JP2002032128A - 位置制御装置および位置制御方法 - Google Patents
位置制御装置および位置制御方法Info
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Abstract
機構の機械的特性に起因する制御対象の目標指令に対す
る追従誤差を抑制でき、かつ、当該追従誤差の補正によ
って制御対象の目標位置に対する位置決め誤差の発生し
ない位置制御装置および位置制御方法を提供する。 【解決手段】テーブル104の移動すべき目標位置を特
定する位置指令Prを出力する位置指令生成部11と、
位置偏差Eを生成する制御偏差生成部14と、サーボ制
御部15と、テーブル104に対する位置指令Prの送
り方向の反転を検出する反転検出部22と、テーブル1
04が移動状態にあるか停止状態にあるかを検出する移
動/停止検出部24と、反転検出部22および移動/停
止検出部24の検出信号に応じて、位置偏差Eを補正す
る補正量を出力する追従誤差補正部と23とを有する。
Description
作機械等の制御対象の位置制御を行う位置制御装置およ
び位置制御方法に関する。
固定するテーブルの位置やワークを切削する工具等の制
御対象の位置制御は、たとえば、ラック及びピニオン、
ボールねじ及びナットなどからなる伝達機構を介して制
御対象に接続されたサーボモータの回転量を制御するこ
とによって行っている。このような制御対象の位置制御
方式としては、セミクローズドループ制御方式、フルク
ローズドループ制御方式、および、ハイブリッド制御方
式が知られている。
えば、ロータリエンコーダ等の検出器でサーボモータの
回転位置を検出し、検出したサーボモータの回転位置を
制御対象の位置に変換し、この変換した回転位置を位置
指令にフィードバックしてサーボモータの回転量を制御
するサーボ制御系を構成する。フルクローズドループ制
御方式は、テーブル等の制御対象に対して、たとえば、
リニアスケールを直接設け、このリニアスケールの検出
した制御対象の位置を位置指令にフィードバックしてサ
ーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成す
る。ハイブリッド制御方式は、サーボモータの回転位置
および制御対象の位置の双方を検出し、位置指令に制御
対象の位置に変換したサーボモータの回転位置をフィー
ドバックするとともに、制御対象の位置と変換したサー
ボモータの回転位置との差を一次遅れフィルタでフィル
タリングしてから位置指令にフィードバックすることに
よってサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を
構成する。
る伝達機構に、たとえば、バックラッシや摩擦等の非線
形な特性が存在すると、サーボモータの回転位置を正確
に制御しても、制御対象の送り方向を反転した際にサー
ボモータは回転するが制御対象は停止したままとなる、
いわゆるロストモーションが発生し、位置指令に対して
制御対象が即座には追従しないことが知られている。こ
の追従誤差を補正する方法として、位置指令の送り方向
の反転を検出したらサーボモータに対する制御指令を補
正して、速やかにロストモーションを除去して制御対象
の位置指令からの追従誤差を抑制するいわゆるバックラ
ッシ補正が知られている。上記のセミクローズドループ
制御方式では、制御対象の位置をサーボモータの回転位
置から間接的に得ており、直接には管理していないた
め、バックラッシュ補正を行っても、制御対象にオフセ
ットが生じない。
フルクローズドループ制御方式およびハイブリッド制御
方式では、制御対象が移動中に、すなわち、リニアスケ
ールからのフィードバック値が変化している最中に上記
のようなバックラッシ補正を行うと、制御対象の位置情
報が補正されることになり、制御対象の位置にオフセッ
トが生じる。一方、ハイブリッド制御方式では、リニア
スケールからのフィードバック値とともに、サーボモー
タのフィードバック値を用いているため、このサーボモ
ータのフィードバック値を補正することで、制御対象の
位置決め位置にオフセットが生じることは防げる。しか
しながら、ハイブリッド制御方式では、目標位置にリニ
アスケールの検出位置を一致するように制御するため、
制御対象の移動方向が反転する直前にリニアスケールか
らの制御対象の位置のフィードバック値がロストモーシ
ョンが発生する向きとは逆向きに少しでも変化すると、
位置指令が変化しないにも関わらずサーボモータがロス
トモーション領域を通過して制御対象を動かし、制御対
象の位置のフィードバック値と位置指令とが一致すると
停止し、ロストモーションが除去された状態となる。こ
の状態から、位置指令の送り方向の反転が検出される
と、バックラッシ補正が働き、制御対象が目標位置から
一瞬ずれてしまう。このような現象が発生すると、たと
えば、制御対象を直交する2軸方向に制御して円弧指令
に追従させたような場合には、いわゆる象限切り替え位
置において制御対象の移動軌跡が円弧の内側に食い込ん
でしまう。
のであって、制御対象の位置を直接検出し、これをサー
ボ制御系にフィードバックして制御対象の位置制御を行
う際に、制御対象の送り方向の反転の際に発生する制御
対象の追従誤差を抑制でき、かつ、制御対象の位置決め
位置にオフセットの発生しない位置制御装置および位置
制御方法を提供することを目的とする。
る位置制御装置は、駆動手段と連結された制御対象の位
置を可変目標位置に追従させる位置制御装置であって、
前記可変目標位置に応じた制御指令を出力する指令出力
手段と、前記制御指令と前記制御対象に対して設けられ
た位置検出器の検出位置とから前記制御対象の制御偏差
を生成する制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づい
て前記制御対象を前記可変目標位置に追従させる操作量
を生成して前記駆動手段に出力するサーボ制御手段と、
前記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り
方向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開す
る時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生
