WO1988008563A1 - Servo control circuit - Google Patents

Description

明 細 書

サーボ釗御回路

技 術 分 野

本発明 は、 マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ータ に よ り デ ィ ジ タ ルサ 一ボ系を構成す る サーボ制御回路 に 関す る 。

背 景 技 術

通常のデ ィ ジ タ ルサーボ茶 に おい て、 位置指令 と し て の 1 パ ル ス が入力さ れ る と き 、 比例積分回路の出力が 1 次関数的 に上昇 して い き 、 ト ルク が機械系の静摩擦力を 越え て、 機械茶は移動を開始す る 。 上記比例積分回路の 積分ゲ イ ン が小 さ い と き に は、 機械系の位置決め に ォー バ シ ュ ー ト を生 じ て、 位置決め精度を低下さ せ る こ と に な り 、 反対 に積分ゲ イ ン を大 き く す る と 、 オーバ シ ユ ー 卜 は な く な る が、 ト ル ク の増加率が 2 次関数的 に な り 、 位置指令が与え ら れて か ら実際 に機械系が動 き だす ま で に 時間 が か か り 、 あ る レヽ は 1 ノぺ ル ス で は移動が生 じ な い

こ の よ う に 、 デ ィ ジタ ルサ一ボ系で積分ゲイ ン を どの よ う一に設定す る か ほ、 制御対象の機械茶 に応 じ て選択さ れ る 必要があ る が、 ア ナ ロ グサーボ回路の よ う に係数を 適宜 に可変設定す る こ と に よ り 最適値を発見す る こ と は 容易 で は なか っ た。

従 っ て 、 従来のデ ィ ジ タ ルサーボ系を コ ン 卜 ロ ー ル す る ソ フ ト ウ エ ア サーボシ ス テ ム は、 位置決め精度 と サー ボの応答性 と い う 相矛盾 し た要求 に対 し て 、 機械系 に応 じ た最適値をその都度設定 し よ う と する と 、 シ ス テ ム設 計 の コ ス ト が大 き く な る と い う 問題点があ っ た。

発 明 の 開 示

本発明は、 こ う した問題点を解決すべ く な さ れた も の で、 機械系の位置制御 に際し て 1 パ ル ス送 り の精度を保 持 し且つ応答性を低下さ せず に構成で き る サーボ制御回 路を提供す る こ と を 目 的 と し て レヽ る

本発明 に よれば、 機械系と の間で位置フ ィ 一 ド ノ ッ ク と 速度フ ィ 一 ド ノ V ク の ル一ブを有する サーボ制御回路 に お レ、 て 、 機械系か ら の位置ブ イ 一 ド バ y ク と移動指令 と 間での偏差を演算す る演算手段 と 、 該偏差が設定され た基準値を越え た時点で速度フ ィ ー ド バ ッ ク ルー フ '·の積 分ゲ イ ン に含まれる不完全積分項を抑制す る制御手段と を具備し た こ と を特徴 と す る サ一ボ制御回路が提供で き る 。

本発明のサーボ制御回路は、 機械系か ら の位置信号 と 移動指令 と の偏差が所定の基準値を越えた時点で、 速度 フ ィ ー ド バ ク ル一ブの積分ゲイ ン に含ま れる不完全積- 分項を抑制す る よ う に し たので、 機械茶に応 じ て積分ゲ イ ン に含ま れる不完全積分項を最適な値で設定 し て過大 な ト ル ク 指令に よ る機械系でのオーバシ ュ一 ト を防止で ぎ る 。

図面の簡単な説明

第 1 図は 本発明の一実施例を示すプロ ッ ク 図、 第 2 図 （ a ) は 同実施例を ア ナ ログサーボ系の場合 に対応 す る 回路構成で示す図、 第 2 図 （ b ) は、 同実施例の最 適 ト ルク 指令の状態を示す説明図で あ る 。

発明を実施す る ための最良の形態

以下、 図面を用 い て本発明の一実施例 に つい て詳細に 説明す る 。

第 1 図は、 デ ィ ジタ ルサーボ系での制御を実現す る シ ス テ ム ブロ ッ ク 図を示 し て い る 。 1 は、 制御対象の機械 系で、 こ こ で はモ ータ イ ナー シ ャ J mに よ り 代表さ れ る係 数を含む伝達関数 に よ り 入出力関係が規定さ れる 。 こ の サーボ系 に入力 ざ れる 移動指令は、 バ ッ ク ラ ッ シ ュ補正 ゃ ビ ツ チ誤差補正の信号 と と も に 加算回路 2 に 入力 さ れ、 こ こ で リ ニヤス ケール、 イ ン ダク ト シ ン 、 或い はパ ル ス コ ーダか ら フ ィ ー ド バ ッ ク さ れる位置信号 と の偏差 E Pが演算さ れ る。 ポ ジ シ ョ ン ゲ イ ン K pを含む演算ブ ロ ッ ク 3 は、 上記偏差 E pか ら速度指令を演算 し、 速度指令が 加算回路 4 に入力 さ れ、 こ こ でパルス コ ーダか ら フ ィ ー ド バ ッ ク さ れ る速度信号 と の偏差 E vが演算さ れ る 。

