KR0182519B1

KR0182519B1 - Proportional integral differential method of robot

Info

Publication number: KR0182519B1
Application number: KR1019920017960A
Authority: KR
Inventors: 오상윤
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1999-05-01
Also published as: KR940006721A

Abstract

본 발명은 로보트에 비례, 적분, 미분제어방법에 관한 것으로, 모터를 사용한 로보트의 제어방법에 있어서, 상기 로보트의 이동거리와 속도정보를 토대로 마이크로프로세서에서 연산된 목표위치값과 구동중인 모터의 현재위치값을 합산하여 위치에러값을 계산하는 단계와, 상기 위치에러값에 대하여 제어부에서 비례, 적분, 미분제어를 수행하면서 버퍼에 데어터를 메모리하는 단계와, 상기 로보트의 위치이동시간이 상기 마이크로프로세서에 설정된 주기에 도달하였는지를 판별하는 단계와, 상기 단계에서 위치이동시간이 설정주기에 도달하였다고 판별되면 상기 마이크로프로세서의 적분제어를 인터럽트하여 적분제어용 버퍼에 메모리된 데이터를 소거하는 단계와, 상기 데이터값이 소거되면 상기 마이크로프로세서에서 인터럽트로부터 원위치로 복귀한다음 설정주기의 도달여부를 재차 판별하는 단계로 로보트의 위치를 제어하게 됨으로써 감속 또는 정지하고자 할 때 제어변화에 신속히 대응할수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention relates to a proportional, integral, and derivative control method for a robot. In a robot control method using a motor, a target position value calculated by a microprocessor and a current of a driving motor based on the moving distance and the speed information of the robot are provided. Calculating a position error value by summing position values, storing a data in a buffer while performing proportional, integral, and derivative control in the controller with respect to the position error value, and the position movement time of the robot according to the microprocessor. Determining whether the period set in step S has been reached, and if it is determined that the position movement time has reached the set period in the step, interrupting the integral control of the microprocessor to erase data stored in the integral control buffer; Is cleared, the microprocessor returns to its original position from the interrupt. After the return, the robot can control the position of the robot as a step of determining whether or not the setting cycle is reached, so that the control change can be quickly responded to when decelerating or stopping.

Description

Proportional, Integral, and Derivative Control Method of Robot

제1도는 일반적인 로보트 제어장치의 블록도.1 is a block diagram of a general robot controller.

제2도는 본 발명에 따른 로보트위치의 자동제어도.2 is an automatic control diagram of the robot position according to the present invention.

제3도는 본 발명에 의한 로보트 비례, 적분, 미분제어방법의 동작순서를 도시한 프로우챠트.3 is a flowchart showing the operation procedure of the robot proportional, integral, and derivative control method according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 마이크로프로세서 2 : 제어부1 microprocessor 2 control unit

3 : 모터 4 : 비례제어기3: motor 4: proportional controller

5 : 적분제한제어기 6 : 미분제어기5: Integral Limit Controller 6: Differential Controller

7 : 적분제어기7: integral controller

본 발명은 로보트의 비례, 적분, 미분제어방법에 관한 것으로, 특히 정지된상태의 위치오차와 이동중의 위치오차를 줄이도록 작용하는 적분제어용 버퍼에 메모리된 내용를 주기적으로 소거해줌으로써 데이터의 누증을 방지하여 제어성능을 향상시켜줄 수 있도록된 로보트의 비례,적분,미분(이하 PID라함) 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of proportional, integral and differential control of a robot. In particular, the present invention prevents data leakage by periodically erasing the contents stored in the integral control buffer which reduces the positional error in the stationary state and the positional error during the movement. The present invention relates to a method of controlling the proportional, integral, and derivative (hereinafter, PID) of a robot that can improve control performance.

일반적으로, 모터를 구동원으로 하는 로보트의 위치교시방식에는 CP(continuous path)방식과 PTP(point to point)방식이 있다.Generally, the position teaching method of a robot using a motor as a driving source includes a continuous path (CP) method and a point to point (PTP) method.

