KR900011231Y1

KR900011231Y1 - Position control circuit with feedback loop

Info

Publication number: KR900011231Y1
Application number: KR2019880010651U
Authority: KR
Inventors: 정운철
Original assignee: 삼성항공산업 주식회사; 신훈철
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1990-12-22
Also published as: KR900001250U

Abstract

내용 없음.No content.

Description

Position Control Circuit with Feed Forward Loop

제1도는 종래의 회로도.1 is a conventional circuit diagram.

제2도는 제1도의 동작파형도.2 is an operating waveform diagram of FIG.

제3도는 본 고안에 따른 회로도.3 is a circuit diagram according to the present invention.

제4도는 본 고안에 따른 제3도의 동작파형도.4 is an operating waveform diagram of FIG. 3 according to the present invention.

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

10 : 에러 카운터 20 : 디지탈/아니로그(D/A)변환기10: error counter 20: digital / analog (D / A) converter

30 : 주파수/전압(F/V)변환기 40 : 드라이버30: frequency / voltage (F / V) converter 40: driver

50 : 모터 60 : 엔코더50: motor 60: encoder

70 : 적분기70: integrator

본 고안은 로보트(ROBOT) 또는 수치제어(NC) 시스템의 위치제어 장치(Position Controller)에 관한 것으로서, 특히 피이드 포워드 루우프(Feed Forward Loop)방식을 사용하여 가감속 구간(과도기)를 제외한 동속 구간에서 위치오차를 제로(Zero)화 할수 있는 위치제어 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a position controller of a robot or a numerical control (NC) system. In particular, the present invention relates to a position controller of a robot or a numerical control (NC) system. The present invention relates to a position control circuit capable of zeroing a position error.

일반적으로 위치제어는 로보트 및 수치제어 시스템에서 콘트롤시 필수적으로 뒤따르는 기술이다. 상기 위치 제어방법으로 원하는 제어값에 해당하는 디지탈 데이터를 펄스로 변환하여 제어하는 방법에 있었으며, 또한 위치값을 필스로 변환하지 않고 그값을 직접 디지탈/아나로그 변환기(D/A변환기)를 통해 제어하는 방법으로 크게2가지 방법으로 나누어진다.In general, position control is an essential technology to control in robot and numerical control systems. In the position control method, a digital data corresponding to a desired control value is converted into a pulse and controlled. Also, the value is directly controlled through a digital / analog converter (D / A converter) without converting the position value into a fils. It is divided into two ways.

종래에 원하는 위치값에 해당하는 디지탈 데이터를 펄스로 변환하는 위치제어 방법에 있어 위치제어 회로를 구체적으로 살펴보면 제1도와 같다.In the conventional position control method for converting digital data corresponding to a desired position value into pulses, a position control circuit is described in detail as shown in FIG. 1.

입력단(21)의 위치 명령값(Pc)와, 위치궤한치(Pf)를 카운트하여 상기 각 값(Pc, Pf)의 차이에 따른 에러값(Pe)를 출력하는 에러카운터(10)와, 상기 에러카운터(10)의 출력인 에러값(Pe)를 아나로그 신호로 변환하여 제1속도 명령(Vc1)값을 발생하는 디지탈/아나로그 변환기(20)와, 시스템 구동장치인모터(50)와, 상기 모터(50)의 구동축에 부착되어 모터(50)의 회전에 따라 소정 레이트(Rate)를 갖는 소정 펄스를 발생하는 엔코더(60)와, 상기 모터(50)의 회전에 따라 발생된 엔코더(60)의 출력 펄스의 소정 주파수를 전압값으로 변환하여 제3속도 명령(Vf)값으로 변환하는 주파수/전압 변환기(F/V)(30)와, 상기 디지탈/아나로그 변환기(20)의 에러값 제1속도명령(Vc1)값과 주파수/전압 변환기(F/V)(30)의 제3속도명령(Vf)값을 가감산하고 상기모터(50) 회전의 비례에 따라 발생된 속도의 궤한값에 따라 위치 에러값을 보정하여 제어신호를 발생하는 가산수단(27)과, 상기 가산수단(27)의 제어출력신호를 드라이빙하여 상기 모터(50)를 구동하는 드라이버(40)로 구성된다.An error counter 10 for counting the position command value Pc and the position limit value Pf of the input terminal 21 and outputting an error value Pe according to the difference between the respective values Pc and Pf, and A digital / analog converter 20 for converting the error value Pe, which is the output of the error counter 10, into an analog signal to generate a first speed command Vc1 value, and the motor 50 as a system driving device. An encoder 60 attached to a drive shaft of the motor 50 to generate a predetermined pulse having a predetermined rate according to the rotation of the motor 50, and an encoder generated according to the rotation of the motor 50. Error of the frequency / voltage converter (F / V) 30 and the digital / analog converter 20 for converting a predetermined frequency of the output pulse of 60) into a voltage value and converting it into a third speed command Vf value. The first speed command Vc1 value and the third speed command Vf value of the frequency / voltage converter F / V 30 are added and subtracted, and the speed generated according to the proportion of the rotation of the motor 50 is increased. And addition means (27) for correcting the position error value and generating a control signal in accordance with hangap and driving the control signal output from the addition means 27 is composed of a driver 40 for driving the motor 50.