じる前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差
を抑制するように前記制御偏差を補正する追従誤差補正
手段とを有する。
送り方向の反転を検出する反転検出部と、前記制御対象
が移動状態にあるか停止状態にあるかを検出する移動/
停止検出部と、前記反転検出部および前記移動/停止検
出部の検出信号に応じて、前記制御偏差を補正する補正
量を出力する追従誤差補正部とを有する。
り方向の反転の向きに応じて、絶対値が同じでかつ正負
の符号が反転した第1の補正量と第2の補正量とを保持
している。
移動状態にあるか停止状態にあるかを、前記位置検出器
の検出信号に基づいて検出する。
は、駆動手段と連結された制御対象の位置を可変目標位
置に追従させる位置制御装置であって、前記可変目標位
置に応じた制御指令を出力する指令出力手段と、前記制
御指令と前記制御対象に対して設けられた位置検出器の
検出位置と前記駆動手段に対して設けられた位置検出器
の検出駆動位置とから前記制御対象の制御偏差を生成す
る制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づいて前記制
御対象を前記可変目標位置に追従させる操作量を生成し
て前記駆動手段に出力するサーボ制御手段と、前記制御
対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り方向が反
転した時点から、当該制御対象が移動を再開する時点ま
での期間内に、前記送り方向の反転によって生じる前記
制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差を抑制す
るように前記検出駆動位置を補正する補正量を変更する
追従誤差補正手段とを有する。
送り方向の反転を検出する反転検出部と、前記制御対象
が移動状態にあるか停止状態にあるかを検出する移動/
停止検出部と、前記反転検出部および前記移動/停止検
出部の検出信号に応じて、前記検出駆動位置を補正する
補正量を増加または減少させる追従誤差補正部とを有す
る。
よび前記移動/停止検出部によって前記制御対象の停止
および前記送り方向の反転が検出されたら、前記検出駆
動位置を補正する補正量を所定の変更量で周期的に変更
し、前記移動/停止検出部によって当該制御対象の移動
の再開が検出されたら前記補正量の変更を中止する。
は、駆動手段と連結された制御対象の位置を可変目標位
置に追従させる位置制御方法であって、前記可変目標位
置に応じた制御指令を生成する指令生成ステップと、前
記制御対象の位置を当該制御対象に対して設けられた位
置検出器から検出する制御対象位置検出ステップと、前
記制御指令と前記制御対象の検出位置とから前記制御対
象の制御偏差を生成する制御偏差生成ステップと、前記
制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変目標位置に
追従させる操作量を生成して前記駆動手段に出力するサ
ーボ制御ステップと、前記制御対象が停止し、かつ、前
記可変目標位置の送り方向が反転した時点から、当該制
御対象が移動を再開する時点までの期間内に、前記送り
方向の反転によって生じる前記制御対象の前記可変目標
位置に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を
補正する追従誤差補正ステップとを有する。
は、駆動手段と連結された制御対象の位置を可変目標位
置に追従させる位置制御方法であって、前記可変目標位
置に応じた制御指令を生成する指令生成ステップと、前
記制御対象の位置を当該制御対象に対して設けられた位
置検出器から検出する制御対象位置検出ステップと、前
記駆動手段の駆動位置を当該駆動手段に対して設けられ
た位置検出器から検出する駆動位置検出ステップと、前
記制御指令と前記制御対象の検出位置と前記駆動手段の
検出駆動位置とから前記制御対象の制御偏差を生成する
制御偏差生成ステップと、前記制御偏差に基づいて前記
制御対象を前記可変目標位置に追従させる操作量を生成
して前記駆動手段に出力するサーボ制御ステップと、前
記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り方
向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開する
時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生じ
る前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差を
抑制するように前記検出駆動位置を補正する補正量を変
更する追従誤差補正ステップとを有する。
よび方法では、可変目標位置に応じて駆動手段が駆動さ
れ、この駆動手段に接続された制御対象は可変目標位置
に追従していく。可変目標位置が変化して送り方向が反
転すると、たとえば、駆動手段と制御対象との間に存在
するバックラッシや摩擦等の非線形要素によって駆動手
段の駆動方向が反転しても制御対象が停止した状態とな
るロストモーションが発生する。可変目標位置の送り方
向の反転および制御対象の停止が検出されると、制御対
象の停止期間中にのみ、制御偏差は補正量によって補正
され、制御対象の追従誤差が抑制される。補正は、制御
対象が停止した状態で行われるため、制御対象に対して
設けられた位置検出器の検出信号は変化せず、補正され
る前の制御偏差には制御対象の検出位置の変化の情報が
含まれていない。このため、制御偏差を補正しても、制
御対象の検出位置の情報が変更されることがなく、制御
対象の移動が再開した後、制御対象の位置決め位置にオ
フセットが生じることがない。
よび方法では、可変目標位置に応じて駆動手段が駆動さ
れ、この駆動手段に接続された制御対象は可変目標位置
に追従していく。可変目標位置が変化して送り方向が反
転すると、上記したロストモーションが発生する。可変
目標位置の送り方向の反転および制御対象の停止が検出
されると、制御対象の停止期間中にのみ、検出駆動位置
を補正する補正量は変更され、制御対象の追従誤差が抑
制される。また、検出駆動位置を補正し、かつ、この補
正量は変更(更新)された値で常に検出駆動位置を補正
するので、制御対象の検出位置の情報が変更されないた
