JP2008243176A

JP2008243176A - Position controller

Info

Publication number: JP2008243176A
Application number: JP2007211953A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sawaragi; 洋椹木; Keisuke Nagiri; 啓祐名桐; Takamasa Kawai; 孝昌河合; Nobuyuki Matsui; 信行松井; Makoto Iwasaki; 誠岩崎
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd; Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Fuji Corp; Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: JP5017720B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To properly compensate frictional disturbance in a position controller. <P>SOLUTION: A moving direction signal output part 27 determines a moving direction of a moving object, and outputs a signal according to the moving direction. The position controller is provided with a first filter circuit 25 for filtering the signal according to one moving direction of the moving direction signal output part 27, and a second filter circuit 26 for filtering the signal according to the other moving direction of the moving direction signal output part 27, to constitute a disturbance offset feedforward compensator (FFC). The first filter circuit 25 is constituted of a dead time circuit part 21 and a positive directional filter 23, and the second filter circuit 26 is constituted of a dead time circuit part 22 and a negative directional filter 24. The positive directional filter 23 obtains an FFC command by summing up outputs Yp, Ym passing through the negative directional filter 24, and adds the FFC command to a position command to a motor (driving source) to compensate the position command. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動時に摩擦力が作用する移動体の位置を制御する位置制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a position control device that controls the position of a moving body to which a frictional force acts during movement.

各種メカトロニクス製品では、位置決め機構や機台振動を抑制して高速・高精度位置決めを実現する制御コントローラの構築が不可欠であり、その制御仕様はますます高精度化している。しかしながら、位置決め制御性能を劣化させる要因として、バックラッシや摩擦等の非線形要素の外乱が存在し、位置決め精度や軌跡追従精度が劣化する場合があった。 For various mechatronics products, it is essential to build a control controller that achieves high-speed and high-accuracy positioning by suppressing the positioning mechanism and machine stand vibration, and the control specifications are becoming increasingly accurate. However, as a factor that degrades the positioning control performance, there are disturbances of nonlinear elements such as backlash and friction, and the positioning accuracy and the trajectory tracking accuracy sometimes deteriorate.

そこで、位置決め精度を劣化させる外乱を相殺するようなフイードフォワード補償を行い、軌跡追従精度を改善することが求められている。
このフイードフォワード補償においては、制御対象とフイードフォワード補償器設計のモデル化誤差が無いことが理想である。
しかし、実際には制御対象に非線形な摩擦等の外乱成分が加わることにより、モデル化誤差が生じ、その影響により所望の応答を実現することは困難である。 Therefore, it is required to improve the tracking accuracy by performing feedforward compensation that cancels out disturbances that degrade positioning accuracy.
In this feedforward compensation, it is ideal that there is no modeling error between the controlled object and the feedforward compensator design.
However, in reality, a disturbance component such as nonlinear friction is added to the controlled object, resulting in a modeling error, and it is difficult to realize a desired response due to the influence thereof.

一般に、機構振動に対するフイードフォワード補償では、制御対象に含まれる振動モード極を励起しないように、振動モード極付近の成分を除去した補償信号を用いて振動抑制を行うようにしている。これは、事前に得られた制御対象の情報をもとにして、システムの逆特性を補償器内で構成することにより、所望の応答を実現するようなフイードフォワード補償信号を生成することになる。この機構振動抑制と同様の考えを外乱の主成分である非線形摩擦の影響抑制に当てはめて考えてみると、上記モデル化誤差を補償するには、外乱を相殺するようなフイードフォワード補償信号を加えれば良いことが分かる。 In general, in feedforward compensation for mechanical vibration, vibration suppression is performed using a compensation signal from which components near the vibration mode pole are removed so as not to excite the vibration mode pole included in the controlled object. This is to generate a feedforward compensation signal that realizes a desired response by configuring the inverse characteristics of the system in the compensator based on the information of the control target obtained in advance. Become. Applying the same idea as the mechanism vibration suppression to the suppression of the influence of nonlinear friction, which is the main component of the disturbance, to compensate for the modeling error, a feedforward compensation signal that cancels the disturbance is used. You can see that it should be added.

従来、摩擦外乱に対してフイードフォワード補償信号を加える手法としては、バンバン制御によるトルク補償法が挙げられる（特許文献１，２）。このバンバン制御は、システムに加わる摩擦力は速度方向のみに依存したクーロン摩擦力であるという前提の下に、速度方向反転時に予め設定したバンバン補償トルクτBangをトルク指令τM に対して強制的に印加することで、クーロン摩擦力の影響を補償しようとする制御手法である。
特開平７−３０２１２１号公報特開平５−２２４７０２号公報 Conventionally, as a method of adding a feedforward compensation signal to a friction disturbance, there is a torque compensation method by bang-bang control (Patent Documents 1 and 2). This bang-bang control compulsorily applies a preset bang-bang compensation torque τBang to the torque command τM when the speed direction is reversed on the assumption that the friction force applied to the system is a Coulomb friction force that depends only on the speed direction. This is a control method that attempts to compensate for the effect of Coulomb friction force.
JP 7-302121 A JP-A-5-224702

従来のバンバン制御によるトルク補償法を図２及び図３のブロック線図を用いて説明する。図２及び図３において、τM はトルク指令値、τBangはバンバントルク、ωM は実速度情報、ω'Mは速度指令情報、θM はモータ位置である。 A conventional torque compensation method using bang-bang control will be described with reference to the block diagrams of FIGS. 2 and 3, τM is a torque command value, τBang is bang-bang torque, ωM is actual speed information, ω′M is speed command information, and θM is a motor position.

図２はフィードバック（Ｆ／Ｂ）方式のバンバン制御システムのブロック線図である。Ｆ／Ｂ方式のバンバン制御では、モータ位置θM を微分回路で時間微分して求めた実速度情報ωM をバンバン制御コントローラに入力してバンバン補償トルクτBangを生成し、このバンバン補償トルクτBangをトルク指令τM に足し合わせる。このようなＦ／Ｂ方式のバンバン制御を採用した場合には、モータエンコーダの分解能、サンプリング時間、ノイズ等の影響により、実速度情報ωM に微振動が発生すると、バンバントルクτBangも振動的になり、その結果、急激なトルク指令τM の変動が発生して機構振動を励起するなどの問題が発生する。 FIG. 2 is a block diagram of a feedback (F / B) type bang-bang control system. In F / B bang-bang control, the actual speed information ωM obtained by time differentiation of the motor position θM with a differentiation circuit is input to the bang-bang control controller to generate bang-bang compensation torque τBang. Add to τM. When such F / B system bang-bang control is adopted, the bang-bang torque τBang will also vibrate if a slight vibration occurs in the actual speed information ωM due to the influence of the resolution, sampling time, noise, etc. of the motor encoder. As a result, problems such as abrupt fluctuations in the torque command τM and excitation of mechanical vibrations occur.

そこで、図３のように、速度指令値ω'Mに基づいてフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）方式でバンバン制御を行うシステムもある。位置決め制御を行う上では、速度指令値ω'Mが零になった際は、バンバン補償トルクτBangをどのように規定するかが問題となる。そこで、例えば、(1) 速度指令値ω'Mが零になった場合は、バンバン補償トルクτBangを零としたり、(2) 速度指令値ω'Mが零となる前の情報に基づいて一定のバンバン補償トルクτBangを出力し続けたり、(3) 速度指令値ω'Mが零付近からある時定数を持ってバンバン補償トルクτBangを零に収束させる、など様々な手法が考えられる。そのため、実用に際してはそれぞれの制御対象に合った手法を選択する必要がある。 Therefore, as shown in FIG. 3, there is also a system that performs bang-bang control by a feed forward (F / F) method based on the speed command value ω′M. In performing positioning control, when the speed command value ω′M becomes zero, how to define the bang-bang compensation torque τBang becomes a problem. Therefore, for example, (1) when the speed command value ω'M becomes zero, the bang-bang compensation torque τBang is set to zero, or (2) constant based on information before the speed command value ω'M becomes zero. Various methods can be considered, such as continuing to output the bang-bang compensation torque τBang, or (3) converging the bang-bang compensation torque τBang to zero with a certain time constant from about zero. Therefore, in practical use, it is necessary to select a method suitable for each control object.

