JPS633303A - 速度制御方式 - 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〕 この発明は、モータなどの駆動装置をもつサーボ機溝に
おいて高精度でかつ応答性の高い速度と位置の制御を行
う速度制御方式に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は従来のサーボ機構制御系のブロック線図である
。この制御系では、位置の偏差のみならず、速度の目標
値からの偏差をも修正する機能が含まれている。

ここで、符号ａ６（ａ）はサーボアンプ、直流モータ、
負荷からなる制御対象、Ｋｐ　は位置ループゲイン、Ｋ
Ｖは速度ループゲイン、Ｇｃ　（ｓ）は制御系の過渡特
性及び定常特性を改善するための補償要素を示す。

次に、動作について伝達関数を使って説明する。

制御対象は一般に次式で近似される。

但し、ＴＭ二機械時定数 第６図のブロック線図を簡単にすると、第７図に示すよ
うになる。補償要素には、−般に位相進み遅れ補償が使
用され、これをＧｃ　（ｓ）とすると、開ループ伝達関
数Ｇ”（３）は次式となる。

Ｖ、。

ここで、補償要素Ｇｃ　（ｓ）のα、β、　Ｋｃ、　Ｔ
Ｉ　、　Ｔ２のそれぞれの値は、制御系の定常特性と過
渡特性の組み合わせが最良と見なせるように調整され、
最終的にα、β、　　Ｋｃｃ、　Ｔｉｃ、　Ｔｔ　ｃ　
　で示される一定値に設定される。このときの開ループ
伝達関数Ｇ”（ｓ）は次式で示される。

但し、ＫＬ　＝　Ｋ−Ｋｐ−Ｋｃｃ　・β　　Ｔ３ｃ　
＝Ｋｖ／Ｋｐ〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の制御方式は以上のように構成されているので、補
償要素Ｇｃ　（ｓ）の回路定数は定常時及び過渡時の相
反する特性を両立させるため、妥協点の一定値に設定で
れたものでるり、定常特性あるいは過渡特性は必ずしも
充分ではない。

従って、各種の制御状態に対して、それぞれの望ましい
特性を実現することはできなかった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、補償要素をリアルタイムで切）換え、定常特
性と過渡特性をそれぞれ良好にし、各種の制御状態に対
して望ましい特性を得ることができる速度制御方式を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る速度制御方式は、ゲイン補償要素を速度
ループ部と位置ループ部に設けてそれぞれ可変とし、位
相補償要素の定数も可変として、速度及び位置偏差量に
応じ１リアルタイムで最適な補償値に切り換えるように
したものである。

〔作用〕

この発明における速度制御方式は、目標速度、と実際の
移動速度から定常特性を改善する領域と過渡特性を改善
する領域の二つに分け、各領域で必要とされる位相補償
とゲイン設定に切り換えると共に、速度及び位置偏差量
に応じてその回路定数を可変し、制御系の定常特性と、
過渡特性を改善させる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実旅例を図について説明する。第１
図はそのブロック線図を示し、符号Ｇｐ。

Ｇｖ　はゲイン補償要素、Ｇａ（ｓ）は位相補償要素を
示す。その化第６図と同一符号は同一または相嶺部分を
示す。

第３図及び第４図は上記補償要素の回路ａ成の一例を示
すものであシ、それぞれの回路定数は可変機能を持つ。

上記第６図及び第４図において、１は動作をアナログ演
算するための演算増幅器、２は回路定数を切り換えるた
めのアナログスイッチ、６は該アナログスイッチのＯＮ
　／ＱＦＦを決定する演算処理装置である。

仄に、この速度制御方式の動作について、伝達関数を使
って説明する。第１図のブロック線図を簡単（（すると
第２図に示すようになり、位相補償要素Ｇａ　（ａ）　
と開ループ伝達関数Ｇ’（＋ｓ）は次式で示される。

Ｇ（ｓ）　＝ｙ、　、　１　＋　Ｔ’！　ｓ　　１＋冗
Ｓ１＋宿°マコ１フｂンｇ）　°１＋、＃ｒ、Ｓ　’　
１　＋（Ｔ７ａ　）ｓ但し、ＫＬ　’　＝　Ｋ−Ｋｐ−
Ｇｐ　・β　Ｔ、’＝　Ｋｖ　Ｇｖ／　（Ｋｐ　Ｏｐ　
）ここで、補償要素の回路定数α、β、Ｋｐ、Ｋｖ。