め、制御対象の位置決め位置にオフセットが生じること
がない。
て図面を参照して説明する。第1実施形態 図1は、本発明の第1の実施形態に係る位置制御システ
ムの構成を示す図である。図1において、本実施形態に
係る位置制御システム1は、位置制御装置10と、サー
ボモータ101と、サーボモータ101に取り付けられ
た、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置検出器
110と、サーボモータ101に接続され外周にねじ部
が形成されたボールねじ軸102と、ボールねじ軸10
2のねじ部に螺合するねじ孔が形成された可動部材10
3と、可動部材103に連結され矢印A1およびA2の
ボールねじ軸102の軸方向に移動自在に図示しない案
内機構によって保持されたテーブル104と、テーブル
104に対して固定された検出部105aと矢印A1お
よびA2の方向に沿って設けられたスケール105bと
からなるリニアスケール105とを備える。ここで、テ
ーブル104は本発明の制御対象、リニアスケール10
5は本発明の位置検出器のそれぞれ一具体例に対応して
いる。
ねじ孔に螺合しており、ボールねじ軸102が回転する
ことによって、ボールねじ軸102の回転運動が可動部
材103の直線運動に変換され、これによりテーブル1
04が直動する。ボールねじ軸102と可動部材103
との間には、バックラッシ等の機械的誤差や摩擦等の非
線形要素が存在する。このボールねじ軸102と可動部
材103との間の非線形特性によって、たとえば、ボー
ルねじ軸102を一方向に回転させてテーブル104を
矢印A2の方向に移動させた後、回転方向を反転させて
テーブル104を矢印A1の方向に移動させた際に、ボ
ールねじ軸102は反転してもテーブル104が移動せ
ず、停止したままの状態となるロストモーションが発生
する。
に対して固定された検出部105aがスケール105b
に対する位置を、たとえば、磁気的あるいは光学的に検
出し、フィードバック信号105sを位置制御装置10
に出力する。この検出信号105sは、たとえば、テー
ブル104の変位に応じたパルス信号である。
01の回転位置を検出し、この検出信号110sをサー
ボ制御部15にフィードバックする。
と、制御偏差生成部14と、サーボ制御部15と、ドラ
イバ16と、補正部21とを有する。ここで、位置指令
生成部11は本発明の指令出力手段、制御偏差生成部1
4は本発明の制御偏差生成手段、サーボ制御部15およ
びドライバ16は本発明のサーボ制御手段、補正部21
は本発明の追従誤差補正手段のそれぞれ一具体例に対応
している。
移動すべき可変目標位置に応じた位置指令Prを出力す
る。この位置指令Prは、たとえば、パルス量によって
与えられる。
1から与えられる位置指令Prと、リニアスケール10
5から与えられるフィードバック信号105sとから、
テーブル104の制御偏差Eを生成して、サーボ制御部
15に出力する。具体的には、位置指令Prからテーブ
ル104の検出位置であるフィードバック信号105s
を減算して位置偏差Eを演算する。
から与えられる位置偏差Eに基づいてテーブル104の
位置を位置指令Prの変化に追従させつつ一致させる制
御指令15sをドライバ16に出力する。具体的には、
サーボ制御部15は、速度ループおよび電流ループから
構成され、位置偏差Eに位置ループゲインによって比例
動作を施し、これを速度ループに対する速度指令として
出力する。速度ループでは、たとえば、この速度指令と
回転位置検出器110からのフィードバック信号110
sのサンプリング時間毎の差分値(速度フィードバック
信号)との偏差に比例動作および積分動作を施してトル
ク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ループ
では、たとえば、サーボモータ101の駆動電流から換
算したサーボモータ101の出力トルク信号と上記トル
ク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これ
を所定の信号15sに変換してドライバ16に出力す
る。ドライバ16は、サーボ制御部15から入力された
信号15sに応じて増幅した駆動電流を操作量16sと
してサーボモータ101に出力する。
差補正部23と、移動/停止検出部24とを備える。こ
こで、反転検出部22は本発明の反転検出部、追従誤差
補正部23は本発明の追従誤差補正部、移動/停止検出
部24は本発明の移動/停止検出部のそれぞれ一具体例
に対応している。
らの位置指令Prが入力され、位置指令Prの送り方向
の反転を検出して反転検出信号22sを追従誤差補正部
23に出力する。また、反転検出信号22sは、反転の
向き、すなわち、テーブル104を矢印A2の送り方向
から矢印A1の送り方向に反転したのか、あるいは、矢
印A1の送り方向から矢印A2の送り方向に反転したの
かを特定する情報を含んでいる。具体的には、反転検出
部22は、たとえば、時間的に変化する位置指令Prの
サンプリング時間毎の差分値を算出し、この差分値の正
負の符号が反転したことを検出することで反転検出信号
22sを生成することができる。即ち、この第1の実施
形態では反転検出信号22sは2値信号とし、反転検出
時はオンとし、反転非検出時はオフとされる。
105からのフィードバック信号105sが入力され、
このフィードバック信号105sからテーブル104が
移動状態にあるか停止状態にあるかを検出し、移動/停
止信号24sを追従誤差補正部23に出力する。具体的
には、リニアスケール105からのフィードバック信号
105sの所定期間内における変化量と所定の判別基準
値とを比較するこの変化量が判別基準値より小さい場合
には、停止状態にあると判断する。変化量が判別基準値
より大きい場合には、移動状態にあると判断する。移動
/停止信号24sを、たとえば、2値信号とした場合に
は、停止状態にあると判断したときには、移動/停止信
号24sをオフし、移動状態と判断したときには、移動
/停止信号24sをオンする。
検出信号22sおよび移動/停止検出部24の検出信号
24sの検出状態に応じて、制御偏差生成部14に制御
偏差Eを補正する補正指令Mrを出力する。具体的に
は、追従誤差補正部23は、反転検出信号22sが入力
されたのち、移動/停止検出部24からの移動/停止信
