JPS6279509A - デジタル式サ−ボアンプ - 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、各種アクチュエータの駆動用′リーボモータ
の駆動速度をフィー］ハ・ツク制御するためのサーボア
ンプ、詳し７くは、位置検出手段による検出位置と目標
停止位置との偏差に基づいてアクチュエータの駆動速度
をフィーｌノ＼・ツク制御するデジタル式サーボアンプ
に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の号−ホアンプは、アクチュエータが目標停
止位置にスムーズに移動するように、目標停止位置と検
出位置との偏差に基づいて、アクチュエータの駆動速度
をフィーＩ′ハ・ツク制御するように構成したものであ
る。

そして、上記この種のサーボアンプを、例えばマニプレ
ータ等の被制御装置を駆動するサーボモータ等の駆動を
制御する装置に適用する場合は、目標停止位置に対する
停止位置精度を確保しつつ、短時間で目標停止位置まで
移動し、且つ、機構に対して大きな衝撃を与えないよう
に停止するように、アクチュエータの駆動速度を制御す
る必要がある。

本出願人は、先に、−に記アクチ、、にＬ−夕の停止位
置精度と制御応答性とを両立さ−Ｑる制御方式として、
目標停止ｌ二位置と被制御対象の現在位置との偏差の平
方根に基づいて制御り−・インずなわらアクチュエータ
の駆動速度を制御する平方根方式の制御方法を提案し７
た（特開昭６０−１２３９０９号公Ｉ′Ｉ３参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしなから、−１−記デジタル式サーボアンプでは、
その構成上、目標値と検出値とを所定周回で号ンプリン
グＵ７−ζ、その偏差を演算することとなり、制御応答
がある程度遅れるものとなる不利がある。従って、制御
ゲインを大きくすると、制御応答にハンチングやオーバ
ーシュー１を発生ずることとなり、その制御ゲインを、
アナログ式のサーボアンプのように大きくするごとがで
きないという不利がある。

そこで、制御ゲインが大きくならない上記平方根方式に
よりデジタル式のサーボアンプを構成すると、第９図に
示すように、制御応答の収束性がよくなるのであるが、
この平方根方式に６Ｌる制御方法で（１ｔ、［１標停止
位置近傍で（Ｊ、その目標停止位置に対”４る検１１冒
ｑ置の偏差か小さくなるために、その１ε方４Ｉ↓が逆
心こ大きくなる。

その結果、ｌ」標停止１位置近鶴での低速駆動領域（図
中斜綿部で示す低速駆動領域）では、比例制御方式より
も制御りインがノ、きくなって、制御応答が不安定にな
る不利がある。尚、図中、（ωｌ）は平力］１還力代に
、トる駆動速１艷の変化を示し、（ω２）は比例制御方
式による駆動速度の変化を示すものである。

本発明は、−１，記実情に１１３　ｈ　７なされたもの
であって、その目的は、デジタル式り゛−ポアンプの低
速駆動領域におりる制御応答性を改給する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるデジタル式」ノーポアンプの特徴構成は、
前記アクチュエータの［］標駆動速度を、前記目標位置
に月する検出位置の偏差が設定値以トである場合は、前
記偏差の平方根に基づいて設定すると共に、Ｍｉ＋記偏
差が設定値未満である場合は、前記偏差に基づいて設定
するように、前記目標位置に対する検出位置の偏差に基
づいて駆動速度を自動的に切り換える駆動速度制御手段
を備えさせてある点にあり、その作用並びに効果は以下
の通りである。

〔作　用〕

すなわち、デジタル式サーボアンプの動作が不安定とな
らない目標停止位置と検出位置の偏差が大きい速度領域
では、位置の偏差の平方根に基づいて駆動速度を設定す
る平方根方式により速度制御し、目標停止上位置近傍の
動作が不安定となる低速駆動領域では、位置の偏差に基
づいて駆動速度を設定する比例制御方式により速度制御
するように、目標停止位置と検出位置の偏差の大きさに
基づいてアクチュエータの目標駆動速度つまり制御ゲイ
ンを切り換えるのである。