本発明者らは、一般的なバンバントルク補償の妥当性を確認するために、図４に示すように、２自由度制御系にバンバン制御コントローラと摩擦推定のためのオブザーバを組み合わせたシステムで実験を行った。オブザーバは、オフラインで推定摩擦を演算する外乱オブザーバで構成し、制御対象に対して推定外乱に遅延が生じないように、プロパー化フィルタの高帯域化を行っている。 In order to confirm the validity of general bang-bang torque compensation, the present inventors conducted experiments with a system in which a bang-bang control controller and an observer for friction estimation were combined with a two-degree-of-freedom control system as shown in FIG. Went. The observer is composed of a disturbance observer that calculates the estimated friction off-line, and increases the bandwidth of the proper filter so that the estimated disturbance is not delayed with respect to the controlled object.

図４において、θ'Mは位置指令値、Ｐ（ｓ）はプラント、Ｃ（ｓ）はフイードバックコントローラである。Ｆ（ｓ）は伝達関数をプロパーにするための任意のフィルタ、Ｎ（ｓ）は制御対象の振動極を相殺する零点を有する多項式、Ｄ（ｓ）は使用する位置指令の加速時間（減速時間）に依存した極を有する多項式である。ｄは外乱要素、θM はモータ位置である。 In FIG. 4, θ′M is a position command value, P (s) is a plant, and C (s) is a feedback controller. F (s) is an arbitrary filter for making the transfer function proper, N (s) is a polynomial having a zero that cancels the vibration pole to be controlled, and D (s) is the acceleration time (deceleration time) of the position command to be used. ) Is a polynomial having poles depending on. d is a disturbance element, and θM is a motor position.

次に、図４のシステムを用いて検証した結果を図５に示す。
図５中の実線は、オブザーバによる推定摩擦トルクであり、一定鎖線は、バンバン制御コントローラによる補償トルクであり、バンバン制御コントローラは位置指令払い出し中のみ補償トルクを出力する。 Next, the result of verification using the system of FIG. 4 is shown in FIG.
The solid line in FIG. 5 is the estimated friction torque by the observer, the constant chain line is the compensation torque by the bang-bang control controller, and the bang-bang control controller outputs the compensation torque only during the position command payout.

この検証結果より、推定外乱に対して従来のバンバン制御コントローラでは、制御系の外乱要素に対して補償トルクを矩形波状に出力するため、摩擦外乱を適切に補償しきれず、これが軌跡追従誤差を生じさせる原因になっている。 From this verification result, the conventional bang-bang controller for the estimated disturbance outputs the compensation torque in the form of a rectangular wave for the disturbance element of the control system, so the friction disturbance cannot be properly compensated, which causes a trajectory tracking error. It is a cause.

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、摩擦外乱を適切に補償することが可能で、軌跡追従誤差を低減して、位置決め制御性能を向上できる位置制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to perform position control that can appropriately compensate for friction disturbance, reduce trajectory tracking error, and improve positioning control performance. To provide an apparatus.

本発明は、Ｆ／Ｆ式のバンバン制御コントローラに代わる新たなフィードフォワード摩擦補償システムである。本発明は、移動体の移動方向を判定し、その移動方向に応じた信号を出力する移動方向信号出力部と、この移動方向信号出力部の一方の移動方向に応じた信号をフィルタ処理する第１フィルタ回路と、前記移動方向信号出力部の他方の移動方向に応じた信号をフィルタ処理する第２フィルタ回路と、前記第１フィルタ回路の出力と前記第２フィルタ回路の出力とを足し合わせた信号を補償入力として駆動手段への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する外乱補償部とを備えた構成としたものである。これにより、簡易な外乱相殺フィードフォワード補償器（ＦＦＣ）を構成することが可能となり、非線形摩擦の影響を抑制することができ、従来法に比して軌跡追従誤差を低減して位置決め応答性能を向上させることができる。 The present invention is a new feedforward friction compensation system that replaces an F / F type bang-bang control controller. According to the present invention, a moving direction signal output unit that determines a moving direction of a moving body and outputs a signal corresponding to the moving direction, and a filter process for a signal corresponding to one moving direction of the moving direction signal output unit. 1 filter circuit, a second filter circuit for filtering a signal corresponding to the other movement direction of the movement direction signal output unit, and an output of the first filter circuit and an output of the second filter circuit are added together A disturbance compensation unit that compensates the position command by adding the signal as a compensation input to the position command to the driving means is provided. As a result, a simple disturbance canceling feedforward compensator (FFC) can be configured, the influence of nonlinear friction can be suppressed, and the tracking response error can be reduced by reducing the trajectory tracking error compared to the conventional method. Can be improved.

本発明は、補償対象である非線形摩擦を２組の質量、バネ、ダンパでモデル化しても良い。その背景として、転がり案内特性等の非線形摩擦を有する装置の動特性は、１個の質量と２個のバネ及びクーロン摩擦要素で表現可能であり、また、一般に１自由度の振動系は２次標準形として表現可能なことから、非線形摩擦による外乱特性を２つの１自由度振動系の線形和で表現できる。このようにモデル化した外乱特性を補償する方法を以下に具体的に説明する。 In the present invention, nonlinear friction to be compensated may be modeled by two sets of masses, springs, and dampers. As the background, the dynamic characteristics of a device having nonlinear friction such as rolling guide characteristics can be expressed by one mass, two springs, and a Coulomb friction element. In general, a vibration system with one degree of freedom is a secondary system. Since it can be expressed as a standard form, the disturbance characteristics due to nonlinear friction can be expressed as a linear sum of two one-degree-of-freedom vibration systems. A method for compensating for the disturbance characteristics modeled in this way will be described in detail below.

はじめに、外乱相殺フィードフォワード補償器（ＦＦＣ）の出力を導出するための入力として、正方向の移動方向を「１」、負方向の移動方向を「−１」とする移動方向フラグを用いる。 First, as an input for deriving the output of the disturbance canceling feedforward compensator (FFC), a moving direction flag having a positive moving direction “1” and a negative moving direction “−1” is used.

次に、移動方向反転後からある時定数を持ってピークを生ずるような特性を実現するために、移動方向フラグによるステップ応答に対して任意の無駄時間要素を与えた信号が次の（１）式に示すような２次標準形の伝達関数を通過した特性を利用する。 Next, in order to realize the characteristic that a peak is generated with a certain time constant after the moving direction is reversed, a signal giving an arbitrary dead time element to the step response by the moving direction flag is the following (1). The characteristic that has passed through the transfer function of the second standard form as shown in the equation is used.

ここで、Ｋp ：正方向の任意のゲイン［Ｎｍ］
ωp ：正方向の任意の角周波数［ｒａｄ／ｓｅｃ］
ζp ：正方向の任意の減衰係数
次に、ＦＦＣの出力を一定値にある時定数を持って収束させるような特性を実現するために、（１）式同様、任意の無駄時間要素を与えた信号を次の（２）式に示すような２次標準形の伝達関数を通過した特性を利用する。 Where Kp: Arbitrary gain in the positive direction [Nm]
ωp: Any angular frequency in the positive direction [rad / sec]
ζp: Arbitrary damping coefficient in the positive direction Next, in order to realize a characteristic that converges the output of the FFC with a constant time constant, an arbitrary dead time element is given as in the equation (1). The characteristic that the signal has passed through the transfer function of the second standard form as shown in the following equation (2) is used.