号24sがオフ、すなわち、テーブル104が停止した
時点から、移動/停止信号24sがオン、すなわち、テ
ーブル104が移動を再開した時点までの期間内に補正
信号Mrを制御偏差生成部14に出力する。
ボールねじ102と可動部材103との間にロストモー
ションが生じると、位置指令Prの送り方向が反転して
も、ロストモーション区間ではテーブル104は位置指
令Prに追従せず、テーブル104の位置は目標位置に
対して追従誤差が発生する。補正指令Mrによる制御偏
差Eの補正は、この追従誤差を抑制するためのものであ
る。
2の送り方向から矢印A1の送り方向に反転する際の補
正量ΔAと、矢印A1の送り方向から矢印A2の送り方
向に反転する際の補正量−ΔAとを予め保持しており、
これらを反転検出信号22sによって特定される反転の
向きに応じて補正指令Mrとして出力する。なお、補正
量ΔAは、たとえば、ロストモーション量を予め測定し
ておくことで決定することができる。
ードウエア構成を示す図である。図2において、マイク
ロプロセッサ51は、Read Only Memory(ROM) 5
2、Random Access Memory(RAM) 53、インターフ
ェース回路54,56、グラフィック制御回路58、表
示装置59、キーボード61、ソフトウエアキー60等
とバスを介して接続されている。マイクロプロセッサ5
1は、ROM52に格納されたシステムプログラムにし
たがって、位置制御装置10を総合的に制御する。RO
M52には、上記の位置指令生成部11、制御偏差生成
部14、サーボ制御部15、補正部21等を構成するプ
ログラムや、システムプログラムが格納される。
ログラムがダウンロードされたり、各種のプログラム、
データなどが格納され、例えば、追従誤差補正部23の
補正量ΔA等の値が格納される。グラフィック制御回路
58は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示
装置59に与える。表示装置59には、例えば、CRT
表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置59
は、ソフトウエアキー60またはキーボード61を用い
て作業者が対話形式で加工プログラムを作成していくと
きに、形状、加工条件および生成された加工プログラム
等を表示したり、作業者が必要なデータを入力する際に
入力データなどを表示する。作業者は、表示装置59に
表示される内容(対話形データ入力画面)にしたがって
データを入力することにより、加工プログラムを作成す
ることができる。
またはデータがメニュー形式で表示される。メニューの
うちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウ
エアキー60を押すことにより行う。ソフトウエアキー
60およびキーボード61は、位置制御装置10に必要
なデータを入力するのにも使用される。インターフェー
ス回路54は、マイクロプロセッサ51から出力された
サーボモータ101に対する制御指令を所定の信号に変
換してドライバ16に出力するとともに、回転位置検出
器110の検出信号110sを逐次サンプリングしてプ
ロセッサ51に出力する。インターフェース回路56
は、リニアスケール105から出力されたフィードバッ
ク信号105sを所定のサンプリング周期でサンプリン
グし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセ
ッサ51に出力する。
いた本発明の位置制御方法について図3に示すフローチ
ャートを参照して説明する。まず、位置指令生成部11
において、テーブル104の移動すべき目標位置を特定
する位置指令Prを生成し、制御偏差生成部14に位置
指令Prを逐次出力する(ステップS1)。
104の位置を検出し、フィードバック信号105sで
特定されるテーブル104の検出位置Ptを制御偏差生
成部14および補正部21にフィードバックする(ステ
ップS2)。
らフィードバックされたテーブル104の検出位置Pt
を減算してテーブル104の目標位置からの位置偏差E
を生成する(ステップS3)。ステップS4は反転検出
信号オンが既に出ているか否か判別される。反転検出信
号は位置指令Prの送り方向における反転が起ったとき
オンされるものであり、前回バックラッシ制御が行なわ
れていない場合はNOの判定結果である。ステップS5
は今回位置指令Prの送り方向の反転が起ったか否か判
定される。NOの判断の場合(バックラッシ制御を行わ
ない場合)はステップS6に進み、制御偏差生成部14
で生成された位置偏差Eは、サーボ制御部15に入力さ
れる。
差Eに基づいてテーブル104の位置を目標位置に追従
させる操作量15sを生成し、ドライバ16に出力す
る。ドライバ16は、入力された操作量15sに応じた
駆動電流をサーボモータ101に供給する。これによ
り、当該操作量15sによってサーボモータ101を追
従制御する。テーブル104が両端位置P0,位置P1
のいずれかに接近し位置指令Prの反転が起るとステッ
プS5でYESの判定となる。そのため、ステップS4
のNO判定を経てステップS5の判断がYESとなる。
そのため、ステップS7で反転検出信号はオンされる。
従って次回にステップS4にまわってきたときYESの
判断となり、ステップS8に進み、移動/停止信号がオ
フか否か判別される。移動/停止信号は通常値はオン
(テーブルは移動中)であり、ステップS8の判定はN
Oであり、ステップS9に進みテーブル104は停止状
態か否か判別される。テーブル104は移動中であり、
NOの判定結果となり、ステップS6に進み、通常時の
操作量15sの設定が行なわれる。テーブル104が両
端位置P0,位置P1のいずれかに到来したためテーブ
ル104の停止が検出されると、ステップS8からステ
ップS9の判断はYESとなり、ステップS10に進
み、移動/停止信号はオフとされ、ステップS11に進
み、位置偏差の補正(バックラッシ補正)が開始され
る。次回の処理においては移動/停止信号はオフとなっ
ているためステップS8ではYESの判定となり、ステ
ップS13に進み、テーブル104の移動が再開された
か否か判定される。テーブル104の移動再開がされて
いないとすればバックラッシ補正は継続される。バック