〔発明の効果〕

従って、アクチュエータの作動が目標停止位置から遠い
場合には、制御応答性の良い平方根方式により速度制御
する、−とにより、目標停止位置近傍までの駆動を高速
に行い、［−１標停市位置近傍に近づくと、安定な制御
応答となる比例制御方式に切り換えるので、目標停止イ
装置に停止するまでの駆動速度を速くしながら、その停
止を安定に行えるのであイ）。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、サーボアンプの全体構成を示すブロック図で
あって、アクチュエータとしての勺−ポモータ（Ｍ’）
の回転に連動して回転速度及び位置情報を検出するイン
クリメンタル型のエンコーダ（１）、このエンコーダ（
１）の出力を４数して前記モータ（Ｍ）により駆動され
る被制御装置（図示せず）の現在位置情報つまり検出位
置（Ｘ）の値を出力するカウンタ（２）、前記エンコー
ダ（１）の出力周波数つまり駆動速度を電圧に変換する
Ｆ　／　Ｖ　ｍｌンハータ（３）、このＦ／Ｖτ２ンハ
−夕（３）の出力をスケーリングして整数化するゲイン
調整器（４）、このゲイン調整器（４）を介して出力さ
れる検出速度（ω）に対応する電圧をデジタル値に変換
して整数化した検出速度（ω）を出力するＡ　／　Ｉ）
コンバータ（５）、前記カウンタ（２）からの検出位置
（Ｘ）とＡｉｉ記メインプ「１セツサ（６）から与えら
れる目標停止位置（Ｘ”）とに基づいて、前記モータ（
Ｍ）の目標駆動速度としての速度指令値（０勺を演算す
るとともに、その速度指令値（０勺と検出速度（ω）と
の偏差（ε）を演算するサーボプロセッサ（７）、その
偏差（ε）に対応したＰＷＭ波（Ｖ）を発生ずるＰＷＭ
波発生手段としてのプログラマブルタイマ（８）、及び
、このプログラマブルタイマ（８）により発生されたＰ
ＷＭ波を電力増幅して前記モータ（Ｍ）を駆動する電力
増幅器（９）を設けである。もって、前記エンコーダ（
１）とカウンタ（２）にて位置検出手段（＋００）を構
成し７、前記エンコーダ（１）とＦ　／　Ｖコンバータ
（３）にて速度検出手段を構成し、Ａｉ前記ゲイン調整
器（４）とＡＩＤコンバータ（５）にて検出速度整数化
手段ヲ＋１４成し７−ζある。

ところで、前記ゲイン調整器（４）は、元々、前記ｌ＝
”　／　Ｖ　：Ｊンへ−夕（３）の出力をＡ／［）変換
して速度指令値（ω＋）と検出速度（ω）か同　スケー
ルとなるように！ｌ−るために必要なものであって、そ
の機能をそのまま利用して検出速度（ω）を整数化する
ので、装置構成が複雑になることはない。

次に、第２図に示ずゾＩ」ツク線図に基づいて、ト記構
成になるり゛−ポアンプの基本的な動作を説明する。

ずなわら、速度指令値（ω４）を整数値として指令する
速度指令手段としての前記サーホゾ１」セッサ（７）の
速度指令値演算部（７ａ）において、ｉｉＪ記メインプ
ロｕノリ゛（６）からり、えられ人二１」標停止位置（
Ｘ＊）と、前記カウンタ（２）より出力される検出位置
（Ｘ）とに基づいて、前記モータ（Ｍ）の目標駆動速度
の指令値（０勺が、前記プｌ」グラマプルタイ／（８）
から出力されるＩＩＷＭ？ｌｌν）の周ｉｔＪ］（Ｔ、
）とそのパルス幅（Ｔ２）の関数となるように、前記二
し一タ（Ｍ）の定格電圧（Ｖ、ｌ）とその回転速度（ω
）に対する駆動電圧（ＶＭ）との関係から下記（ｉ）代
に基づいて整数化する。

