JP2000089829A - 位置制御方法および装置 - Google Patents

位置制御方法および装置

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JP2000089829A
JP2000089829A JP10260209A JP26020998A JP2000089829A JP 2000089829 A JP2000089829 A JP 2000089829A JP 10260209 A JP10260209 A JP 10260209A JP 26020998 A JP26020998 A JP 26020998A JP 2000089829 A JP2000089829 A JP 2000089829A
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JP
Japan
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rotation axis
motor
variable gain
feedback signal
mechanical movable
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JP10260209A
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Kenichi Murata
健一 村田
Bunno Cho
文農 張
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械などで、垂直軸を上下動させ、位置
決めさせて加工物を切削するような場合に、従来の位置
制御装置では、オーバーシュートが大きくなり、加工物
に傷をつけることがあることや、オーバーシュートを小
さくした場合には、位置決め時間が長くなり、加工時間
に影響を与える問題点があった。 【解決手段】 機械可動部107の位置検出を行うとと
もに、該機械可動部107を駆動するモータ106の回
転軸にモータ回転軸角度位置検出装置を備えた位置制御
系において、前記モータ回転軸角度位置と前記機械可動
部位置の各フィードバック信号108、109の大きさ
の割合を、位置偏差103の大きさ、位置偏差103の
大きさと機械可動部位置yl、位置偏差103の大きさ
とモータ106の可動軸位置ym、あるいは位置偏差1
03の大きさとトルク指令trqとにより決定するよう
にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械可動部の位置
を検出して、機械可動部の位置制御を行う位置制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、機械可動部の位置を検出して位置
制御を行う装置として、例えば特開昭58−18111
5「位置制御方式」に開示されたものがある。図7はこ
の従来の装置を説明するための図である。図において、
PCCは位置制御回路、VCCは速度制御回路、MTは
モータ、MEは機械可動部、TCMはタコジェネ、RS
Vはレゾルバ、IDSは位置検出器、FDCはフィル
タ、AFは増幅器である。ここで、モータMTの回転位
置MPと機械可動部MEの移動量TPの差PEをフィル
タFDCを通したフィードバック信号を位置指令CPに
加えて、目標指令に対して追従するような構成としてい
る。しかし、フィルタFDCの時定数が大きい時には、
目標指令に対してオーバーシュートは小さくなるが、緩
やかな追従をし、時定数が小さい時には、目標指令に対
して速く追従するが、オーバーシュートが大きくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】工作機械などで、垂直
軸を上下動させ、位置決めさせて加工物を切削するよう
な場合に、従来の位置制御装置では、オーバーシュート
が大きくなり、加工物に傷をつけることがあることや、
オーバーシュートを小さくした場合には、位置決め時間
が長くなり、加工時間に影響を与える。本発明では、オ
ーバーシュートを小さくし、位置決め時間を短縮できる
ような位置制御系を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、機械可動部の
位置検出を行うとともに、該機械可動部を駆動するモー
タの回転軸にモータ回転軸角度位置検出装置を備えた位
置制御系において、前記モータ回転軸角度位置と前記機
械可動部位置の各フィードバック信号の大きさの割合
を、位置偏差の大きさ、あるいは位置偏差の大きさと機
械可動部位置、位置偏差の大きさとモータの回転軸角度
位置、位置偏差の大きさとトルク指令とにより決定する
ようにしたことを特徴とする。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施例を図
において説明する。図1は本発明の請求項1、2に関す
る第1の実施例を示す図である。図において、101は
位置指令、102は位置フィードバック信号、103は
位置指令とフィードバック信号との偏差信号、104は
偏差信号を速度指令に変える位置制御部であり、105
は速度指令とモータ回転軸角度位置から速度を演算し、