5 は、 上記偏差 Ε ρが零か否か に応 じ て そ の不完全積分 項が可変さ れ る伝達関数か ら構成さ れ た速度制御プ ロ ッ ク で あ る 。 こ の速度制御ブ ロ ッ ク 5 の出力が電流制御ブ ロ ッ ク 6 を介 し て機械茶 1 を駆動す る サーボモータ への 指令電流を決定 し て い る 。 本発明の特徵 は、 上記速度制 御ブ ロ ッ ク 5 に お い て速度 フ ィ 一 ド ノ ッ ク ル ー プ の積分 ゲ イ ン に含 ま れ る不完全積分項を制御 し て、 ス テ ィ ッ ク ス リ ッ ブ等 に よ る機械某でのオーバ シ ユ ー ト を防止 し て い る 。

次に上記速度制御プロ ッ ク 5 での不完全積分項の制御 について、 第 2 図に示す ア ナ ロ グサーボ系 と その信号波 形を参照 し なが ら、 説明す る。

第 2 図 （ a ) に おい て、 速度指令が入力さ れる前段の 増幅器 1 1 か ら後段の増幅器 1 2 に入力 される速度偏差 信号ほ、 同図 （ b ) に示すト ルク指令 T e ra d の積分ゲイ ン に比例す る抵抗 R xを介 し て供給さ れる。 増幅器 1 2 に は並列 に 2 つの抵抗 R 1 ， R 2 の直列回路が接続されて い る。 抵抗 R i は、 第 1 図の速度制御ブロ ッ ク 5 の比例 ゲイ ン k ₂ に対応し、 抵抗 R 2 は不完全積分ゲイ ン に対 応し てい る 。 ま た こ の抵抗 R 2 と並列 に接続さ れた容量 C 1 ほ、 速度制御ブ ロ ッ ク 5 の積分ゲイ ン k 1 に対応す る。

第 2 図 （ b ) に お い て、 時刻 t 丄 に 1 パルスの移動指 令が入力さ れる と き、 上記抵抗値 R ₂ を無限大に して お く と 、 ト ル ク指令 T c m d は時間に比例す る直線 に沿つ て 上昇す る。 それが機械系の静摩擦特性に応 じ て所定の値 に な る時刻 t ₂ で、 実際の位置移動が検出さ れた と き 、 上記抵抗 R ₂ に相当す る不完全積分ゲイ ン を所定の値に 設定す る。

つ ま り 、 機械茶の移動開始前か ら抵抗 R 2 を小さ く し て お く と 、 位置決め精度が劣化す る、。 つ ま り そ の場合 に 、 同図の点線に示す曲線に沿 っ て緩やか に ト ルク が増 加す る の で、 1 パルス の移動指令があ っ て も静摩擦 卜 ル ク に打 ち勝て ず、 リ ニヤス ケール フ ィ ー ド ノ ッ ク で も 、 ノ ッ ク ラ ッ シ ュ があ る よ う に 見え る 。 反対 に 、 機械系の 移動開始 （ t ₂ の時刻 ） の後も な お抵抗 R 2 を無限大の ま ま に し て お く と 、 移動開始後の機械系に過大なオーバ シ ュ ー ト を生 じ る。

そ こ で、 機械系か ら の位置信号 と 移動指令 と の偏差が 所定の基準値を越え た時点を、 例え ば位置補償機能を有 す る演算ブロ ッ ク 3 へ入力 さ れ る偏差 E p の変化を も と に し て捕 ら え、 速度フ ィ ー ド ノ ッ ク ループの積分ゲ イ ン に含ま れる不完全積分項を制御すれば、 第 2 図 （ b ) に 示す実線の よ う な ト ルク指令曲線 と な り 、 余分な ト ルク に よ る 才一ノ シ ュー ト を弓 ί き 起 こ さ ないです む。

機械系が重力軸を含ま ない駆動機構か ら構成さ れて い る場合に は、 ト ルク指令値に一定のオ フ セ ッ ト 値を考え て お く 必要があ る が、 木質的 に は位置偏差 Ε ρに応 じ て不 完全積分項を制御すればよ い。

以上、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明 は こ れ に限定さ れ る も ので な く 、 本発明の要旨の範囲内で種々 の変形が可能であ っ て、 こ れ ら を本発明の範囲か ら 排除 す る も ので は ない。

産業上の利用可能性

本発明のサーボ制御回路は、 機械系か ら の位置信号 と 移動指令 と の偏差が所定の基準値を越え た時点で速度フ ィ ― ド バ ッ ク ルー ブの積分ゲイ ン に含 ま れ る不完全積分 項を抑制 し、 機械茶 に応 じ て積分ゲ イ ン に含 ま れ る不完 全積分項を最適な値で設定し て過大な ト ルク 指令に よ る 機械系での オーバ シ ユ ー ト を防止で き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) 機械系 と の間で位置 フ ィ ー ド ノ ッ ク と 速度 フ ィ 一 ド バ ッ ク のルー プを有す る サーボ制御回路は、 次を含 む ：

機械某か ら の位置 フ ィ ー ド バ ッ ク と 移動指令 と 間での 偏差を演算す る演算手段 ：

該偏差が設定さ れた基準値を越え た時点で速度 フ ィ 一 ド バ ッ ク ル一 ブの積分ゲ イ ン に含 ま れ'る不完全積分項を 抑制す る制御手段。

( 2 ) 機械系が重力軸を含 ま ない駆動機構か ら構成さ れて い る場合 に 、 前記偏差の基準値を零 に設定す る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサーボ制御回' 路。