ここで、Ｋm ：負方向の任意のゲイン［Ｎｍ］
ωm ：負方向の任意の角周波数［ｒａｄ／ｓｅｃ］
ζm ：負方向の任意の減衰係数
この後、任意の無駄時間要素により時間差を与えた２つの２次標準形の伝達関数出力和を、次の（３）式に示す最終的なＦＦＣの出力に利用する。 Where Km: arbitrary gain in the negative direction [Nm]
ωm: arbitrary angular frequency in the negative direction [rad / sec]
ζm: Arbitrary negative damping coefficient The transfer function output sum of two second-order standard forms given a time difference by an arbitrary dead time element is output as the final FFC output shown in the following equation (3). Use.

ここで、Ｔp ：正方向遅延時間
Ｔm ：負方向遅延時間
Ｆp(s)：正方向フィルタ
Ｆm(s)：負方向フィルタ
この外乱相殺フイードフォワード補償器（ＦＦＣ）をブロック線図に展開すると図６となる。図６において、ｅ^-Tpsとｅ^-Tmsは無駄時間回路部である。正方向フィルタＦp(s)と負方向フィルタＦm(s)は、例えば２次のＩＩＲフィルタで構成すると良い。 Where Tp: forward delay time
Tm: Negative direction delay time
Fp (s): Forward filter
Fm (s): Negative direction filter FIG. 6 is a block diagram of this disturbance cancellation feedforward compensator (FFC). In FIG. 6, e ^-Tps and e ^-Tms are ^dead time circuit units. The positive direction filter Fp (s) and the negative direction filter Fm (s) may be constituted by, for example, a secondary IIR filter.

無駄時間回路部ｅ^-Tpsと正方向フィルタＦp(s)とから第１フィルタ回路が構成され、無駄時間回路部ｅ^-Tmsと負方向フィルタＦm(s)とから第２フィルタ回路が構成される。移動方向信号出力部は、位置指令から移動体の移動方向を判定し、その移動方向に応じて「１」又は「−１」の信号を出力する。 A first filter circuit is composed of the ^dead time circuit unit e ^−Tps and the positive direction filter Fp (s), and a second filter circuit is composed of the ^dead time circuit unit e ^−Tms and the negative direction filter Fm (s). . The movement direction signal output unit determines the movement direction of the moving body from the position command, and outputs a signal of “1” or “−1” according to the movement direction.

ところで、移動体の動作モードとして、往復動作とインチング動作とがある。インチング動作とは、同一方向に連続して複数回の位置決め動作を行うことである。最近の本発明者らの研究結果によれば、上記（３）式に示すＦＦＣは、往復動作に対しては十分に摩擦外乱を補償できるが、インチング動作に対しては、摩擦外乱の補償性能が低下して、位置決め応答性能が低下することが判明した。この理由は、往復動作とインチング動作とでは駆動開始時（インチング動作方向反転時も含む）における外乱初期値が異なるためと考えられる。 By the way, there are a reciprocating operation and an inching operation as operation modes of the moving body. The inching operation is to perform a positioning operation a plurality of times continuously in the same direction. According to recent research results of the present inventors, the FFC shown in the above equation (3) can sufficiently compensate for the friction disturbance for the reciprocating operation, but for the inching operation, the friction disturbance compensation performance. It has been found that the positioning response performance deteriorates. This is presumably because the initial value of disturbance at the start of driving (including when the inching operation direction is reversed) is different between the reciprocating operation and the inching operation.

そこで、インチング動作を考慮した外乱フイードフォワード補償器を構成する場合は、インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて変化する駆動条件信号を出力する駆動条件信号出力部と、インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて前記駆動条件信号とは異なるアルゴリズムで変化するインチング動作補助信号を出力するインチング動作補助信号出力部と、前記駆動条件信号出力部から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して一方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号を出力する第１フィルタ回路と、前記駆動条件信号出力部から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して他方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号を出力する第２フィルタ回路と、前記インチング動作補助信号出力部から出力されるインチング動作補助信号をフィルタ処理してインチング動作に伴う外乱を補償するための信号を出力する第３フィルタ回路と、前記第１乃至第３の各フィルタ回路の出力信号を合成した信号を補償入力として前記駆動手段への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する外乱補償部とを備えた構成とすると良い。 Therefore, when configuring a disturbance feedforward compensator considering inching operation, a driving condition signal output unit that outputs a driving condition signal that changes according to the inching operation direction and the number of inching operations, and the inching operation direction and inching operation An inching operation auxiliary signal output unit that outputs an inching operation auxiliary signal that changes with an algorithm different from the driving condition signal according to the number of times, and the driving condition signal that is output from the driving condition signal output unit is subjected to filter processing. A first filter circuit that outputs a signal corresponding to the inching operation direction and the number of inching operations, and a filter processing of the driving condition signal output from the driving condition signal output unit, according to the other inching operation direction and the number of inching operations A second filter circuit for outputting a signal, and the inching operation complement A third filter circuit that outputs a signal for compensating for disturbance caused by the inching operation by filtering the inching operation auxiliary signal output from the signal output unit; and output signals of the first to third filter circuits. A disturbance compensation unit that compensates the position command by adding the synthesized signal as a compensation input to the position command to the driving means may be used.

この構成により、インチング動作を考慮した外乱フイードフォワード補償を実現することができ、インチング動作と往復動作のいずれであっても、非線形摩擦の影響を抑制することができ、軌跡追従誤差を低減して位置決め応答性能を向上させることができる。 With this configuration, it is possible to realize disturbance feedforward compensation that takes inching action into consideration, and it is possible to suppress the influence of nonlinear friction in both inching action and reciprocating action, and to reduce trajectory tracking errors. Positioning response performance can be improved.

この場合、駆動条件信号出力部は、インチング動作方向に応じて異なる値の信号（例えば正方向のインチング動作で「０」、負方向のインチング動作で「−１」）を出力する動作方向信号出力部と、一方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ他方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作カウンタとを備え、前記動作方向信号出力部の出力信号と前記インチング動作カウンタの出力信号とを合成して出力するように構成すれば良い。 In this case, the drive condition signal output unit outputs a signal having a different value depending on the inching operation direction (for example, “0” in the positive inching operation and “−1” in the negative inching operation). And an inching operation counter that counts up every inching operation in one direction and down-counts every inching operation in the other direction, and outputs an output signal of the operation direction signal output unit and an output signal of the inching operation counter. What is necessary is just to comprise so that it may synthesize | combine and output.

また、前記インチング動作補助信号出力部は、駆動開始時及びインチング動作方向反転時に１回目のインチング動作ではカウント動作せず、２回目以降のインチング動作では一方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ他方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作補助カウンタにより構成すると良い。 The inching operation auxiliary signal output unit does not count at the first inching operation at the start of driving and when the inching operation direction is reversed, and counts up every other inching operation at the second and subsequent inching operations. An inching operation auxiliary counter that counts down for each direction inching operation may be used.

この構成においても、第１乃至第３の各フィルタ回路は、それぞれ無駄時間回路部と２次のＩＩＲフィルタにより構成すると良い。 Also in this configuration, each of the first to third filter circuits is preferably configured by a dead time circuit unit and a secondary IIR filter.

以下、本発明を実施するための最良の形態をボールねじ駆動テーブル装置に適用して具体化した２つの実施例１，２を説明する。 In the following, two embodiments 1 and 2 which are embodied by applying the best mode for carrying out the present invention to a ball screw drive table device will be described.