該速度指令と該モータ速度との差をトルク指令に変換す
る速度制御部であり、106はモータで、その伝達関数
は1/(Jm・S2)である。Jmはモータのイナーシ
ャ、Sはラプラス演算子である。107は機械可動部
で、その伝達関数は1/(MS2+K')であり、Mは機
械可動部のイナーシャ、K'は機械可動部の弾性定数で
ある。108はモータ回転角度位置信号であり、109
は機械可動部の位置信号である。110はモータ回転角
度位置信号108を入力する可変ゲイン機構であり、1
11は機械可動部の位置信号109を入力する可変ゲイ
ン機構であり、図2のようにその伝達関数は位置偏差1
03の絶対値|e|の関数f(|e|)として表され、
絶対値|e|がある値(図2中のα)以上になったとき
に、可変ゲイン機構110は1となり、102の信号は
108の信号のみとなり、109の信号は出力しない構
造となる。可変ゲイン機構110と111のゲインを加
えると1となるようにしている。112は、偏差103
の絶対値|e|を可変ゲイン機構110、111へ出力
する絶対値回路である。位置制御が機械可動部107の
位置を使ったフルクローズ制御の場合に、速度IP(ま
たはPI)制御、位置P制御では、機械可動部の摩擦力
が大きい場合には、目標値よりも実際値がオーバーする
オーバーシュート現象が現れる。それは、機械可動部1
07の位置情報を使った位置制御を行っているからであ
り、位置指令101が入っても、機械可動部107の位
置は摩擦の影響で動かないが、位置偏差103が多く出
る為、モータ106のトルクがどんどん増し、モータ1
06が回転して静止摩擦力を超えるまでは、ボールねじ
のねじれ力が溜まる。そして静止摩擦力を超えるような
ねじれ力が発生した時に機械可動部107が動き出す。
なお、制御の遅れ、オーバーシュートの発生を防止する
ためには、モータ106の回転角度位置信号108のフ
ィードバックが必要不可欠である。本実施例では、図2
に示されるように、位置偏差103の絶対値|e|が大
きい時(図においてf(|e|)=1(|e|>=αの
とき))は、目標値とは遠く過渡状態であると考え、モ
ータ回転角度位置信号108をフィードバックし、位置
偏差103の絶対値|e|が小さい時(図においてf
(|e|)=K・|e|(|e|<αのとき))には、
目標値に近い状態であると考えて機械可動部107の位
置信号109をフィードバックするようなフィードバッ
ク信号の配分機構にすることにより、オーバーシュート
を小さくし、追従性をよくすることができる。図3は本
発明の請求項3、4に関する第2の実施例を示す図であ
る。図1と同じ符号は説明を省略する。本実施例におい
ては、可変ゲイン機構401、402はともに位置偏差
103の絶対値|e|と機械可動部107の位置信号1
09の関数として、それぞれのゲインの和が1となるよ
うに、それぞれのゲインが図4のように変化する。図4
はモータ回転角度位置信号と機械可動部位置信号とのフ
ィードバックの配分量を決定する第2の関数を表す図で
ある。図4において、f(yl,|e|)=K・yl・
|e|(yl・|e|<α'のとき)、f((yl,|
e|)=1(yl・|e|>=α'のとき)である。
(α'は実際に調整を行い、オーバーシュートが発生し
ないで整定時間が短くなるときの値を決める。)本実施
例の特徴は、目標値までの応答が第1の実施例に比べて
速くなるということである。図5は本発明の請求項5、
6に関する第3の実施例を示す図である。図1と同じ符
号は説明を省略する。本実施例においては、可変ゲイン
機構501、502はともに位置偏差103の絶対値|
e|とモータ106の回転角度位置信号108の関数と
して、それぞれのゲインの和が1となるように、それぞ
れのゲインが図4のように変化する(図4のylをym
におきかえればよい)。本実施例の特徴は、目標値まで
の応答が第1の実施例に比べて速くなるということであ
る。図6は本発明の請求項7、8に関する第4の実施例
を示す図である。図1と同じ符号は説明を省略する。本
実施例においては、可変ゲイン機構601、602はと
もに位置偏差103の絶対値|e|と速度制御器105
の出力であるトルク指令の関数として、それぞれのゲイ
ンの和が1となるように、それぞれのゲインが図4のよ
うに変化する(図4のylをtrqにおきかえればよ
い)。本実施例の特徴は、目標値までの応答が第1の実
施例に比べて速くなるということである。図3、5、6
のそれぞれの適用に関しては、機械とモータの構成につ
いては、位置偏差信号、トルク指令信号、モータ回転角
度位置信号、機械可動部信号で変化が顕著で、信号波形
にリップルや、ノイズ成分が乗りにくいものを選んで、
適用する。
【0006】
【発明の効果】本発明によれば、オーバーシュートを小
さくし、位置決め時間を短縮できるので、工作機械など
で切削加工を行うときに、加工物に傷をつけることな
く、加工時間を短くできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】モータ回転角度位置信号と機械可動部位置信号
とのフィードバックの配分量を決定する第1の関数であ
る。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図4】モータ回転角度位置信号と機械可動部位置信号