Ｒ ω８−−−−・Ｔ、（０勺・・・・・・（、ｉ）ＶＭ 一方、前記モータ（Ｍ）の検出速度（ω）は、前記エン
コーダ（１）及びＦ／Ｖコンバータ（３）にて電圧値と
して検出され、前記定格電圧（Ｖ、ｔ）と定格回転速度
（ωい　との関係に基づいて実際の駆動電圧（Ｖｆ）と
回転速度（ωＲ）の関数に変換され、前記ゲイン調整器
（４）にて前記プログラマブルタイマ（８）からの出力
ＰＷＭ波（ｖ）のデユーティ比（Ｔ２／ＴＩ）に対応し
た整数値の信号つまり前記（ｉ）式により整数化された
指令速度（０勺と同一スケールの値となるように調整さ
れ、前記Ａ／Ｄ変換器（５）にてデジタル化される。

そして、前記サーボプロセッサ（７）の偏差演算部（７
ｂ）では、前記整数化された指令速度（ω“）と検出速
度（ω）とを整数値のままで加減算することによりその
偏差（ε）を演算し、ゲイン設定部（７ｃ）にて所定の
加速ゲイン（Ｋｐ）　（但し、本実施例ではＫｐ＝１）
を乗算し、…Ｉ記プログラマゾルタイマ（８）での発生
Ｐ　Ｗ　Ｍ波（ν）のデユーティ比（Ｔ　２／Ｔ　Ｉ　
）が、前記モータ（Ｍ）を指名速度（０勺（回転するた
めの供給電力に対応場るように、前記ＰＷＭ波（ν）の
発生パルス幅（’ｒｚｎ）とモータ駆動電圧（Ｖａ）の
関数としζ求めることとなる。従って、前記プログラマ
ブルタ・イマ（８）は、前記ゲイン設定部（７Ｃ）を介
して出力される偏差（ε）に対応した所定のパルス幅（
Ｔ２Ｍ）のＰＷＭ波（ν）を発生させることとなり、前
記電力増幅器（９）は、その発生ＰＷＭ波（ｖ）を、モ
ータ（Ｍ）の駆動電圧（Ｖ、ｌ）と回転速度（ωＲ）の
関係から決定された駆動電力となるように電力増幅する
のである。

つまり、速度指令値（０勺と検出速度（ω）を共に整数
値としてｌｊえると共に、その偏差（ε）が、前記プロ
グラマブルタイマ（）（）から出力されるＰＷＭ波（ｖ
）のデユーティ比すなわら発生パルス幅（Ｔ２Ｍ）に対
応するよ・）に整数化することにより、サーポブｌ」セ
ノリ（７）を汎用のマイ　　ｆ１ クロコンピユータにて構成しても、その処理速度を実用
的なものにしながら、装置構成を簡素化できるのである
。

以下、第３図〜第５図に示すフローチャー１に基づいて
、サーボプロセッサ（７）の動作を詳述する。

すなわち、第３図に示すように、前記サーボプロセフリ
−（７）の速度指令値演算部（７ａ）では、メインプロ
セッサ（６）から与えられた目標停止位置（Ｘ勺に対す
る検出位置（Ｘ）の偏差を演算し、その位置偏差（εい
に基づいて速度指令値（ω″）を演算する。

前記位置偏差（εｘ）は、第４図に示すように、前記カ
ウンタ（２）にてカウントしたエンコーダ（１）からの
出力パルス数のカウント値すなわち検出位置（Ｘ）を読
み込むと共に、メインプロセッサ（６）からの目標位置
（Ｘ”）を読み込んで、その偏差（εｘ）を演算して求
められる。

そして、第５図に示すように、前記演算された位置偏差
（εｘ）に基づいて、速度指令値（ω″）を整数化した
値として演算する。つまり、前記モータ（Ｍ）を駆動中
であるか否かを示ｒ移動フラグがｌ°”に七ノドされて
いるか否か４チ、ツクしくステップｌ１ｌ）、１゛′に
セフＩされ−ζいない場合は、前記モータ（Ｍ）の駆動
速度の制御を、詳しくは後述する平方根方式にて行うか
、通常の比例制御方式にて行うかを示すルートフラグの
状態をチェックする（ステシブ１２）。