ラッシ補正の実行の結果、テーブル104の移動が再開
されると、ステップS12の判定はYESとなり、ステ
ップS13に進み、反転検出信号はオフとなり、ステッ
プS14では移動/停止信号はオンとされ、ステップS
15ではバックラッシによる補正指令の停止が出力さ
れ、通常の制御に復帰する。
から位置P1まで一定速度で移動させ、位置P1から送
り方向を反転させて再度位置P0に位置決めする位置指
令Prの一例である。図4(a)に示す位置指令Prに
よってテーブル104を位置P0から位置P1まで駆動
すると、テーブル104は一定速度で移動し、テーブル
104の位置Ptは位置指令Prに対してサーボ系の遅
れによる定常偏差をもって追従していく。
P1まで近づくと、位置指令Prの送り方向が反転する
(ステップS5でYES)。位置指令Prの送り方向が
反転すると、補正部21の反転検出部22はこの位置指
令Prの送り方向の反転を検出し、追従誤差補正部23
に反転検出信号22sを出力する(ステップS7)。こ
の時点が図4(a)に示す、反転検出時点Taである。
テーブル104が停止すると、移動/停止検出部24
は、入力されるリニアスケール105からのフィードバ
ック信号105sからテーブル104が停止状態にある
ことを検出し(ステップS9でYES)、停止状態(オ
フ)を示す移動/停止信号24sを追従誤差補正部23
に出力する(ステップS10)。この時点が図4(a)
に示す移動停止検出時点Tbである。
sおよび移動/停止信号24sが入力されると、補正指
令Mrとして補正量ΔAを制御偏差生成部14に出力
し、位置偏差Eを補正する(ステップS11)。
ラッシ制御を示し、(b)に示すように、追従誤差補正
部23によって位置偏差Eを補正しないため、反転検出
時点Ta´から位置偏差Eは徐々に増大するだけであ
り、(a)に示すように、テーブル104の位置Ptは
位置指令Prに対して大きな追従誤差Te´が発生す
る。位置偏差Eが徐々に増大するにすぎないため、この
位置偏差Eを打ち消すために、テーブル104は送り方
向を反転して位置P1から位置P0に向けて移動を再開
移動再開検出時点Tc´が遅れてしまう。この移動再開
検出時点Tc´後始めて位置偏差Eの縮小が開始する。
制御結果を示す。追従誤差補正部23から補正指令Mr
として補正量ΔAを制御偏差生成部14に出力されると
(ステップS11)、補正量ΔAが位置偏差Eに加算さ
れるため、図4(b)に示すように、見かけ上の位置偏
差Eは移動停止検出時点Tbから急激に増大する。この
位置偏差Eの増大により、サーボモータ101は急加速
され、速やかにボールねじ軸102はロストモーション
区間を通過する。そのため、図4(a)の追従誤差Тe
は図5(b)の従来技術Тe´と比較して小さくなる。
正によって、テーブル104は送り方向を反転して位置
P1から位置P0に向けて移動を再開すると、移動停止
検出部24は、リニアスケール105sのフィードバッ
ク信号105sの変化からテーブル104の移動の再開
を検出し(ステップS12でYES)、移動状態を示す
移動/停止信号24sを追従誤差補正部23に出力す
る。
移動の再開を検出すると、補正指令Mrの制御偏差生成
部14への出力を停止する(ステップS15)。これに
より、テーブル104の送り方向が位置P1から位置P
0に向けて反転する際の追従誤差補正が完了する。
ブル104の送り方向の反転の際に、位置指令Prの送
り方向が検出され(ステップS5)、かつ、テーブル1
04の停止が検出された(ステップS9でYES)の
ち、位置偏差Eを補正指令Mrにより補正し(ステップ
S11)、テーブル104の移動の再開を検出したら
(ステップS12でYES)、補正指令Mrによる位置
偏差Eの補正を停止する(S15)。これにより、テー
ブル104の送り方向の反転の際に発生するロストモー
ションによる追従誤差Teが抑制される。さらに、テー
ブル104が停止中には、位置偏差Eには、リニアスケ
ール105のフィードバック信号105sの変化分が含
まれておらず、テーブル104の位置情報が変更される
ことがない。このため、たとえば、テーブル104を位
置P1や位置P0に位置決めしたときに、位置指令Pr
に対してテーブル104の位置Ptにオフセットが発生
しない。
ムの構成を示す図である。なお、図6に示す位置制御シ
ステムにおいて、第1の実施形態に係る位置制御システ
ムと同一の構成部分については、同一の符号を付してい
る。本実施形態に係る位置制御システムと第1の実施形
態に係る位置制御システムとで異なる構成は、本実施形
態に係る位置制御装置200における制御偏差生成部2
10および補正部201である。また、本実施形態に係
る位置制御システムでは、サーボモータ101に取り付
けられた、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置
検出器110のフィードバック信号110sが制御偏差
生成部210にフィードバックされる。なお、本実施形
態に係る位置制御装置200のハードウエア構成は、図
2において説明した構成と略同様な構成であるが、回転
位置検出器110のフィードバック信号110sを位置
制御装置200に取り込むインターフェース回路を備え
ている。また、回転位置検出器110の検出するサーボ
モータ101の回転位置は、本発明の検出駆動位置の一
具体例に対応している。
と、位置誤差算出部215と、フィルタ部214と、位
置算出部212と、減算部213と、位置偏差算出部2
11とを有する。
転位置を検出する回転位置検出器110のフィードバッ
ク信号110sをテーブル104の位置Pmに変換し、
変換後の回転位置Pmを減算部213に出力する。
変換されたサーボモータ101の回転位置と、リニアス
ケール105のフィードバック信号105sによって特
定されるテーブル104の検出位置Ptとの位置誤差P
eを算出し、この位置誤差Peをフィルタ部214に出
力する。
5から入力される位置誤差Peに一次遅れフィルタ処理
を施して平滑化し、平滑化した位置誤差Pe’を位置算
出部212に出力する。
れた変換後の位置Pmから補正部201から出力される
補正指令Mrを減算し、補正位置Psとして偏差算出部
212および位置誤差算出部215に出力する。
ら出力される平滑化した位置誤差Pe’と減算部213
から出力される補正位置Psを加算し、テーブル104