とのフィードバックの配分量を決定する第2の関数であ
る。
【図5】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図6】本発明の第4の実施例を示す図である。
【図7】従来の装置を説明するための図である。
【符号の説明】
101 位置指令 102 位置フィードバック信号 103 位置偏差 104 位置制御部 105 速度制御部 106 モータ 107 機械可動部 108 モータの回転角度位置信号または可動部位置信
号 109 機械可動部の位置信号 110、111、401、402、501、502、6
01、602 可変ゲイン機構 112 絶対値回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置と前記機械可動部位置の各フィード
    バック信号の大きさの割合を、位置偏差の大きさにより
    決定するようにしたことを特徴とする位置制御方法。
  2. 【請求項2】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置フィードバック信号を入力する第1
    の可変ゲイン機構と、前記機械可動部位置フィードバッ
    ク信号を入力し前記第1の可変ゲイン機構のゲインとの
    和が1となるゲインを有する第2の可変ゲイン機構とを
    備え、前記第1、第2の可変ゲイン機構の出力の和であ
    る位置フィードバック信号と位置指令との偏差の絶対値
    を出力する絶対値発生器とを備え、この絶対値発生器の
    出力により前記第1、第2の可変ゲイン機構のゲインを
    変えることを特徴とする位置制御装置。
  3. 【請求項3】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置と前記機械可動部位置の各フィード
    バック信号の大きさの割合を、位置偏差の大きさおよび
    前記機械可動部の位置により決定するようにしたことを
    特徴とする位置制御方法。
  4. 【請求項4】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置フィードバック信号を入力する第3
    の可変ゲイン機構と、前記機械可動部位置フィードバッ
    ク信号を入力し前記第1の可変ゲイン機構のゲインとの
    和が1となるゲインを有する第4の可変ゲイン機構とを
    備え、前記第3、第4の可変ゲイン機構の出力の和であ
    る位置フィードバック信号と位置指令との偏差の絶対値
    を出力する絶対値発生器とを備え、この絶対値発生器の
    出力および前記機械可動部の位置により前記第3、第4
    の可変ゲイン機構のゲインを変えることを特徴とする位
    置制御装置。
  5. 【請求項5】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置と前記機械可動部位置の各フィード
    バック信号の大きさの割合を、位置偏差の大きさおよび
    前記モータの回転軸の位置により決定するようにしたこ
    とを特徴とする位置制御方法。
  6. 【請求項6】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置フィードバック信号を入力する第5
    の可変ゲイン機構と、前記機械可動部位置フィードバッ
    ク信号を入力し前記第1の可変ゲイン機構のゲインとの
    和が1となるゲインを有する第6の可変ゲイン機構とを
    備え、前記第5、第6の可変ゲイン機構の出力の和であ
    る位置フィードバック信号と位置指令との偏差の絶対値
    を出力する絶対値発生器とを備え、この絶対値発生器の
    出力および前記モータの回転軸の位置により前記第5、
    第6の可変ゲイン機構のゲインを変えることを特徴とす
    る位置制御装置。
  7. 【請求項7】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置と前記機械可動部位置の各フィード
    バック信号の大きさの割合を、位置偏差の大きさおよび
    トルク指令により決定するようにしたことを特徴とする
    位置制御方法。
  8. 【請求項8】 機械可動部の位置検出を行うとともに、
    該機械可動部を駆動するモータの回転軸にモータ回転軸
    角度位置検出装置を備えた位置制御系において、前記モ
    ータ回転軸角度位置フィードバック信号を入力する第7
    の可変ゲイン機構と、前記機械可動部位置フィードバッ
    ク信号を入力し前記第1の可変ゲイン機構のゲインとの
    和が1となるゲインを有する第8の可変ゲイン機構とを
    備え、前記第7、第8の可変ゲイン機構の出力の和であ
    る位置フィードバック信号と位置指令との偏差の絶対値
    を出力する絶対値発生器とを備え、この絶対値発生器の
    出力およびトルク指令により前記第7、第8の可変ゲイ
    ン機構のゲインを変えることを特徴とする位置制御装
    置。
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