本発明の実施例１では、往復動作を考慮した外乱フイードフォワード補償器の構成例を説明する。
まず、図１に基づいてボールねじ駆動テーブル装置の構成を説明する。
本システムでは、ボールねじ１０によってテーブル１１（移動体）を駆動する駆動手段としてＡＣサーボモータ１２を使用し、このモータ２の端部に設置されたエンコーダ１３（例えば１７ｂｉｔ絶対値シリアルエンコーダ）によって得られるモータ位置情報を用いて、テーブル１１上に設置された負荷装置１４の位置決め制御を実施する。テーブル１１は、リニアガイド１５に沿って移動する際に摩擦力を受け、負荷装置１４に機構振動が発生すると共に、高加減速を実現するモータトルクの反力が機台振動を励起し、位置決め性能を低下させる。 In the first embodiment of the present invention, a configuration example of a disturbance feedforward compensator considering reciprocal motion will be described.
First, the configuration of the ball screw drive table device will be described with reference to FIG.
In this system, an AC servo motor 12 is used as a driving means for driving the table 11 (moving body) by the ball screw 10 and obtained by an encoder 13 (for example, a 17-bit absolute value serial encoder) installed at the end of the motor 2. The positioning control of the load device 14 installed on the table 11 is performed using the motor position information. The table 11 receives a frictional force when moving along the linear guide 15, and mechanical vibration is generated in the load device 14, and the reaction force of the motor torque that realizes high acceleration / deceleration excites the machine base vibration and positioning. Reduce performance.

図７に、本制御対象に対して構成した２自由度制御系のブロック線図を示す。
図７中、Ｐ(s) は対象プラント、Ｄ(s) ／Ｆ(s) 、Ｎ(s) ／Ｆ(s) は、機台振動・機構振動を抑制するように設計されたフィードフォワード補償器、Ｃ(s) はフィードバック補償器、θ'Mは位置指令、θM はモータ位置、ｄは外乱である。ＦＦＣは、図６に示す外乱相殺フィードフォワード補償器である。 FIG. 7 shows a block diagram of a two-degree-of-freedom control system configured for this control target.
In FIG. 7, P (s) is the target plant, D (s) / F (s) and N (s) / F (s) are feed-forward compensation designed to suppress machine vibration and mechanical vibration. C (s) is a feedback compensator, θ′M is a position command, θM is a motor position, and d is a disturbance. The FFC is a disturbance cancellation feedforward compensator shown in FIG.

図６において、ｅ^-Tpsとｅ^-Tmsは無駄時間回路部２１，２２である。Ｆp(s)は正方向フィルタ２３、Ｆm(s)は負方向フィルタ２４であり、これら２つのフィルタ２３，２４［Ｆp(s)，Ｆm(s)］は、例えば２次のＩＩＲフィルタで構成されている。無駄時間回路部２１［ｅ^-Tps］と正方向フィルタ２３［Ｆp(s)］とから第１フィルタ回路２５が構成され、無駄時間回路部２２［ｅ^-Tms］と負方向フィルタ２４［Ｆm(s)］とから第２フィルタ回路２６が構成されている。移動方向信号出力部２７は、位置指令からテーブル１１の移動方向を判定し、その移動方向に応じて「１」又は「−１」の移動方向信号（移動方向フラグ）を出力する。第１フィルタ回路２５の出力Ｙp と第２フィルタ回路２６の出力Ｙp ，Ｙm を足し合わせてＦＦＣの出力を求める。 In FIG. 6, e ^−Tps and e ^−Tms are ^dead time circuit units 21 and 22. Fp (s) is a positive filter 23 and Fm (s) is a negative filter 24. These two filters 23 and 24 [Fp (s), Fm (s)] are composed of, for example, a second-order IIR filter. Has been. The dead time circuit unit 21 [e ^−Tps ] and the positive filter 23 [Fp (s)] constitute a first filter circuit 25, and the ^dead time circuit unit 22 [e ^−Tms ] and the negative filter 24 [Fm ( s)], the second filter circuit 26 is configured. The movement direction signal output unit 27 determines the movement direction of the table 11 from the position command, and outputs a movement direction signal (movement direction flag) of “1” or “−1” according to the movement direction. The output Yp of the first filter circuit 25 and the outputs Yp and Ym of the second filter circuit 26 are added to obtain the output of the FFC.

本制御対象の１次振動モードは装置全体の振動である機台振動であるため、その機台振動による位置決め制御性能劣化を防ぐとともに、装置全体の振動抑制も必要となる。 Since the primary vibration mode to be controlled is machine vibration that is vibration of the entire apparatus, it is necessary to prevent positioning control performance deterioration due to the machine vibration and to suppress vibration of the entire apparatus.

そこで、位置指令の含有周波数成分の整形により１次振動モードの制振を目指す。また、２次振動モードも制御帯域内に存在することから、その制振制御を目的に、フィードフォワード補償器Ｄ(s) ／Ｆ(s) 、Ｎ(s) ／Ｆ(s) を２次振動モードのみを有する２慣性系モデルに対する既約分解で設計する。３次振動モードについては必要となる制御帯域外であるが、フィードバック制御系の安定性を阻害する要因となるため、安定化の配慮が必要である。 Therefore, the vibration of the primary vibration mode is aimed by shaping the frequency component of the position command. Since the secondary vibration mode is also present in the control band, the feedforward compensators D (s) / F (s) and N (s) / F (s) are secondary for the purpose of vibration suppression control. Design with irreducible decomposition for a two-inertia model with only vibration modes. The tertiary vibration mode is outside the required control band, but it is a factor that hinders the stability of the feedback control system, and thus consideration of stabilization is necessary.

制振制御の基本原理は振動モード極成分の抑制にあり、操作量から振動モード極成分を除去する必要がある。このような考えの下、高速・高精度位置決めを実現する上では、精密モデルベースでのフィードフォワード補償が有効である。 The basic principle of damping control is to suppress the vibration mode pole component, and it is necessary to remove the vibration mode pole component from the manipulated variable. Under such a concept, feed-forward compensation based on a precision model is effective in realizing high-speed and high-precision positioning.

そこで、本制御対象に対して構成した既約分解表現に基づく２自由度制御系においては、フィードフォワード補償器Ｄ(s) ／Ｆ(s) によって生成されたフィードフォワードトルクにより、Ｎ(s) ／Ｆ(s) で規定される制振効果を持つ軌跡θ"M（理想応答）に実際のモータ位置θM を追従させることで制振制御を実現する。そのため、軌跡追従誤差ｅが生じない、すなわち軌跡追従誤差が零となることが振動抑制に繋がる。 Therefore, in the two-degree-of-freedom control system based on the irreducible decomposition expression configured for this control target, N (s) is obtained by the feedforward torque generated by the feedforward compensator D (s) / F (s). Vibration control is realized by causing the actual motor position θM to follow the locus θ ″ M (ideal response) having the damping effect defined by / F (s). Therefore, no locus following error e occurs. That is, the fact that the locus tracking error is zero leads to vibration suppression.

しかし、実際の制御対象のモデル化においては必ずモデル化誤差が伴い、また、未知外乱ｄも存在するため、所望の応答を実現することは一般に困難となる。ここで、フィードバック制御系の帯域が十分高ければ、外乱の影響を十分に抑圧することも可能となるが、実際には、安定性の観点から十分に帯域を拡大できない場合も多い。 However, in actual modeling of the controlled object, there is always a modeling error, and an unknown disturbance d is also present, so that it is generally difficult to realize a desired response. Here, if the bandwidth of the feedback control system is sufficiently high, it is possible to sufficiently suppress the influence of disturbance, but in reality, in many cases, the bandwidth cannot be sufficiently expanded from the viewpoint of stability.

そこで、実際に作用する外乱成分を把握（モデル化）し、その現象を抑制する補償を考える。ここでは、外乱ｄを相殺する外乱補償トルクｄ' を加えることで、見かけ制御対象に外乱が作用していない状態とし、フィードフォワード補償器による制振制御の効果を十分に引き出すことで、高速・高精度位置決めの実現を目指す。 Therefore, compensation that suppresses the phenomenon by grasping (modeling) the disturbance component that actually acts is considered. Here, by adding a disturbance compensation torque d ′ that cancels the disturbance d, the disturbance is not acting on the apparent control target, and the effect of the vibration suppression control by the feedforward compensator is sufficiently extracted. Aiming to realize high-precision positioning.

