１）ｖ＿ｒ＿Ｎ＝
   Ｋ＿Ｐ（ｒ＿Ｎ−ｘ＿Ｎ）（２）ｖ＿Ｎ＝Ｋ＿Ｆ（ｘ＿
   Ｎ−ｘ＿Ｎ＿−＿１）（３）Ｉ＿Ｎ＝Ｉ＿Ｎ＿−＿１＋
   Ｔ＿Ｓ（ｖ＿ｒ＿Ｎ−ｖ＿Ｎ）／Ｔ＿ｉ（４）ｉ＿ｒ＿
   Ｎ＝Ｋ＿ｖ（Ｉ＿Ｎ−ｖ＿Ｎ）（５）もし｜ｉ＿ｒ＿Ｎ
   ｜＞ｉ＿ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘのとき（６）ｉ＿ｒ＿Ｎ＝ｓｉ
   ｇｎ（ｉ＿ｒ＿Ｎ）・ｉ＿ｒ＿ｍ＿ａ＿ｘ（７）Ｉ＿Ｎ
   ＝（ｉ＿ｒ＿Ｎ／ｋ＿ｖ）＋ｖ＿Ｎ（８）なる演算を行
   うことを特徴とするディジタルサーボ制御方式。 但し、上記の各式において、Ｎ：サンプリング時刻、サ
   フィックスＮは各変数のサンプリング時刻Ｎのときの値
   、ｒ：位置指令、Δｒ：位置指令インクリメント、ｘ：
   位置、ｖ＿ｒ：速度指令、ｖ：速度、Ｉ：積算値、ｉ＿
   ｒ：電流指令、Ｋ＿Ｐ、Ｋ＿Ｆ、Ｋ＿ｖ：定数、Ｔ＿ｉ
   ：積分時間、Ｔ＿Ｓ：サンプリング時間、ｔ＿ｒ＿ｍ＿
   ａ＿ｘ：最大電流指令、ｓｉｇｎ（ｉ＿ｒ＿Ｎ）はｉ＿
   ｒ＿Ｎの符号を表す。