の実質的な位置Ptrとして位置偏差算出部211に出
力する。を算出する。
11から出力される位置指令Prから、位置算出部21
2から出力されるテーブル104の実質的な位置Ptr
を減算して位置偏差Eを算出する。
/停止検出部24と、追従誤差補正部203とを備えて
いる。反転検出部22および移動/停止検出部24は、
上述した第1の実施形態と同様の構成である。
01の検出した回転位置Pmを補正する補正指令Mrを
減算部213に出力して回転位置Pmを補正する。この
とき、追従誤差補正部203は、反転検出部22から入
力される反転検出信号22sおよび移動/停止検出部2
4から入力される移動/停止検出信号24sに応じて、
送り方向の反転によって生じるテーブル104の位置指
令Prに対する追従誤差を抑制するようにサーボモータ
101の検出した回転位置Pmを補正する補正量を変更
(増加または減少)させる。
定の補正量Bを補正指令Mrとして減算部213に逐次
出力し、この補正量Bより、サーボモータ101の検出
した回転位置Pmを常時補正する。そして、追従誤差補
正部203は、位置指令Prの送り方向の反転が反転検
出部22により検出され、かつ、移動/停止検出信号2
4sによりテーブル104の停止状態を検出したら、次
式(1)で示すように、補正量Bを所定の変更量ΔBで
周期的に変更し、テーブル104の移動の再開を検出し
たら補正量Bの変更を停止する。
負方向に反転した場合であり、また、送り方向の反転の
検出およびテーブル104の停止状態を検出する直前の
補正量Bの値をB1とする。
4の停止状態が検出された後に、周期的に(1)式のよ
うに補正量Bを変更量ΔBで変更し、テーブル104の
移動の再開を検出するまでに補正量BがN回変更される
と、変更後の補正量BをB2とすると、B2=B1+N
×ΔBとなる。
rの送り方向が負方向から正方向に反転した場合には、
追従誤差補正部203は、位置指令Prの送り方向の反
転が反転検出部22により検出され、かつ、移動/停止
検出信号24sによりテーブル104の停止状態を検出
したら、次式(2)で示すように、補正量Bを所定の変
更量ΔBで周期的に変更し、テーブル104の移動の再
開を検出したら補正量Bの変更を停止する。
は、上記のB2である。テーブル104の移動の再開を
検出するまでに、補正量BがN回変更されると、補正量
Bは上記のB1に等しくなる。図8は以上の制御におけ
る補正量の変化を模式的に示しており、送り方向が正方
向から負方向に反転した場合補正量Bは補正期間P1に
おいてΔBづつ増加補正され、最終的にはB2となり、
通常期間P2ではバックラッシ補正をしないため補正値
は変化せず、送り方向が負方向から正方向に反転した場
合補正量Bは補正期間P2においてΔBづつ減少補正さ
れ、最終的にはB1となる。
た本発明の位置制御方法について図7に示すフローチャ
ートを参照して説明する。まず、位置指令生成部11に
おいて位置指令Prを生成し、制御偏差生成部210の
位置偏差算出部211に出力する(ステップS21)。
104の位置を検出し、フィードバック信号105sで
特定されるテーブル104の検出位置Ptを制御偏差生
成部210および補正部201に逐次フィードバックす
る(ステップS22)。さらに、サーボモータ101に
取り付けられた回転位置検出器110は、フィードバッ
ク信号110sを制御偏差生成部210に逐次フィード
バックする(ステップS23)。
置指令Prと、リニアスケール105および回転位置検
出器110からフィードバックされたフィードバック信
号105sおよび110sから位置偏差Eを生成する
(ステップS24)。ステップS25は反転検出信号オ
ンが既に出ているか否か判別される。反転検出信号は位
置指令Prの送り方向における反転が起ったときオンさ
れるものであり、前回バックラッシ制御が行なわれてい
ない場合はNOの判定結果である。ステップS26は今
回位置指令Prの送り方向の反転が起ったか否か判定さ
れる。NOの判断の場合はステップS27に進む。サー
ボ制御部15では、入力される位置偏差Eに基づいてテ
ーブル104の位置を目標位置に追従させる操作量15
sを生成し、ドライバ16に出力する。ドライバ16
は、入力された操作量15sに応じた駆動電流をサーボ
モータ101に供給する。これにより、当該操作量15
sによってサーボモータ101を追従制御する。テーブ
ル104が両端位置P0,位置P1のいずれかに接近し
位置指令Prの反転が起るとステップS25のNO判定
を経てステップS26の判断がYESとなる。そのた
め、ステップS28で反転検出信号はオンされる。従っ
て次回にステップS25にまわってきたときYESの判
断となり、ステップS29に進み、移動/停止信号がオ
フか否か判別される。移動/停止信号は通常値はオン
(テーブルは移動中)であり、ステップS29の判定は
NOであり、ステップS30に進みテーブル104は停
止状態か否か判別される。テーブル104は移動中であ
り、NOの判定結果となり、ステップS31に進み、通
常時の操作量15sの設定が行なわれる。テーブル10
4が両端位置P0,位置P1のいずれかに到来したため
テーブル104の停止が検出されると、ステップS29
からステップS30の判断はYESとなり、ステップS
31に進み、移動/停止信号はオフとされ、ステップS
32に進み、補正量を所定量ΔBづつの増加又は減少に
よる位置偏差の補正(バックラッシ補正)が開始され
る。次回の処理においては移動/停止信号はオフとなっ
ているためステップS29ではYESの判定となり、ス
テップS33に進み、テーブル104の移動が再開され
たか否か判定される。テーブル104の移動再開がされ
ていないとすればステップS32の所定量ΔBづつの増
加又は減少によるバックラッシ補正は継続される。バッ
クラッシ補正の実行の結果、テーブル104の移動が再
開されると、ステップS33の判定はYESとなり、ス
テップS34に進み、反転検出信号はオフとなり、ステ
ップS35では移動/停止信号はオンとされ、ステップ
S36では補正量Bの変更によるバックラッシによる補
正が中止され、通常の制御に復帰する。
(a)に示したような指令を生成すると、テーブル10
4は位置P0から位置P1に向けて移動し、テーブル1
04の位置Ptが位置P1に近づくと、位置指令Prの
送り方向が反転する。位置指令Prの送り方向が反転す