제2도는 제1도의 동작 파형도로서 (2a)는 위치명령 값(Pe)이고, (2b)는 (2a)의 입력에 따라 발생된 에러카운터(10)의 출력파형이며, (2c)는 (2b)의 입력에 따라 발생된 엔코더(60)의 출력으로 에러카운터(10)로 입력되는 파형이고, (2d)는 상기(2h)와 (2c)를 에러카운터(10)로 입력했을시 발생된 차의 파형이다.2 is an operation waveform diagram of FIG. 1, where (2a) is a position command value Pe, (2b) is an output waveform of the error counter 10 generated according to the input of (2a), and (2c) is ( 2b) is a waveform input to the error counter 10 as an output of the encoder 60 generated according to the input of (b), and (2d) is generated when the (2h) and (2c) is input to the error counter 10 Is the waveform of the difference.

따라서 종래의 기능을 간략히 설명하면, 에러 카운터(10)는 위치 명령값(Pc)의 신호(2a)와 위치궤한값(Pf)를 카운트하여 그 차이가 얼마인가를 알고 위치에러(Error) 값(Pe)의 (2b)신호를 D/A 변환기(20)의 입력으로 가한다. 상기 D/A 변환기(20)에서 아나로그 신호로 변환된 에러값인 제1속도 명령(Vc1)은 드라이버(40)으로 전달되어 모터(50)를 회전시킨다. 상기 모터축에 고정된 엔코더(60)는 모터(50)가 회전할 때 펄스를 발생시켜주며, 펄스의 레이트는 회전속도에 비례하여(2c) 신호와 같이 발생되어 위치궤한값을 할 수 있도록 하는데, 상기 펄스는 에러카운터(10)의 궤한 입력으로 전달한후 (2c)신호와 같이 카운팅되며 또 F/V 변환기(30)를 통해 제3속도명령(Vf)갑시 얻어 지도록 구성된다.Therefore, when the conventional function is briefly described, the error counter 10 counts the signal 2a and the position error value Pf of the position command value Pc and knows how much the difference is. The signal (2b) of (Pe) is applied to the input of the D / A converter 20. The first speed command Vc1, which is an error value converted from the D / A converter 20 into an analog signal, is transmitted to the driver 40 to rotate the motor 50. The encoder 60 fixed to the motor shaft generates a pulse when the motor 50 rotates, and the rate of the pulse is generated as a signal in proportion to the rotation speed (2c) so as to have a position track value. The pulse is transmitted to the error input of the error counter 10 and then counted together with the signal (2c) and configured to be obtained at the third speed command Vf through the F / V converter 30.

그러므로 상기 가산수단(27)을 통해 에러 정정한 위치제어값을 출력하여 드라이버(40)를 통해 드라이빙 하여 모터(50)를 위치제어 하도록 되어 있었다.Therefore, the error correction position control value is output through the adding means 27, and the driving is performed through the driver 40 to control the position of the motor 50.

그러나, 종래는 모터(50)의 응답시간동안에 에러카운터(10)에 누적되는 값은 위치명령값(Pc)의 펄스의 주파수가 높을수록 중가하여 위치 에러값(Pc)를 제로로 할 수가 없었다. 이로 인하여 용량이 큰 D/A 변환기(24)를 사용해야만 하는 경제적으로 불합리한 점이 있었고 또한, 위치에러값(Pc)를 제로로 하기 위해 드라이버(40)는 이득이 큰값을 갖도록 해야하나 오히려 이득의 증가로 인해 시스템의 불안정요소가 되어 증가에도 한계가 뒤따르는 문제점이 있었다.However, in the related art, the value accumulated in the error counter 10 during the response time of the motor 50 increases as the frequency of the pulse of the position command value Pc increases, so that the position error value Pc cannot be zeroed. This is economically unreasonable to use a large capacity D / A converter 24. Also, in order to zero the position error value Pc, the driver 40 must make the gain have a large value but increase the gain. Due to the instability of the system there was a problem that the limit is accompanied by an increase.