前述したように、本制御対象では、モデル化誤差や機構上発生する非線形摩擦等の外乱の影響により、軌跡追従誤差が発生して制振効果が劣化する。本制御対象では外乱成分として非線形摩擦の影響が顕著であることが分かっており、以降では外乱を非線形摩擦とする。 As described above, in this control target, a trajectory tracking error occurs due to the influence of disturbances such as modeling errors and nonlinear friction that occurs in the mechanism, and the damping effect deteriorates. In this control object, it is known that the influence of nonlinear friction is significant as a disturbance component, and the disturbance is hereinafter referred to as nonlinear friction.

本実施例１では、往復動作時の非線形摩擦に対して、より積極的に補償するため、簡易モデルを用いた外乱相殺フィードフォワード補償を行う。
次に、本実施例１の外乱相殺フィードフォワード補償器（ＦＦＣ）の出力の算出手順を図８のフローチャートを用いて説明する。 In the first embodiment, disturbance canceling feedforward compensation using a simple model is performed in order to more positively compensate for nonlinear friction during reciprocation.
Next, the calculation procedure of the output of the disturbance cancellation feedforward compensator (FFC) of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

［手順１］
位置指令の動作に同期し、位置指令の移動方向によって符号が反転する１／−１のデータ配列を移動方向フラグとして位置制御装置のメモリに格納する。 [Procedure 1]
In synchronization with the operation of the position command, a 1 / -1 data array whose sign is inverted depending on the movement direction of the position command is stored in the memory of the position control device as a movement direction flag.

例えば、位置指令から移動方向が正方向と判定された場合には移動方向フラグを「１」に設定し、負方向と判定された場合には移動方向フラグを「−１」に設定する。また、正方向、負方向の判定方法には、位置指令の前回動作最終位置と今回動作目標位置との差を使用する方法と、前回サンプル時間位置と今回サンプル時間位置の差、つまり指令速度方向を使用する方法が考えられる。 For example, when the movement direction is determined to be a positive direction from the position command, the movement direction flag is set to “1”, and when it is determined to be a negative direction, the movement direction flag is set to “−1”. The positive direction and negative direction are determined by using the difference between the last position of the previous position command and the current target position of the position command, and the difference between the previous sample time position and the current sample time position, that is, the command speed direction. The method of using can be considered.

［手順２］
メモリより出力された移動方向フラグの１／−１のデータ配列に対し、Ｔp 、Ｔm の遅延時間を持たせた指令信号Ｕp ，Ｕm （図６参照）をそれぞれ作成する。
例えば、位置制御装置の制御周期がＴs である場合、
Ｔp の遅延時間は、（ｌｏｎｇ）Ｔp ／Ｔs
Ｔm の遅延時間は、（ｌｏｎｇ）Ｔm ／Ｔs
となる遅れサンプル数で遅延時間を近似することもできる。また、その他に、パデ近似により、遅延時間を近似することも考えられる。
Ｔp ，Ｔm の遅延時間は、図６のＵp ，Ｕm に相当する。 [Procedure 2]
Command signals Up and Um (see FIG. 6) having delay times of Tp and Tm are respectively created for the data array of 1 / -1 of the movement direction flag output from the memory.
For example, when the control cycle of the position control device is Ts,
The delay time of Tp is (long) Tp / Ts
The delay time of Tm is (long) Tm / Ts
The delay time can be approximated by the number of delay samples. In addition, it is possible to approximate the delay time by Padé approximation.
The delay times of Tp and Tm correspond to Up and Um in FIG.

［手順３］
上記手順２で作成された２つの入力信号Ｕp ，Ｕm に対して、質量・バネ・ダンパで表現された２つのパルス伝達関数（１）式、（２）式を離散化したディジタルフィルタをそれぞれ通過させた出力Ｙp ，Ｙm （図６参照）を導出する。 [Procedure 3]
The two input signals Up and Um created in step 2 above are passed through digital filters obtained by discretizing the two pulse transfer functions (1) and (2) expressed by mass, spring and damper, respectively. Derived outputs Yp and Ym (see FIG. 6) are derived.

［手順４］
上記手順３で導出された２つの出力Ｙp ，Ｙm の和を求め、その計算結果をＦＦＣ出力とする。そして、このＦＦＣ出力を補償入力として位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する。この機能が特許請求の範囲でいう外乱補償部に相当する。 [Procedure 4]
The sum of the two outputs Yp and Ym derived in the above procedure 3 is obtained, and the calculation result is used as the FFC output. The position command is compensated by adding the FFC output as a compensation input to the position command. This function corresponds to a disturbance compensation unit in the claims.

以上説明した本実施例１のＦＦＣの動作例を図９に示す。各パラメータ文字については、図６のＦＦＣモデルに記述されているパラメータ文字と対応している。 FIG. 9 shows an operation example of the FFC according to the first embodiment described above. Each parameter character corresponds to the parameter character described in the FFC model of FIG.

図９において、移動方向フラグ（移動方向信号出力部２７の出力）は、移動方向が負方向から正方向に反転したときに、「−１」から「１」にステップ状に変化し、これが位置決め応答の立ち上がりに相当する。このステップ入力を受けて、第１フィルタ回路２５の無駄時間回路部２１［ｅ^-Tps］の出力Ｕp と第２フィルタ回路２６の無駄時間回路部２２［ｅ^-Tms］の出力Ｕm が所定の遅延時間を経て立ち上がる。このような時間差を持ったステップ指令を受け、正方向フィルタ２３［Ｆp(s)］、負方向フィルタ２４［Ｆm(s)］を通過した出力Ｙp 、Ｙm も所定の遅延時間を経て立ち上がり、これら２つの出力Ｙp 、Ｙm が足し合わされて最終的なＦＦＣ出力が求められる。このＦＦＣ出力を補償入力として位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する。これにより、実機応答より確認した外乱成分の概形に違い特性を実現出来ることが確認できる。このように設計したＦＦＣモデルの各パラメータを実機動作より推定した外乱成分を参考にしつつ、実機位置決め応答の軌跡追従誤差が小さくなるようにバラメータを決定することとなる。 In FIG. 9, the movement direction flag (output of the movement direction signal output unit 27) changes from “−1” to “1” stepwise when the movement direction is reversed from the negative direction to the positive direction. This corresponds to the rise of the response. In response to this step input, the output Up of the ^dead time circuit unit 21 [e ^−Tps ] of the first filter circuit 25 and the output Um of the ^dead time circuit unit 22 [e ^−Tms ] of the second filter circuit 26 are delayed by a predetermined amount. Stand up over time. In response to the step command having such a time difference, the outputs Yp and Ym that have passed through the positive direction filter 23 [Fp (s)] and the negative direction filter 24 [Fm (s)] also rise through a predetermined delay time. The two outputs Yp and Ym are added to obtain the final FFC output. This FFC output is added to the position command as a compensation input to compensate the position command. As a result, it can be confirmed that the characteristic can be realized in the outline of the disturbance component confirmed from the response of the actual machine. The parameters are determined so as to reduce the trajectory tracking error of the actual machine positioning response while referring to the disturbance component estimated from the actual machine operation for each parameter of the FFC model designed in this way.

図１０は任意のストロークにおいて、制御対象に対して推定外乱に遅延が発生しないように、オフラインで外乱オブザーバにより推定した推定摩擦トルクと、図６のＦＦＣモデルにより実際に作成した補償トルクと、バンバン制御による補償トルクを示している。この結果より、従来のバンバン制御と比較して、本発明のＦＦＣモデルは、補償トルクが実機推定摩擦トルク（外乱オブザーバによる推定摩擦トルク）に十分に近似できていることが分かる。 FIG. 10 shows the estimated friction torque estimated by the disturbance observer offline, the compensation torque actually created by the FFC model of FIG. The compensation torque by control is shown. From this result, it can be seen that, compared with the conventional bang-bang control, the FFC model of the present invention can sufficiently approximate the compensation torque to the actual machine estimated friction torque (estimated friction torque by the disturbance observer).