ると、補正部201の反転検出部22はこの位置指令P
rの送り方向の反転を検出し(ステップS26でYE
S)、追従誤差補正部203に反転検出信号22sを出
力する。位置指令Prの送り方向が反転された後、テー
ブル104の位置Ptが位置P1に到達し、テーブル1
04が停止すると、移動/停止検出部24は、入力され
るリニアスケール105からのフィードバック信号10
5sからテーブル104が停止状態にあることを検出
し、停止状態を示す移動/停止信号24sを追従誤差補
正部203に出力する(ステップS31)。
4の送り方向の反転およびテーブル104の停止を検出
すると、補正量Bを所定の変更量ΔBで周期的(所定時
間間隔毎)に変更(増加)しながら減算部213に出力
し、変換後のサーボモータ101の回転位置Pmを補正
する(ステップS32)。これにより、補正量Bは次第
に増加し、これに応じてサーボモータ101が回転速度
が上昇し、ボールねじ軸102はロストモーション区間
を速やかに通過する。この結果、ロストモーションによ
るテーブル104の変化する位置指令Prに対する追従
誤差Teが抑制される。
間の通過により、テーブル104の移動が再開しリニア
スケール105のフィードバック信号105sの変化す
ると、移動/停止検出部24によって検出されるテーブ
ル104の移動の再開が検出される(ステップS33で
YES)。
4の移動の再開を検出すると、補正量Bの変更を中止す
るとともに(ステップS36)、変更後の補正量Bでサ
ーボモータ101の回転位置Pmを補正する。これによ
り、テーブル104の送り方向の反転の際に発生する追
従誤差の補正が完了する。
向けて移動し、位置P0付近に到達すると、上記と同様
に、位置指令Prの送り方向の反転が検出され、テーブ
ル104の停止が検出されたのち、補正量Bが変更(減
少)され上記と同様の補正が行われる。
ブル104の位置とともに、サーボモータ104の回転
位置をフィードバックしてテーブル104の位置制御を
行う場合においても、テーブル104の送り方向の反転
の際に生じる追従誤差Teを抑制することができる。ま
た、本実施形態は、補正量Bによってサーボモータ10
4の回転位置を検出する回転位置検出器110のフィー
ドバック信号110sを補正し、リニアスケール105
のフィードバック信号105sを補正しないため、たと
えば、テーブル104を位置P1や位置P0に位置決め
したときに、位置指令Prに対してテーブル104の位
置Ptにオフセットが発生することがない。
rの送り方向の反転が検出され、テーブル104の停止
が検出されたのち、テーブル104の移動の再開が検出
されるまで、補正量Bを変更量ΔBで次第に増加あるい
は減少させている。たとえば、補正量Bを一気に変化さ
せると、テーブル104が位置指令Prの経路から一瞬
ずれてしまい、いわゆる象限切り替え位置における食い
込みが発生することがあるが、本実施形態では、変更量
ΔBで次第に変化させているため、これを防止すること
が可能となる。
送り方向の反転時に、補正量Bを変更量ΔBで次第に増
加あるいは減少させる構成としたが、上述した第1の実
施形態のように、位置指令Prの送り方向の反転が検出
され、テーブル104の停止が検出されたのち、テーブ
ル104の移動の再開が検出されるまでの間に、補正量
±ΔAで回転位置検出器110のフィードバック信号1
10sを補正する構成とすることも可能である。
反転の際に発生する伝達機構のバックラッシ等の機械的
特性に起因する制御対象の目標指令に対する追従誤差を
いわゆる象限切り替え位置における食い込み等の不具合
の発生なく適切に抑制できる。
ムの構成を示す図である。
である。
方法を説明するためのフローチャートである。
の一例を示すグラフであり、(b)は位置偏差Eの一例
を示すグラフである。
rの一例を示すグラフであり、(b)は位置偏差Eの一
例を示すグラフである。
ムの構成を示す図である。
た本発明の位置制御方法を説明するためのフローチャー
トである。
るグラフである。
Claims (16)
- 【請求項1】駆動手段と連結された制御対象の位置を可
変目標位置に追従させる位置制御装置であって、 前記可変目標位置に応じた制御指令を出力する指令出力
手段と、 前記制御指令と前記制御対象に対して設けられた位置検
出器の検出位置とから前記制御対象の制御偏差を生成す
る制御偏差生成手段と、 前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変目標位
置に追従させる操作量を生成して前記駆動手段に出力す
るサーボ制御手段と、 前記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り
方向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開す
る時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生
じる前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差
を抑制するように前記制御偏差を補正する追従誤差補正
手段とを有する位置制御装置。 - 【請求項2】前記追従誤差補正手段は、前記送り方向の
反転を検出する反転検出部と、 前記制御対象が移動状態にあるか停止状態にあるかを検
出する移動/停止検出部と、 前記反転検出部および前記移動/停止検出部の検出信号
に応じて、前記制御偏差を補正する補正量を出力する追
従誤差補正部とを有する請求項1に記載の位置制御装
置。 - 【請求項3】前記追従誤差補正部は、前記送り方向の反
転の向きに応じて、絶対値が同じでかつ正負の符号が反
転した第1の補正量と第2の補正量とを保持している請
求項2に記載の位置制御装置。 - 【請求項4】前記移動/停止検出部は、前記制御対象が
移動状態にあるか停止状態にあるかを、前記位置検出器
の検出信号に基づいて検出する請求項2または3に記載
の位置制御装置。 - 【請求項5】駆動手段と連結された制御対象の位置を可
変目標位置に追従させる位置制御装置であって、 前記可変目標位置に応じた制御指令を出力する指令出力
手段と、 前記制御指令と前記制御対象に対して設けられた位置検
出器の検出位置と前記駆動手段に対して設けられた位置
検出器の検出駆動位置とから前記制御対象の制御偏差を