CP방식은 직선,원호와 같은 궤적의 경유점을 입력하면 경우점으로부터 공간궤적을 산출하고 이 공간궤적을 여러점으로 나누어 제어하는 방식으로 단순한 제어형태인 경우에 주로 이용한다.The CP method calculates a spatial trajectory from a case point when a route point of a trajectory such as a straight line or an arc is input, and divides the spatial trajectory into several points and is mainly used in a simple control form.

PTP방식은 로보트의 액츄레이터 이동궤적을 여러개의 경유점으로 구분한 좌표를 로보트에 기억시켜서 플라이백할 때 이점들을 지나도록하고 있다. 이러한 PTP 교시방식은 CP방식과 달리 경유점만을 지나면 되기 때문에 경유점사이의 공간궤적을 산출할 필요없이 경유점없이 경유점사이를 가감속하여 이동하게 된다.The PTP method saves the robot's actuator trajectory by several waypoints in the robot and passes them through the flyback. Unlike the CP method, since the PTP teaching method only needs to pass through the waypoints, it does not need to calculate the spatial trajectory between the waypoints, and thus moves between the waypoints without deceleration.

상기 거리와 시간을 기본제어요소로 하는 로보트의 위치제어방법은 제1도에 도시된 바와같이 전체적으로 이동해야할 거리(작업영역)로부터 각 샘플링시간동안 이동하여야할 거리를 마이크로프로세서(20)의 계산부(21)에서 계산하여 목표위치데이터를 메모리부(22)에 순차적으로 기억시키게 된다. 한편 제어부(23)는 매 샘플링 시간마다 상기 메모리부(22)로부터 로보트의 목표 위치값(θa)을 읽어드려 모터(25)에 연결된 도시되지 않은 속도검출부로부터 피드백되는 모터(25)의 현재위치값(θf)과 비교하게 된다. 그 비교결과 상기 목표위치값(θa)과 모터(25)의 현재위치값(θf)이 차이가 날 경우에는 그 위치 에러값을 토대로 비례제어, 적분제어, 미분제어를 수행한 후 그 수행된 값을 도시되지 않은 디지털/아날로그 변환기에 의해 아날로그신호로 변환한 뒤 서보제어부(24)에 송출해서 모터(25)가 목표위치로 구동되도록 제어하게 된다.In the robot position control method using the distance and time as the basic control elements, the calculation unit of the microprocessor 20 calculates the distance to be moved during each sampling time from the distance (working area) to be moved as a whole. The target position data is calculated in (21) and stored in the memory unit 22 sequentially. On the other hand, the control unit 23 reads the target position value θa of the robot from the memory unit 22 at each sampling time and feeds back the current position value of the motor 25 fed back from the speed detection unit (not shown) connected to the motor 25. (θf). When the target position value θa and the current position value θf of the motor 25 are different from each other as a result of the comparison, the proportional control, integral control, and derivative control are performed based on the position error value and then performed. Is converted into an analog signal by a digital / analog converter (not shown) and sent to the servo controller 24 to control the motor 25 to be driven to the target position.

상기에서 비례제어는 정상특성을 좋게하기위해 낮은 주파수대역에서의 개루프 전달함수의 게인을 높이게 되고, 적분제어는 감쇠성을 좋게하기 위해 위상지연보상을 실해하며, 미분제어는 속응성을 개선하기 위하여 위상진행보상을 하게되는 것이다.In the above, the proportional control increases the gain of the open loop transfer function in the low frequency band to improve the normal characteristics, the integral control performs phase delay compensation to improve the attenuation, and the derivative control improves the response. In order to compensate for phase progress.