따라서 본 고안의 목적은 필스형태의 위치 명령값과 궤한 입력값을 차에따라 비교후 카운팅하며 상기 위치 명령값을 적분하여 속도 명령값로 변환한 후 상기 카운팅 출력과 같이 가산하여 위치 제어하는 피이드 포워드 루우프 방식에 의해 서보(Servo)의 추종성을 향상시킬 수 있는 회로를 제공함에 있다.Therefore, the object of the present invention is to compare the counting position command value and the input value of the fill type according to the difference and count, and to integrate the position command value and convert it into a speed command value and add it as the counting output to control the feed forward. The present invention provides a circuit capable of improving the followability of a servo by a loop method.

본 고안의 다른 목적은 누적되는 에러값 제거로 D/A 변환기를 경제적으로 구성할 수 있는 회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a circuit for economically configuring a D / A converter by eliminating cumulative error values.

이하 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제3도는 본 고안에 따른 회로도로서, 에러 카운터(10)은 위치명령값(Pc)와 위치 궤한값(Pf)를 카운트하여 그 차이가 얼마인가를 알고 에러(Error)값(Pe)을 D/A 변환기(20)의 입력단으로 인가하고, 상기 D/A 변환기(20)에서 D/A 변환된 에러값인 제1속도명령(vc1)은 드라이버(40)으로 전달되어 모터(50)를 회전시키며, 모터(50)축에 고정된 엔코더(60)는 모터(50)가 회전할 때 펄스를 발생시켜주며, 펄스의 레이트는 모터(50)의 회전속도에 비례하여 발생되어 위치값을 궤한을 할 수 있도록 하며, 상기 발생펄스는 상기 에러카운터(10)의 입력으로 궤한되어 전달됨과 동시에 F/V변환기(30)을 통해 소정속도 정보가 발생되어 가산수단(27)으로 입력되도록 구성된다. 즉, 본 고안에서는 제2도와 같이 펄스형태의 위치명령값(Pc)를 에러카운터(10)의 입력으로 하고, 또 다른 입력으로는 모터(50)가 회전하면서 발생되는 엔코더(60)로 부터의 펄스를 궤한하는등의 구성은 종래와 동일하나, 위치 명령값(Pc)의 펄스 레이트(주파수)를 적분기(70)를 통해 상기 위치 명령값(Pc)를 적분하여 제2속도 명령(Vc)를 만든후 직접 드라이버(50)로 전해지도록 한 것이 본 고안으로, 상기 적분된 신호인 제2속도명령(vc2)이 최종적으로는 서보계의 추종성을 향상 시키도록 하여 위치에러값(Pe)이 최소화 되도록 구성된다.3 is a circuit diagram according to the present invention, the error counter 10 counts the position command value Pc and the position locus value Pf, and knows the difference between them, and calculates the error value Pe by D /. The first speed command vc1, which is applied to the input terminal of the A converter 20 and is an error value D / A converted in the D / A converter 20, is transmitted to the driver 40 to rotate the motor 50. The encoder 60 fixed to the shaft of the motor 50 generates a pulse when the motor 50 rotates, and the rate of the pulse is generated in proportion to the rotational speed of the motor 50 to determine the position value. In addition, the generation pulse is tracked and transmitted to the input of the error counter 10, and at the same time, predetermined speed information is generated through the F / V converter 30 and input to the adding means 27. That is, in the present invention, as shown in FIG. 2, the pulse position command value Pc is input to the error counter 10, and another input from the encoder 60 generated while the motor 50 rotates. The configuration such as tracking the pulse is the same as in the related art, but the second speed command Vc is integrated by integrating the pulse rate (frequency) of the position command value Pc through the integrator 70 by integrating the position command value Pc. According to the present invention, the second speed command vc2, which is the integrated signal, finally improves the followability of the servo system, so that the position error value Pe is minimized. It is composed.