’ｒ、　’　＋　’ｒ、′　の値は可変であるから、Ｋ
ｔ、’、Ｔ、’もそれらに応じて変化する。

最適な補償要素を選択するために、まず、制御系の速度
応答から制御状態を以下の如く三つの領域に大別する。

第５図（ａ）において、ｐ　（ｔ）は目標速度、Ｑ　（
ｔ）は目標速度Ｐ　（ｔ）に対する制御対象の移動速度
、α（１）は目標速度ｐ　（ｔ）よシ求められる許容速
度範囲であり、移動速度Ｑ（ｔ）が許容最低速度Ｐ　（
ｔ）−α（１）以下である場合を領域（１）、許容速度
範囲内である場合を領域（ＩＩ）、許容最適速度Ｐ　（
ｔ）　＋　Ｑ　（ｔ）以上である場合を領域Ｇ１）とす
る。

制御状態が領域（１）及び領域ΦＤの範囲では、定常特
性よシは過渡特性の改善を優先させ、即応性を高める補
償を行う。そのためには、Ｔ、’、Ｔ、’の値を大きく
、Ｔ、′の値を小さくすればよく、ゲイン補償要素Ｇｐ
、ＧｖをＧｐ＜Ｇｖ、位相補償要素Ｇａ（ｓ）をＴ暑’
　＜　Ｔｉｃ、　’ｒ、　’　）　Ｔｉｃとなるように
補償を切り換えることで、上記の改善が災現できる。

−方領域（１１）の範囲では過渡特性よシは定常特性の
改善を優先させ、位置偏差を小さくする補償を行う。そ
のためには、ＫＬ’　、　Ｔ、’の値を太きくし、Ｔ１
′の値を小さくすればよく、ゲイン補償Ｇｐ。

Ｇｖ　をＧｐ＞Ｇｖ、位相補償要素Ｇａ　（ｓ）　ｋ　
Ｔ＋　’＜　Ｔｌｃ＋Ｔ、　’　）　’ｒ、ｃとなるよ
うに補償を切り換えることで、上記の改善が実現できる
。

また、各領域における補償要素の回路定数は、速度及び
位置偏差量に応じて変化させ、領域（ｉ）　（Ｉｔ）Ｇ
ｉＤの境界点で補償要素を切９換えることによる制御状
態の急峻な変化をおさえるようにする。

第５図（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）　、　（ｅ）に
、目標速度Ｐ　（ｔ）を与えたときの補償要素の回路定
数Ｇｐ、　Ｇｖ　、　Ｔ１′、　Ｔｔ’の値の変化を示
す。

なお、前記第３図はゲイン補償要素の、第４図は位相補
償要素の回路定数をリアルタイムで変化させる回路の一
例で、アナログスイッチ２をｎ段に購成することで、０
〜最大設定値まで１／（２′′−１）の分解能でプログ
ラマブルて設定できる。アナログスイッチ２の０Ｎ１０
ＦＦはマイクロプロセッサなどの演算処理装置３によっ
て容易にコントロールが可能である。

上記実施例では、直流モータを駆動装置とし、位置偏差
と速度偏差の両方をフィードバックする制御系について
示したが、位置偏差と目標速度、移動速度を検出できる
機構を備えたものであれば、他のサーボ機構や制御系で
あってもよい。また、補償要素として、位相進み遅れ補
償の場合について説明したが、比例（ｐ）十積分（＋）
十微分（ｄ）補償であってもよく、上記実施例と同様の
効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようＫ、この発明によれば、位置及び速度のゲイ
ン全それぞれ独立に変化させる手段と、位相補償の定数
を変化させる手段と、目標速度から許容範囲を求めて実
際の移動速度が前記範囲か否かを判定する手段と、速度
及び位置偏差を検出する手段を備え、制御状態に応じて
位相補償及びゲインをリアルタイムで切り換えるように
しだから、制御系の安定性を損なうことなく、定常特性
、過渡特性を改善でき、高精度でかつ応答性の高い位置
と速度の制御を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す制御系のブロック線
図、第２図は第１図のブロック線図を簡略化して示すブ
ロック線図、第６図は第１図のものの要部の一例を示す
ゲイン可変回路、第４図は第１図のものの要部の一例を
示す位相進み遅れ補償可変回路、第５図は任意の制御状
態の領域区分と回路定数の変化を示す特性図、第６図は
従来の制御系を示すブロック線図、第７図は第６図のブ
ロック線図を簡略化して示すブロック線図である。 図において、符号Ｇ。（ｇ）は制御対象、Ｋｐは位置ル
ープゲイン、Ｋｖは速度ループゲイン、Ｇｐ、Ｇｖはゲ
イン補償要素、Ｇａ（ｓ）は位相補償要素、１は演算増
惺器、２はアナログスイッチ、６は演算処理装置である
。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サーボ機構の速度制御方式において、位置及び速度のゲ
   インをそれぞれ独立に変化させる手段と、位相補償の定
   数を変化させる手段と、目標速度から許容範囲を求めて
   実際の移動速度が前記範囲か否かを判定する手段と、速
   度及び位置偏差を検出する手段を備え、制御状態に応じ
   て位相補償及びゲインをリアルタイムで切り換えること
   を特徴とする速度制御方式。