상기 각 제어요소중 비례제어는 위치에러값(e)에 비례이득을 곱하여 비례제어값을 산출하고, 미분제어는 위치에러값의 변화(△e)에 미분이득을 곱하여 미분제어값을 산출하며, 적분제어는 위치에러값을 누적분(e)에 적분이득을 곱하여 적분제어값을 만든다. 이러한 비례, 미분, 적분제어값을 합산기에서 합산한 뒤 디지털-아날로그컨버터로 출력하여 모터에 인가하게 되는 것이다.The proportional control of each control element calculates the proportional control value by multiplying the position error value (e) by the proportional gain, and the derivative control calculates the derivative control value by multiplying the change of the position error value (Δe) by the derivative gain, Integral control accumulates e) multiply the integral gain to make the integral control value. These proportional, derivative, and integral control values are summed in the adder and then output to the digital-analog converter and applied to the motor.

상기 비례제어에서는 위치에러값(e)만을 사용하지만 미분제어와 적분제어에서는 위치에러값의 시간적인 정보가 필요하므로 미분버퍼와 적분버퍼를 사용하게 된다.In the proportional control, only the position error value (e) is used, but in the derivative control and the integral control, since the temporal information of the position error value is required, the differential buffer and the integral buffer are used.

상기 버퍼들중에 적분버퍼는 일정시간 데이터를 계속 적산하는 역할을 한다는 점에서 미분버퍼와 차이가 있다.The integral buffer among the buffers differs from the differential buffer in that it serves to accumulate data for a predetermined time.

따라서 로보트 위치제어에 관련된 종래의 적분제어방법에 있어서는 가속이나 감속구간에서 목표위치와 모터의 현재위치와의 편차가 계속 존재하고 그 편차값을 계속 적분할 수 밖에 없으므로 결국 로보트의 위치제어가 가능한 임의의 값 이상이 되기 때문에 감속 또는 정지하고자 할 때 상기 누중된 데이터를 처리할 때까지는 적지않은 시간이 소요되므로 이 시간동안 제어성능이 저하되는 문제점이 발생되었다.Therefore, in the conventional integral control method related to the robot position control, the deviation between the target position and the current position of the motor continues to exist in the acceleration or deceleration section, and the deviation value is inevitably integrated. Since it takes more than the value of, it takes a lot of time to process the accumulated data when decelerating or stopping, which causes a problem of deterioration of control performance during this time.

이에 본 발명은 상기와같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로 본 발명의 목적은 적분제어기의 적분제어용 버퍼에 메모리된 내용을 주기적으로 수거해줌으로써 데이터의 주증을 방지하여 제어성능을 향상시켜줄 수 있도록 된 로보트의 PID 제어방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to periodically collect the contents stored in the integral control buffer of the integral controller so as to prevent control of data and improve control performance. To provide a PID control method.

상기 목적을 달성하기위한 본 발명 로보트의 PID 제어방법은 모터를 사용한 로보트의 제어방법에 있어서, 상기 로보트의 이동거리와 속도정보를 토대로 마이크로프로세서에서 연산된 목표위치값과 구동중인 모터의 현재위치값을 합산하여 위치에러값을 계산하는 단계와, 상기 위치에러값에 대하여 제어부에서 비례, 적분, 미분제어를 수행하면서 버퍼에 데이터를 메모리하는 단계와, 상기 로보트의 위치이동시간이 상기 마이크로프로세서에 설정된 주기에 도달하였는지를 판별하는 단계와, 상기 단계에서 위치이동시간이 설정주기에 도달하였다고 판별되면 상기 마이크로프로세서의 적분제어를 인터럽트하여 적분제어용 버퍼에 메로리된 데이터를 소거하는 단계와, 상기 데이터값이 소거되면 상기 마이크로프로세서에서 인터럽트로부터 원위치로 복귀한 다음 설정주기의 도달여부를 재차 판별하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.PID control method of the present invention for achieving the above object is a robot control method using a motor, the target position value calculated by the microprocessor based on the moving distance and the speed information of the robot and the current position value of the driving motor Calculating a position error value by summing, storing the data in a buffer while performing proportional, integral, and derivative control in the controller with respect to the position error value, and the position movement time of the robot is set in the microprocessor. Determining whether the period has been reached; interrupting the integral control of the microprocessor when erasing the position movement time has reached the set period, and erasing the data stored in the integral control buffer; and erasing the data value. At the microprocessor Precious then it characterized by comprising the step of re-determines whether to reach the set period.