제4도는 본 고안에 따른 제3도의 동작 타이밍도로서, (4a)는 위치명령값(Pc)의 파형이고, (4b)는 상기 (4a)의 신호를 에러카운터(10)에서 카운트한 출력파형이고, (4c)는 상기 (4h)의 신호에 따라 모터(50)를 구동하여 엔코더(60)에서 발생된 출력신호를 에러카운터(10)에서 계산한 파형이며, (4d)는 상기 (4b)와 (4c)의 차를 계산한 출력파형이다.4 is an operation timing diagram of FIG. 3 according to the present invention, where 4a is a waveform of a position command value Pc, and 4b is an output waveform in which the signal of 4a is counted by the error counter 10. FIG. (4c) is a waveform obtained by calculating the output signal generated by the encoder 60 by the error counter 10 by driving the motor 50 according to the signal of (4h), (4d) is (4b) The output waveform is the difference between and (4c).

따라서 본 고안의 구체적인 하나의 실시예를 제3, 4도를 참조하여 상세히 설명하면, 종래의 경우와 같이 제4도의 파형(4a)와 같은 위치명령값(Pc)으로 명령할 경우, 이때의 위치명령값(Pc)의 펄스수는 Pc=f, t로 표시되며 만약 1KHZ의 주파수를 갖는 펄스를 1초동안 명령한다면 위치명령값(Pc)의 펄스수는 1000개로 명령되어 질것이다. 또 파형(4b)는 파형(4a)와 같은 위치명령값(Pc)를 에러카운터(10)에 입력시켰을때의 카운트에 의한 셈의 결과이고, 파형(4c)는 모터가 회전함으로써 발생되는 엔코더(60)로 부터의 펄스를 에러카운터(10)의 한쪽 입력으로 입력할때(4b)에서 파형(4c)를 뺀 파형(4d)처럼 되고, 상기 파형(4d)가 제1도에서 위치에러값(Pe)에 해당한다. 이와 같이 종래의 경우는 위치 에러값(Pe)이 곧, 제1속도명령(vc1)으로 되기 때문에 원하는 위치로 이동하기 위해서는 반드시 파형(4d)와 같은 형태의 위치오차 즉, 속도오차를 갖어야만이 모터(50)의 회전이 가능하다.Therefore, when a specific embodiment of the present invention is described in detail with reference to FIGS. 3 and 4, the position at this time when commanded with the position command value Pc as the waveform 4a of FIG. The pulse number of the command value Pc is expressed as Pc = f, t. If the pulse having the frequency of 1KHZ is commanded for 1 second, the pulse number of the position command value Pc will be commanded as 1000. The waveform 4b is a result of counting when the same position command value Pc as the waveform 4a is input to the error counter 10, and the waveform 4c is an encoder generated by the rotation of the motor. When the pulse from 60 is input to one input of the error counter 10 (4b), the waveform 4d is subtracted from the waveform 4c, and the waveform 4d becomes the position error value (see FIG. 1). Corresponds to Pe). As described above, in the conventional case, since the position error value Pe becomes the first speed command vc1, the position error value Pe must have a position error, that is, a speed error like the waveform 4d in order to move to a desired position. Rotation of the motor 50 is possible.