前記ステップＩＩにてチェックした移動フラグが“１”
にセントされている場合【Ｊ、加速ゲイン（Ｋｐ）を予
め設定し７である所定値に設定すると共に（スプッ−／
１３）、前記ルートフラグを“１゛にセントして（ステ
ップＩ４）、検出位置（Ｘ）が目標停止位置（Ｘ”）に
到達したか否かをチェックする（ステップ＃５）。

そして、検出位Ｗ（Ｘ）が目標停止位？ｙ（Ｘ”）に到
達していると、前記移動フラグを“０”にリセットする
（ス乃ブ＃６）。

前記ステシブ＃２にてチェックされたルー［フラグが“
１”にセントされていない場合は、前記加速ゲイン（Ｋ
ｐ）をサーボＬ」ツク時の所定ゲインに設定しくステッ
プ＃７）、前記速度指令値（ω′）を、位置の偏差（ε
ｘ）に前記加速ゲイン（Ｋｐ）を乗算した値に更新する
（ステップ＃８）。

一方、前記ルートフラグが“１”にセントされている場
合は、前記検出位置（Ｘ）が、目標停止位置（Ｘｌ）に
対して所定偏差以内に接近したか否かをチェックしくス
テラ九９）、前記位置の偏差（ε８）が設定値（Ａ）以
下である場合は、スムーズに停止するように通常の比例
制御方式に切り換えるべく、前記加速ゲイン（Ｋｐ）を
比例制御方式での減速ケインに設定しくステラ九１０）
、前記ルートフラグを“′０”にリセットする（ステラ
九１１）。

そして、第８図に示すように、前記ステップ＃９にてチ
ェックした検出位置（Ｘ）が目標停止位！（Ｘ”）に対
して所定偏差（＾）以上能れている場合は、前記ＰＷＭ
波（Ｖ）のパルス幅（Ｔ２イ）が、位置の偏差（輸）の
平方根（ｈ−）に比例するように、下記（ｉｉ）式に基
づいて、前記パルス幅（７２Ｍ）を設定して平方根方式
による速度制御を行う（Ｘテフ’／１１２）。もって、
アクチュエータの駆動速度（ω）を、位置の偏差（εい
に基づいて切り換える駆動速度制御手段を構成し、前記
Ｘテップ＃１〜ス５ッ九１２にて、前記偏差演算手段（
７ｂ）を構成しである。

Ｔ２Ｍｏｃω＊’＝Ｋｐ値、＾−）・・・・・・（１１
）つまり、目標停止位置（Ｘ＊）に対する位置偏差（ε
ｘ）が大きい領域ではその平方根（ｈ−）に比例した制
御ゲインを用いて平方根方式による速度制御を行って、
小さい制御ゲインで目標停止位Ｍ　（Ｘ”）に対する減
速を速やかに行い、検出位置（Ｘ）が目標停止位置（Ｘ
＊）に近い領域では、通常の比例制御方式に切り換えて
制御ゲインを適正に維持させるよ・）にして、制御の安
定化を図るのである。

〔別実施例〕

上記実施例においては、速度指令値（ω＊）を整数化す
るに、サーボプロセフ　’）’　（７）において演算さ
せるように構成した場合を例示したが、メインプロセッ
サ（６）にて予め整数化して与えるようにしてもよい。

更には、第６図に示すように、前記ゲイン調整器（４）
の機能をゲイン調整部（４ａ）として勺−ボプロセッサ
（７）内に設け、速度指令値（０勺と検出速度（ω）と
の偏差（ε）を整数化しないでそのままターボプロセラ
４Ｊ（７）の偏差演算部（７ｂ）で演算した後、前記モ
ータ（Ｍ）の定格電圧（ＶＲ）、偏差（ε）に対応する
モータ駆動電圧（ＶＷ）、ＰＷＭ波（Ｖ）の周期（Ｔ１
）、及び、前記モータ駆動電圧（Ｖ、Ｉ）に対応するパ
ルス幅（Ｔ２Ｍ）を与える７４４偏差（ε□）に基づい
て、ゲイン調整して整数化するようにしてもよい。