다음은 도면을 참조하여 본 발명에 의한 로보트의 PID 제어방법을 상세히 설명한다.Next, the PID control method of the robot according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명의 실시예를 설명하기위한 제어장치의 구성블럭도를 나타낸 것으로 도면에서, 참조번호 1은 로보트가 전체적으로 이동해야 할 거리와 속도정보를 토대로 타이머(10)에 설정된 매 샘플링 시간마다 이동해야할 목표위치값(θc)을 계산하는 마이크로프로세서를 나타내고, 참조번호 2는 상기 목표위치값(θc)을 읽어드려 모터(3)를 제어하기위한 데이터를 서보제어부(8)에 입력하는 제어부를 말한다.2 is a block diagram of a control device for explaining an embodiment of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes every sampling time set in the timer 10 based on distance and speed information to which the robot is to move as a whole. A microprocessor calculates a target position value θc to be moved, and reference numeral 2 denotes a control unit for inputting data for controlling the motor 3 to the servo controller 8 by reading the target position value θc. Say.

즉, 상기 제어부(2)에서는 제2도에 도시된 바와같이 모터(3)의 현재 위치값(θf)이 피드백(feed back)되어 목표위치 값(θc)과 가합점(G1)에서 합산되어, 그 합산결과에 따라 위치에러값(e)이 계산되고 비례제어기(4), 적분제한 제어기(5), 적분제어기(7) 및 미분제어기(6)에 의해 비례되어, 적분제어, 미분제어를 행하게되고, 상기 제어기(4,6,7) 각각의 출력데이터가 가합점(G₂)에서 가합된다.That is, in the controller 2, as shown in FIG. 2, the current position value θf of the motor 3 is fed back and summed at the target position value θc and the addition point G1. The position error value e is calculated according to the summation result and is proportionalized by the proportional controller 4, the integral limiting controller 5, the integral controller 7, and the derivative controller 6 to perform integral control and derivative control. The output data of each of the controllers ₄ , 6 and ₇ is added at the addition point G ₂ .

상기 가합점(G2)에서 출력되는 변위량은 디지털-아날로그 컨버터(9)에 의해 아날로그 신호로 변환된 뒤 서보제어부(8)에 송출되어 모터(3)가 목표위치로 구동되도록 제어하게 되는 것이다.The displacement amount output from the adding point G2 is converted into an analog signal by the digital-analog converter 9 and then sent to the servo controller 8 to control the motor 3 to be driven to the target position.

이때, 마이크로프로세서(1)는 정해진 주기(T)마다 적분제어기(5)에 구성된 도시되지 않은 적분제어용 버퍼에 저장된 데이터를 소거시켜 적분제어용버퍼에 가속구간이나 등속구간에서 필요이상으로 데이터가 기억되는 것을 방지함으로써 감속이나 정지시에 제어 성능을 향상시키게 되는 것이다.At this time, the microprocessor 1 erases the data stored in the integral control buffer (not shown) configured in the integral controller 5 every predetermined period T so that the data is stored in the integral control buffer more than necessary in the acceleration section or the constant velocity section. By preventing this, control performance is improved at deceleration and stop.

이때 마이크로프로세서(1)는 도시되지 않은 목표위치버퍼에 목표위치를 저장하게 된다.At this time, the microprocessor 1 stores the target position in a target position buffer (not shown).

다음은 매 샘플링 시간마다 인터럽트에 의하여 제어부에서 수행되는 비례,미분,적분제어과정을 제3도에 도시된 플로우챠트를 참조하여 설명한다.The following describes the proportional, derivative, and integral control process performed by the control unit by interrupt at each sampling time with reference to the flowchart shown in FIG.