また、図１１は、往復動作に対する軌跡追従誤差のＦＦＴ（高速フーリエ変換）の分析結果を示している。このＦＦＴ結果を見れば、本発明のＦＦＣの軌跡追従誤差が従来のバンバン制御の軌跡追従誤差よりも著しく小さくなっていることが一目瞭然である。 FIG. 11 shows the analysis result of the FFT (Fast Fourier Transform) of the trajectory tracking error with respect to the reciprocating motion. From the FFT result, it is obvious that the trajectory tracking error of the FFC of the present invention is significantly smaller than the trajectory tracking error of the conventional bang-bang control.

図１２は、トルク指令のＦＦＴ結果を示している。このトルク指令のＦＦＴ結果を見れば、本発明のＦＦＣによるフィードバックトルクが従来のバンバン制御によるフィードバックトルクよりも、フイードフォワードトルクに近似できていることが分かる。これは、フイードフォワードトルクが所望の制振効果を得られるようなエネルギー特性を有する場合に、本発明により実際のトルク指令もその特性をより反映した出力となることを示している。結果として、制振効果が従来以上に期待でき、制御対象の位置決め性能も向上するものと思われる。 FIG. 12 shows the FFT result of the torque command. From the FFT result of this torque command, it can be seen that the feedback torque by the FFC of the present invention can be approximated to the feedforward torque rather than the feedback torque by the conventional bang-bang control. This indicates that when the feedforward torque has an energy characteristic that can obtain a desired vibration damping effect, an actual torque command is an output more reflecting the characteristic according to the present invention. As a result, the vibration control effect can be expected more than before, and the positioning performance of the controlled object is expected to improve.

ただし、ここで言うフイードフォワードトルクとは、図７のＤ(s) ／Ｆ(s) の出力値を意味し、また、指令トルクとは、図７のプラントＰ(s）への入力値を意味している。 However, the feedforward torque mentioned here means the output value of D (s) / F (s) in FIG. 7, and the command torque is the input value to the plant P (s) in FIG. Means.

ところで、移動体の動作モードとして、往復動作とインチング動作とがある。インチング動作とは、同一方向に連続して複数回の位置決め動作を行うことである。インチング動作での非線形摩擦モデルも、基本的には上記実施例１で説明した往復動作時の非線形摩擦モデルと同様に考えることができるが、最近の本発明者らの研究結果によれば、上記実施例１で説明した図６のＦＦＣは、往復動作に対しては十分に摩擦外乱を補償できるが、インチング動作に対しては、摩擦外乱の補償性能が低下して、位置決め応答性能が低下することが判明した。 By the way, there are a reciprocating operation and an inching operation as operation modes of the moving body. The inching operation is to perform a positioning operation a plurality of times continuously in the same direction. The non-linear friction model in the inching operation can be basically considered in the same manner as the non-linear friction model in the reciprocating operation described in the first embodiment, but according to recent research results of the present inventors, the above-mentioned The FFC of FIG. 6 described in the first embodiment can sufficiently compensate for the friction disturbance for the reciprocating operation, but for the inching operation, the friction disturbance compensation performance is lowered and the positioning response performance is lowered. It has been found.

この理由は、往復動作とインチング動作とでは駆動開始時（インチング動作方向反転時も含む）における外乱初期値が異なるためと考えられ、この対策として、各動作の切り換えに対応した非線形摩擦モデルを付加する必要があると考えられる。また、その場合に、往復動作時と同様の移動方向フラグでは、対応が困難になる。 The reason for this is thought to be that the initial disturbance value at the start of driving (including when the inching operation direction is reversed) differs between the reciprocating operation and the inching operation. As a countermeasure, a nonlinear friction model corresponding to each operation switching is added. It is thought that it is necessary to do. In this case, it is difficult to cope with the movement direction flag similar to that in the reciprocating operation.

そこで、本発明の実施例２では、これらの課題を解決して、インチング動作にも対応可能な外乱フィードフォワード補償器（以下「ＦＤＣ」と表記する）を構成する。本実施例２のＦＤＣは、図１３に示すように、インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて変化する駆動条件信号を出力する駆動条件信号出力部３１と、インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて前記駆動条件信号とは異なるアルゴリズムで変化するインチング動作補助信号Ｘb を出力するインチング動作補助信号出力部３２と、前記駆動条件信号出力部３１から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して一方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号Ｙp を出力する第１フィルタ回路３３と、前記駆動条件信号出力部３１から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して他方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号Ｙm を出力する第２フィルタ回路３４と、前記インチング動作補助信号出力部３２から出力されるインチング動作補助信号Ｘc をフィルタ処理してインチング動作に伴う外乱を補償するための信号Ｙi を出力する第３フィルタ回路３５と、前記第１乃至第３の各フィルタ回路３３〜３５の出力信号を合成した信号を補償入力として出力する。以下の説明では、「一方のインチング動作方向」を「正方向」とし、「他方のインチング動作方向」を「負方向」として説明するが、これと逆方向であっても良いことは言うまでもない。 Therefore, in the second embodiment of the present invention, a disturbance feedforward compensator (hereinafter referred to as “FDC”) that can cope with the inching operation is configured by solving these problems. As shown in FIG. 13, the FDC according to the second embodiment includes a driving condition signal output unit 31 that outputs a driving condition signal that changes according to the inching operation direction and the number of inching operations, and the inching operation direction and the number of inching operations. The inching operation auxiliary signal output unit 32 that outputs an inching operation auxiliary signal Xb that changes with an algorithm different from the driving condition signal, and the driving condition signal output from the driving condition signal output unit 31 The first filter circuit 33 that outputs a signal Yp corresponding to the inching operation direction and the number of inching operations, and the other inching operation direction and the number of inching operations by filtering the driving condition signal output from the driving condition signal output unit 31 And a second filter circuit 34 for outputting a signal Ym corresponding to the inching operation assist A third filter circuit 35 for filtering the inching operation auxiliary signal Xc output from the signal output unit 32 and outputting a signal Yi for compensating for disturbance caused by the inching operation, and the first to third filter circuits. A signal obtained by synthesizing the output signals 33 to 35 is output as a compensation input. In the following description, “one inching operation direction” is described as “positive direction” and “the other inching operation direction” is described as “negative direction”, but it is needless to say that the direction may be opposite to this.

駆動条件信号出力部３１は、位置指令からテーブル１１の移動方向を判定し、その移動方向に応じて「０」又は「−１」の動作方向信号Ｘa を出力する動作方向信号出力部３７と、正方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ負方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作カウンタ３８とを備え、前記動作方向信号出力部３７の出力Ｘa と前記インチング動作カウンタ３８の出力Ｘb とを合成して出力する。 The drive condition signal output unit 31 determines the movement direction of the table 11 from the position command, and outputs an operation direction signal Xa of “0” or “−1” according to the movement direction; An inching operation counter 38 that counts up every inching operation in the positive direction and down-counts every inching operation in the negative direction, and outputs the output Xa of the operation direction signal output unit 37 and the output Xb of the inching operation counter 38. Combine and output.

この駆動条件信号出力部３１から出力される駆動条件信号をフィルタ処理する第１フィルタ回路３３と第２フィルタ回路３４は、それぞれ前記実施例１の第１フィルタ回路２５と第２フィルタ回路２６と同様の構成であり、第１フィルタ回路３３は、無駄時間回路部４０［ｅ^-Tps］と正方向フィルタ４１［Ｆp(s)］とから構成され、第２フィルタ回路２６は、無駄時間回路部４２［ｅ^-Tms］と負方向フィルタ４３［Ｆm(s)］とから構成されている。正方向フィルタ４１と負方向フィルタ４３は、例えば２次のＩＩＲフィルタで構成されている。 The first filter circuit 33 and the second filter circuit 34 that filter the drive condition signal output from the drive condition signal output unit 31 are the same as the first filter circuit 25 and the second filter circuit 26 of the first embodiment, respectively. The first filter circuit 33 includes a dead time circuit unit 40 [e ^−Tps ] and a forward filter 41 [Fp (s)], and the second filter circuit 26 includes a dead time circuit unit 42. [E ^−Tms ] and a negative direction filter 43 [Fm (s)]. The positive direction filter 41 and the negative direction filter 43 are composed of, for example, a secondary IIR filter.