又、第７図に示すように、前記第６図に例示した別実施
例同様に、ゲイン調整部（４ｂ）をサーボプロセッサ（
７）内に設け、前記モータ（Ｍ）の定格電圧（ＶＲ）、
偏差（ε）に対応するモータ駆動電圧（ＶＨ）、及び、
ＰＷＭ波（Ｖ）　ノ周期（Ｔ、）、に基づいてゲイン調
整したパルス幅（Ｔｚ１４）を演算し、前記プログラマ
ブルタイマ（８）では、前記演算されたパルス幅（Ｔ２
Ｍ）に対応した供給電力となるようにＰＷＭ波（Ｖ）を
発生するようにしてもよい。

又、上記各実施例においては、サーボプロセッサ（７）
において速度の偏差（ε）に対する加速ゲイン（Ｋｐ）
を１に設定した場合を例示したが、このゲイン（にｐ）
は、その他の値でもよい。その場合、このゲイン（にｐ
）の設定をＫｐ＝２”となるように２の指数倍に設定す
ると、マイクロコンピュータによるゲイン設定の演算処
理を内部レジスタのシフト命令等で高速に行うことがで
きる。

又、上記実施例では、目標位置（Ｘ”）に対する検出位
置（Ｘ）の偏差（εｘ）の平方根に基づいて駆動速度（
ω″）を設定するようにＵまたが、ＡＩ記位置の偏差（
εいに基づいて駆動速度（ω″′）を求め、その値の平
方根を求めるよ・うにしてもよい。更に、この平方根の
値を、実際に演算するのではなく、前記位置の偏差（ε
ｘ）や駆動速度（ω”）に対応して予めテーブル化し、
演算実行時には、いわゆるテーブルルック゛？ツブ式に
必要なデータを読み出すように構成しでもよい。この場
合、実質的な処理速度を短くすることができる。

又、上記実施例においては、速度検出手段を、エンコー
・ダ（１）とＦ／Ｖコンバータ（３）にヨリ構成する場
合を例示したが、例えば、タコジェネレータ等の他の形
式の速度検出手段を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本発明に係るサーボアンプの実施例を
示し、第１図はサーボアンプの全体構成を示すブロック
図、第２図はその機能を示すブロック線図、第３図〜第
５図はサーボプロセッサの動作を示すフローチャート、
第６図、第７図は別実施例の構成を示すブロック線図、
第８図は駆動速度変化の説明図である。第９図は従来の
速度制御における駆動速度変化の説明図である。 （１００）・・・・・・速度検出手段、（Ｍ）・・・・
・・アクチュエータ、（Ｘ）・・・・・・検出位置、（
Ｘ＊）・・・・・・目標停止位置、（εｘ）・・・・・
・位置の偏差、（八）・・・・・・設定値、（ｈ−）・
・・・・・位置偏差の平方根、（ω＊）・・・・・・目
標駆動速度、（ω）・・・・・・駆動速度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 位置検出手段（１００）による検出位置（Ｘ）と目標停
   止位置（Ｘ＾＊）との偏差（ε＿ｘ）に基づいてアクチ
   ュエータ（Ｍ）の駆動速度（ω）をフィードバック制御
   するデジタル式サーボアンプであって、前記アクチュエ
   ータ（Ｍ）の目標駆動速度（ω＾＊）を、前記目標停止
   位置（Ｘ＾＊）に対する検出位置（Ｘ）の偏差（ε＿ｘ
   ）が設定値（Ａ）以上である場合は、前記偏差（ε＿ｘ
   ）の平方根（√（ε＿ｘ））に基づいて設定すると共に
   、前記偏差（ε＿ｘ）が設定値（Ａ）未満である場合は
   、前記偏差（ε＿ｘ）の値に基づいて設定するように、
   前記目標位置（Ｘ＾＊）に対する検出位置（Ｘ）の偏差
   （ε＿ｘ）に基づいて駆動速度（ω）を自動的に切り換
   える駆動速度制御手段を備えさせてあるデジタル式サー
   ボアンプ。