生成する制御偏差生成手段と、 前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変目標位
置に追従させる操作量を生成して前記駆動手段に出力す
るサーボ制御手段と、 前記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り
方向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開す
る時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生
じる前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差
を抑制するように前記検出駆動位置を補正する補正量を
変更する追従誤差補正手段とを有する位置制御装置。 - 【請求項6】前記追従誤差補正手段は、前記送り方向の
反転を検出する反転検出部と、 前記制御対象が移動状態にあるか停止状態にあるかを検
出する移動/停止検出部と、 前記反転検出部および前記移動/停止検出部の検出信号
に応じて、前記検出駆動位置を補正する補正量を増加ま
たは減少させる追従誤差補正部とを有する請求項5に記
載の位置制御装置。 - 【請求項7】前記追従誤差補正部は、前記反転検出部お
よび前記移動/停止検出部によって前記制御対象の停止
および前記送り方向の反転が検出されたら、前記検出駆
動位置を補正する補正量を所定の変更量で周期的に変更
し、前記移動/停止検出部によって当該制御対象の移動
の再開が検出されたら前記補正量の変更を中止する請求
項5または6に記載の位置制御装置。 - 【請求項8】前記移動/停止検出部は、前記制御対象が
移動状態にあるか停止状態にあるかを、前記位置検出器
の検出信号に基づいて検出する請求項5〜7のいずれか
に記載の位置制御装置。 - 【請求項9】駆動手段と連結された制御対象の位置を可
変目標位置に追従させる位置制御方法であって、 前記可変目標位置に応じた制御指令を生成する指令生成
ステップと、 前記制御対象の位置を当該制御対象に対して設けられた
位置検出器から検出する制御対象位置検出ステップと、 前記制御指令と前記制御対象の検出位置とから前記制御
対象の制御偏差を生成する制御偏差生成ステップと、 前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変目標位
置に追従させる操作量を生成して前記駆動手段に出力す
るサーボ制御ステップと、 前記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り
方向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開す
る時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生
じる前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差
を抑制するように前記制御偏差を補正する追従誤差補正
ステップとを有する位置制御方法。 - 【請求項10】前記追従誤差補正ステップは、前記送り
方向の反転を検出する反転検出ステップと、 前記制御対象の停止を検出する停止検出ステップと、 前記制御対象の停止および前記送り方向の反転を検出し
たのち、前記制御偏差を補正する補正ステップと、 前記制御対象の移動の再開を検出したら、前記補正を中
止する移動検出ステップとを有する請求項9に記載の位
置制御方法。 - 【請求項11】前記追従誤差補正ステップは、前記送り
方向の反転の向きに応じて、絶対値が同じでかつ正負の
符号が反転した第1の補正量および第2の補正量によっ
て前記制御偏差を補正する請求項10に記載の位置制御
方法。 - 【請求項12】前記停止検出ステップおよび移動検出ス
テップは、前記位置検出器の検出信号に基づいて前記制
御対象の停止状態および移動状態を検出する請求項10
または11に記載の位置制御方法。 - 【請求項13】駆動手段と連結された制御対象の位置を
可変目標位置に追従させる位置制御方法であって、 前記可変目標位置に応じた制御指令を生成する指令生成
ステップと、 前記制御対象の位置を当該制御対象に対して設けられた
位置検出器から検出する制御対象位置検出ステップと、 前記駆動手段の駆動位置を当該駆動手段に対して設けら
れた位置検出器から検出する駆動位置検出ステップと、 前記制御指令と前記制御対象の検出位置と前記駆動手段
の検出駆動位置とから前記制御対象の制御偏差を生成す
る制御偏差生成ステップと、 前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変目標位
置に追従させる操作量を生成して前記駆動手段に出力す
るサーボ制御ステップと、 前記制御対象が停止し、かつ、前記可変目標位置の送り
方向が反転した時点から、当該制御対象が移動を再開す
る時点までの期間内に、前記送り方向の反転によって生
じる前記制御対象の前記可変目標位置に対する追従誤差
を抑制するように前記検出駆動位置を補正する補正量を
変更する追従誤差補正ステップとを有する位置制御方
法。 - 【請求項14】前記追従誤差補正ステップは、前記送り
方向の反転を検出する反転検出ステップと、 前記制御対象の停止を検出する停止検出ステップと、 前記制御対象の停止および前記送り方向の反転を検出し
たのち、前記検出駆動位置を補正する補正量を増加また
は減少させる補正ステップと、 前記制御対象の移動の再開を検出したら前記補正量の変
更を中止する移動検出ステップとを有する請求項13に
記載の位置制御方法。 - 【請求項15】前記追従誤差補正ステップは、前記制御
対象の停止および前記送り方向の反転の検出時点から前
記検出駆動位置を補正する補正量を所定の変更量で周期
的に変更を行い、当該制御対象の移動の再開の検出時点
で前記補正量の変更を中止する請求項13または14に
記載の位置制御方法。 - 【請求項16】前記停止検出ステップおよび移動検出ス
テップは、前記位置検出器の検出信号に基づいて前記制
御対象の停止状態および移動状態を検出する請求項13
〜15のいずれかに記載の位置制御方法。
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