본 발명은 로버트의 위치를 정확히 제어할수 있도록 하는 것이 목적이므로 목표위치값과 현재위치값의 편차를 판별하기 위하여 스텝 S₁에서 피드백되는 로보트의 현재위치값(θf)과 마이크로프로세서(1)에서 출력되는 목표위치값(Qc)를 합산하게 된다.Since the present invention aims to accurately control the position of the Robert, the current position value θf of the robot fed back in step S ₁ and the output from the microprocessor ₁ to determine the deviation between the target position value and the current position value. The target position value Qc to be added up.

즉 제2도에 도시된 바와같이 목표위치값(θc)과 현재위치값(θf)을 가합점(G₁)에서 가합하여 위치에러값(e)을 계산하게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 2, the target position value θc and the current position value θf are added at the addition point G ₁ to calculate the position error value e.

스텝S2에서는 타이머(10)에 의해 마이크로프로세서(1)에 설정한 T주기에 도달하였는지를 판별하게 되는데, 이때 T주기에 도달하면 스텝S3에서 마이크로프로세서(1)의 순차제어를 인터럽트하여 적분제어기(7)에 구성된 도시되어 않은 적분제어용 버퍼에 저장된 데이터를 소거한 뒤 스텝S4로 나아가고 마이크로프로세서(1)는 목표위치를 도시되지 않은 목표위치버퍼에 저장하며 그렇지 않을 경우 바로 스텝S4로 진행한다. 한편 스텝S4에서는 비례제어기(4), 적분제어기(7) 및 미분제어기(6)에 의해 비례제어, 적분제어, 미분제어를 수행하게 되는데, 이러한 동작은 타이머(10)에 설정된 매 샘플링 시간의 인터럽트시 이루어진다.In step S2, the timer 10 determines whether or not the T period set in the microprocessor 1 has been reached. At this time, when the T period is reached, in step S3, the sequential control of the microprocessor 1 is interrupted and the integral controller 7 is reached. After clearing the data stored in the integral control buffer shown in Fig. 8), the process proceeds to step S4, and the microprocessor 1 stores the target position in the unshown target position buffer, otherwise proceeds directly to step S4. On the other hand, in step S4, the proportional control, the integral control, and the derivative control are performed by the proportional controller 4, the integral controller 7, and the derivative controller 6, and this operation interrupts every sampling time set in the timer 10. Is done upon.

그후 스텝S5에서는 인터럽트루틴으로부터 복귀되면서 상기 설정주기(T)의 도달여부를 판별하는 스텝S₂로 피드백하게 되는데, 상기 인터럽트 루틴이 이루어지는 동안에도 디지털방식의 비례 적분미분제어는 중단없이 계속 수행되게 된다.Then, in step S5, the controller returns to the interrupt routine and feeds back to step S ₂ for determining whether the set period T has been reached. The digital proportional integral control is continued without interruption even during the interrupt routine. .

상술한 바와같은 본 발명의 로보트의 PID 제어방법에 의하면 메모리의 일종으로 사용되는 적분제어기내에 버퍼에 기억된 데이터를 주기적으로 소거해 줌으로써 데이터의 누증을 방지하여 감속 또는 정지하고자할 때 제어변화에 신속히 대응할 수 있으므로 제어성능을 향상시켜줄수 있는 효과가 있다.According to the PID control method of the robot of the present invention as described above, by periodically erasing the data stored in the buffer in the integral controller used as a kind of memory, it is possible to prevent the data leakage and to quickly decelerate or stop the control change. As it can cope, there is an effect that can improve control performance.

Claims

A method of controlling a robot using a motor, the method comprising: calculating a position error value by summing a target position value calculated by a microprocessor and a current position value of a driving motor based on a moving distance and a speed information of the robot; Storing data in a buffer while performing proportional, integral, and derivative control on an error value, and determining whether the position movement time of the robot has reached the period set in the microprocessor, and the position movement time in the step. Interrupting the integration control of the microprocessor when it is determined that the setting period has been reached, and erasing the data stored in the integral control buffer; and when the data value is cleared, the microprocessor returns to the original position from the interrupt after the setting cycle. This step is used to determine whether it has reached it again. Proportional, integral, derivative control method of a robot, characterized in that eojin.