이에 비해 본 고안에 의한 경우의 위치에러값(Pe)은 제4도의 파형(4d)와 같이 과도기간을 제외한 등속 구간에서는 위치에러값(Pe)이 제로로 유지되어 추종성이 대단히 향상되었다는 것을 보여주는데, 그 원리는 제4도에서 파형(40)처럼 위치명령을 한 경우 제3도에서의 적분기(70) 출력은 파형(4b)와 같이 출력되고 에러카운터(10)의 출력과 함께 적분기(40) 출력이 속도 신호로서 드라이버(40)에 각각 전해지게 하고 파형(4c)는 모터(50)의 회전속도 곡선인데 파형(4b)에 대해 모터(50)가 응답하는데 필요로 하는 시간 t후에 발생된다. 파형(4d)는 [1]의 구간에서는 궤환량이 없기 때문에 위치오차는 "+"쪽으로 상승하며 [2]의 구간에서는 위치명령인 파형(4b)와 궤환량인 파형(4c)의 기울기인 dv/dt가 같기 때문에 위치 에러값(pc)의 양은 [2]는 dv/dt가 제로인 반면 파형(4c)인 궤환량은 계속적으로 증가하기 때문에 위치에러값(Pe)는 감소하기 시작하며 [4]의 구간에서는 위치명령 파형(4b)에 대해 모터(50)의 회전속도 곡선인 파형(4c)가 파형(4b)과 같은데 속도를 갖고 회전하기 때문에 위치명령값(Pc)의 양과 궤환되는 펄스(Pf)의 양이 같다. 따라서 위치에러값 (pe)는 Pc-PF로 되어 [4]의 구간에서는 위치오차를 제로로 할수 있어 위치에러값(pe)는 파형(4d)와 같이 종래의 방법에 비해 그 오차를 과도기(가감속 구산)을 제외하고는 이상적인 경우인 위치에러값(pe)를 제로로 할수 있다. 종래의 방식과 본 발명에 의한 제어방식의 커다란 차이점은 종래의 제2도의 파형(2d)가 위치 또는 속도 명령이 되게 하는 경우로서 Pc와 PF의 차의 값으로 명령하는데 비해 본 고안인 경우는 별도의 적분기(40)를 사용하여 위치 또는 속도 명령이 되게 함으로써 위치 에러값(Pe)를 최소화 하도록 하는 것이다.On the contrary, the position error value Pe in the case of the present invention shows that the position error value Pe is maintained at zero in the constant velocity section except for the transient period as shown by the waveform 4d of FIG. The principle is that when the position command is performed like the waveform 40 in FIG. 4, the output of the integrator 70 in FIG. 3 is output like the waveform 4b and the output of the integrator 40 together with the output of the error counter 10. This speed signal is transmitted to the driver 40, respectively, and the waveform 4c is a rotational speed curve of the motor 50, which is generated after the time t required for the motor 50 to respond to the waveform 4b. Since the waveform 4d has no feedback in the section of [1], the position error rises toward the "+" side. In the section of [2], the slope of the waveform command 4b and the feedback waveform 4c, dv / Since dt is the same, the amount of position error value (pc) is [2] where dv / dt is zero, while the feedback amount of waveform (4c) is continuously increasing, so the position error value (Pe) starts to decrease. In the section, the waveform 4c, which is the rotational speed curve of the motor 50 with respect to the position command waveform 4b, is the same as the waveform 4b, and rotates at a speed, so that the amount of the position command value Pc and the pulse Pf returned The amount of is the same. Therefore, the position error value pe becomes Pc-PF, and the position error can be zero in the section of [4]. The position error value pe is more than the conventional method like the waveform 4d. Except for speed calculation, the position error value pe which is an ideal case can be zero. The main difference between the conventional method and the control method according to the present invention is that the waveform 2d of FIG. 2 is a position or speed command, which is commanded by the difference between Pc and PF. By using the integrator 40 of the position or velocity command to minimize the position error value (Pe).

상술한 바와 같이 적분기를 둠으로써 추종성을 향상시키며 상기 추종성의 향상 결과를 위치에러값(Pe)이 적어지기 때문에 에러카운터에 누적되는 값이 적어져 8비트 D/A 변환기를 사용하여도 원하는 성능을 얻을수가 있고 계속적인 경로 콘트롤(Continuous Path Control)시 정확한 경로로 제어할 수 있도록 하는 이점이 있다.As described above, the integrator is improved to improve the followability, and the result of the improvement of the followability is reduced since the position error value Pe is reduced, so that the value accumulated on the error counter is reduced, so that even if an 8-bit D / A converter is used, the desired performance can be achieved. There is an advantage in that it is possible to obtain accurate path control in continuous path control.

Claims

An error counter 10 for counting the position command value Pc and the position feedback value Pf and generating an error value Pe according to the difference between the respective values Pc and Pf, and the error counter 10 The digital-to-analog converter 20 converts the output value error value Pe of the signal into an analog signal and outputs the first speed command vc1 value, the motor 50 as a system driving device, and the motor 50. The encoder 60 is attached to the drive shaft and generates a predetermined pulse having a predetermined rate according to the rotation of the motor 50, and the predetermined frequency generated by the generated encoder 60 in accordance with the rotation of the motor 50 A driver for converting the voltage value into a frequency / voltage converter (F / V) 30 generated as a third speed command Vf value and driving the control output to generate a control signal for driving the motor 50. In the position control circuit 40, the integrator 70 converts the position command value Pc into a second speed command Vc2. And a second speed command Vc2 of the integrator 70, a first speed command Vc1 of the digital / analog converter 20, and a third speed command of the F / V converter 30. And a calculating means for calculating Vf) so that the final speed command Ve applied to the driver 40 becomes Vc1 + Vc2-Vf.