一方、インチング動作補助信号出力部３２は、駆動開始時及びインチング動作方向反転時に１回目のインチング動作ではカウント動作せず、２回目以降のインチング動作では正方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ負方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作補助カウンタにより構成されている。 On the other hand, the inching operation auxiliary signal output unit 32 does not count at the first inching operation at the start of driving and when the inching operation direction is reversed, and at the second and subsequent inching operations, it counts up every negative inching operation and is negative. It is composed of an inching operation auxiliary counter that counts down every inching operation in the direction.

このインチング動作補助信号出力部３２（インチング動作補助カウンタ）から出力されるインチング動作補助信号Ｘc をフィルタ処理する第３フィルタ回路３５は、無駄時間回路部４４［ｅ^-Tis］と２次のＩＩＲフィルタ４５［Ｆi(s)］とから構成されている。 The third filter circuit 35 for filtering the inching operation auxiliary signal Xc output from the inching operation auxiliary signal output unit 32 (inching operation auxiliary counter) includes a ^dead time circuit unit 44 [e ^−Tis ] and a secondary IIR filter. 45 [Fi (s)].

図１４には、インチング動作時の動作方向信号出力部３７の出力Ｘa とインチング動作カウンタ３８の出力Ｘb とインチング動作補助信号出力部３２（インチング動作補助カウンタ）の出力Ｘc の挙動の一例を示している。 FIG. 14 shows an example of the behavior of the output Xa of the operation direction signal output unit 37, the output Xb of the inching operation counter 38, and the output Xc of the inching operation auxiliary signal output unit 32 (inching operation auxiliary counter) during the inching operation. Yes.

以上のように構成されたＦＤＣは、第１フィルタ回路３３の出力Ｙp から第２フィルタ回路３４の出力Ｙm を減算した結果から第３フィルタ回路３５の出力Ｙi を減算してＦＤＣの出力を求める。
このＦＤＣの出力は、次式で演算される。 The FDC configured as described above subtracts the output Yi of the third filter circuit 35 from the result of subtracting the output Ym of the second filter circuit 34 from the output Yp of the first filter circuit 33 to obtain the output of the FDC.
The output of this FDC is calculated by the following equation.

図１５に、本実施例２の制御対象に対して構成した２自由度制御系のブロック線図を示す。
図１５中、Ｐ(s) は対象プラント、Ｄ(s) ／Ｆ(s) 、Ｎ(s) ／Ｆ(s) は、機台振動・機構振動を抑制するように設計されたフィードフォワード補償器、Ｃ(s) はフィードバック補償器、θ'Mは位置指令、θM はモータ位置、ｄは外乱である。ＦＤＣは、図１３に示す外乱相殺フィードフォワード補償器である。ＦＤＣの出力を対象プラントＰ(s) への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する。この機能が特許請求の範囲でいう外乱補償部に相当する。その他の構成は、前記実施例１と同じである。 FIG. 15 is a block diagram of a two-degree-of-freedom control system configured for the control target of the second embodiment.
In FIG. 15, P (s) is the target plant, D (s) / F (s) and N (s) / F (s) are feed-forward compensation designed to suppress machine vibration and mechanical vibration. C (s) is a feedback compensator, θ′M is a position command, θM is a motor position, and d is a disturbance. The FDC is a disturbance canceling feedforward compensator shown in FIG. The position command is compensated by adding the output of the FDC to the position command to the target plant P (s). This function corresponds to a disturbance compensation unit in the claims. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上説明した本実施例２のＦＤＣの有効性を確認するために、インチング動作による位置決め実験を行ったので、その実験結果を図１６と図１７に示す。
図１６は、ＦＤＣ有りの場合（実施例２）とＦＤＣ無しの場合（従来）におけるインチング動作の位置決め誤差を評価する実験結果である。この実験結果を見れば、ＦＤＣ有りの場合（実施例２）は、ＦＤＣ無しの場合（従来）よりもインチング動作の位置決め誤差が著しく小さくなっていることが一目瞭然であり、インチング動作に対してオーバーシュートを抑制した良好な位置決め応答を実現できる。 In order to confirm the effectiveness of the FDC according to the second embodiment described above, a positioning experiment by an inching operation was performed. The experimental results are shown in FIGS. 16 and 17.
FIG. 16 shows the experimental results for evaluating the positioning error of the inching operation when FDC is present (Example 2) and when FDC is not present (conventional). From this experimental result, it is obvious that the positioning error of the inching operation is significantly smaller when the FDC is present (Example 2) than when the FDC is not present (conventional). Good positioning response with suppressed chute can be realized.

図１７は、インチング動作における外乱推定トルクとＦＦＣ（実施例１）とＦＤＣ（実施例２）による補償トルクの違いを評価する実験結果である。外乱推定トルクは、前述した外乱オブザーバを用いてインチング動作時の外乱推定した結果である。ＦＦＣ（実施例１）とＦＤＣ（実施例２）とを比較すると、インチング動作では、ＦＤＣ（実施例２）の方が補償トルクと実際の外乱（外乱推定トルク）との誤差が明らかに小さく、実際の外乱に対して補償トルクをより正確に近似できることが確認された。 FIG. 17 shows the experimental results for evaluating the difference between the estimated disturbance torque in the inching operation and the compensation torque due to FFC (Example 1) and FDC (Example 2). The estimated disturbance torque is a result of estimating the disturbance during the inching operation using the above-described disturbance observer. Comparing FFC (Example 1) and FDC (Example 2), in the inching operation, the error between the compensation torque and the actual disturbance (disturbance estimated torque) is clearly smaller in FDC (Example 2). It was confirmed that the compensation torque can be approximated more accurately to actual disturbances.

尚、上記各実施例１，２は、本発明をボールねじ駆動テーブル装置に適用した実施例であるが、テーブル等の移動体をガイド支持したリニアモータシステム等、摩擦部品を用いた位置決めシステム全般に用いることが可能であることは言うまでもない。また、上記各実施例１，２では、位置制御装置内で２自由度制御回路が構成されているが、これに限定されるものではなく、種々の制御回路に対して、本発明を適用することが可能である。 In addition, although each said Example 1, 2 is an Example which applied this invention to the ball screw drive table apparatus, the positioning system whole using friction parts, such as a linear motor system which supported moving bodies, such as a table, is guided. It goes without saying that it can be used for the above. In each of the first and second embodiments, the two-degree-of-freedom control circuit is configured in the position control device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to various control circuits. It is possible.

本発明の実施例１におけるボールねじ駆動テーブル装置構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the ball screw drive table apparatus in Example 1 of this invention. 従来のフィードバック方式のバンバン制御システムのブロック線図である。It is a block diagram of the conventional bang-bang control system of a feedback system. 従来のフィードフォワード方式のバンバン制御システムのブロック線図である。It is a block diagram of the conventional bang-bang control system of a feedforward system. ２自由度制御系にバンバントルク補償回路と摩擦推定のためのオブザーバを組み合わせた制御系のブロック線図である。It is a block diagram of a control system in which a bang-bang torque compensation circuit and an observer for friction estimation are combined with a two-degree-of-freedom control system. オブザーバによる推定摩擦トルクとバンバントルク補償コントローラによる補償トルクとの関係を検証する図である。It is a figure which verifies the relationship between the estimated friction torque by an observer, and the compensation torque by a bang-bang torque compensation controller. 本発明の実施例１のＦＦＣモデルのブロック線図である。It is a block diagram of the FFC model of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１の２自由度制御系のブロック線図である。It is a block diagram of the 2 degree-of-freedom control system of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例１のＦＦＣ出力の算出手順を示すフローチャートであある。It is a flowchart which shows the calculation procedure of the FFC output of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１のＦＦＣの動作例を示す図である。It is a figure which shows the operation example of FFC of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１のＦＦＣによる摩擦トルクの補償精度を説明する図である。It is a figure explaining the compensation precision of the friction torque by FFC of Example 1 of this invention. 軌跡追従誤差のＦＦＴ結果を示す図である。It is a figure which shows the FFT result of a locus | trajectory tracking error. トルク指令のＦＦＴ結果を示す図である。It is a figure which shows the FFT result of a torque command. 本発明の実施例２のＦＤＣモデルのブロック線図である。It is a block diagram of the FDC model of Example 2 of this invention. インチング動作時の動作方向信号出力部３７の出力Ｘa とインチング動作カウンタ３８の出力Ｘb とインチング動作補助信号出力部３２の出力Ｘc の挙動の一例を示したタイムチャートである。4 is a time chart showing an example of behavior of an output Xa of an operation direction signal output unit 37, an output Xb of an inching operation counter 38, and an output Xc of an inching operation auxiliary signal output unit 32 during an inching operation. 本発明の実施例２の２自由度制御系のブロック線図である。It is a block diagram of the 2 degree-of-freedom control system of Example 2 of the present invention. ＦＤＣ有りの場合（実施例２）とＦＤＣ無しの場合（従来）におけるインチング動作の位置決め誤差を評価する実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which evaluates the positioning error of an inching operation in the case of FDC presence (Example 2) and the case of no FDC (conventional). インチング動作における外乱推定トルクとＦＦＣ（実施例１）とＦＤＣ（実施例２）による補償トルクの違いを評価する実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which evaluates the difference of the compensation torque by disturbance estimation torque in Finch (Example 1), and FDC (Example 2) in an inching operation | movement.

符号の説明Explanation of symbols

１１…テーブル（移動体）、１２…モータ（駆動手段）、１４…負荷装置、２１，２２…無駄時間回路部、２３…正方向フィルタ（ＩＩＲフィルタ）、２４…負方向フィルタ（ＩＩＲフィルタ）、２５…第１フィルタ回路、２６…第２フィルタ回路、２７…移動方向信号出力部、３１…駆動条件信号出力部、３２…インチング動作補助信号出力部（インチング動作補助カウンタ）、３３…第１フィルタ回路、３４…第２フィルタ回路、３５…第３フィルタ回路、３７…動作方向信号出力部、３８…インチング動作カウンタ、４０…無駄時間回路部、４１…正方向フィルタ（ＩＩＲフィルタ）、４２…無駄時間回路部、４３…負方向フィルタ（ＩＩＲフィルタ）、４４…無駄時間回路部、４５…ＩＩＲフィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Table (moving body), 12 ... Motor (drive means), 14 ... Load device, 21, 22 ... Dead time circuit part, 23 ... Positive direction filter (IIR filter), 24 ... Negative direction filter (IIR filter), DESCRIPTION OF SYMBOLS 25 ... 1st filter circuit, 26 ... 2nd filter circuit, 27 ... Movement direction signal output part, 31 ... Drive condition signal output part, 32 ... Inching operation auxiliary signal output part (inching operation auxiliary counter), 33 ... First filter Circuit 34... Second filter circuit 35. Third filter circuit 37 Operation direction signal output section 38 Inching operation counter 40 Waste time circuit section 41 Forward filter (IIR filter) 42 Waste Time circuit unit, 43 ... Negative direction filter (IIR filter), 44 ... Dead time circuit unit, 45 ... IIR filter

Claims

移動時に摩擦力が作用する移動体を駆動する駆動手段に位置指令を入力して該移動体の位置を制御する位置制御装置において、
前記移動体の移動方向を判定し、その移動方向に応じた信号を出力する移動方向信号出力部と、
前記移動方向信号出力部の一方の移動方向に応じた信号をフィルタ処理する第１フィルタ回路と、
前記移動方向信号出力部の他方の移動方向に応じた信号をフィルタ処理する第２フィルタ回路と、
前記第１フィルタ回路の出力と前記第２フィルタ回路の出力とを足し合わせた信号を補償入力として前記駆動手段への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する外乱補償部と
を備えていることを特徴とする位置制御装置。 In a position control device for controlling the position of a moving body by inputting a position command to a driving means that drives a moving body on which a frictional force acts when moving,
A moving direction signal output unit that determines a moving direction of the moving body and outputs a signal corresponding to the moving direction;
A first filter circuit for filtering a signal corresponding to one moving direction of the moving direction signal output unit;
A second filter circuit for filtering a signal corresponding to the other movement direction of the movement direction signal output unit;
A disturbance compensator that compensates the position command by adding the signal obtained by adding the output of the first filter circuit and the output of the second filter circuit as a compensation input to the position command to the driving means. A position control device characterized by that.

前記移動方向信号出力部は、前記位置指令から前記移動体の移動方向を判定し、その移動方向に応じて「１」又は「−１」の信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。 The movement direction signal output unit determines a movement direction of the moving body from the position command, and outputs a signal of “1” or “−1” according to the movement direction. The position control device described.

前記第１フィルタ回路及び前記第２フィルタ回路は、無駄時間回路部と２次のＩＩＲフィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置制御装置。 The position control device according to claim 1, wherein the first filter circuit and the second filter circuit are configured by a dead time circuit unit and a secondary IIR filter.

移動時に摩擦力が作用する移動体を駆動する駆動手段に位置指令を入力して該移動体をインチング動作させて該移動体の位置を制御する位置制御装置において、
インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて変化する駆動条件信号を出力する駆動条件信号出力部と、
インチング動作方向及びインチング動作回数に応じて前記駆動条件信号とは異なるアルゴリズムで変化するインチング動作補助信号を出力するインチング動作補助信号出力部と、
前記駆動条件信号出力部から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して一方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号を出力する第１フィルタ回路と、
前記駆動条件信号出力部から出力される駆動条件信号をフィルタ処理して他方のインチング動作方向及びインチング動作回数に応じた信号を出力する第２フィルタ回路と、
前記インチング動作補助信号出力部から出力されるインチング動作補助信号をフィルタ処理してインチング動作に伴う外乱を補償するための信号を出力する第３フィルタ回路と、
前記第１乃至第３の各フィルタ回路の出力信号を合成した信号を補償入力として前記駆動手段への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する外乱補償部と
を備えていることを特徴とする位置制御装置。 In a position control device for controlling the position of the moving body by inputting a position command to a driving means for driving the moving body on which a frictional force is applied during movement and inching the moving body.
A driving condition signal output unit that outputs a driving condition signal that changes according to the inching operation direction and the number of inching operations;
An inching operation auxiliary signal output unit that outputs an inching operation auxiliary signal that changes with an algorithm different from the driving condition signal according to the inching operation direction and the number of inching operations;
A first filter circuit that filters the drive condition signal output from the drive condition signal output unit and outputs a signal corresponding to one inching operation direction and the number of inching operations;
A second filter circuit that filters the driving condition signal output from the driving condition signal output unit and outputs a signal corresponding to the other inching operation direction and the number of inching operations;
A third filter circuit that filters the inching operation auxiliary signal output from the inching operation auxiliary signal output unit and outputs a signal for compensating for disturbance caused by the inching operation;
A disturbance compensator that compensates the position command by adding a signal obtained by combining the output signals of the first to third filter circuits as a compensation input to the position command to the driving means. Position control device.

前記駆動条件信号出力部は、インチング動作方向に応じて異なる値の信号を出力する動作方向信号出力部と、一方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ他方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作カウンタとを備え、前記動作方向信号出力部の出力信号と前記インチング動作カウンタの出力信号とを合成して出力し、
前記インチング動作補助信号出力部は、駆動開始時及びインチング動作方向反転時に１回目のインチング動作ではカウント動作せず、２回目以降のインチング動作では一方向のインチング動作毎にアップカウントし且つ他方向のインチング動作毎にダウンカウントするインチング動作補助カウンタにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載の位置制御装置。 The driving condition signal output unit includes an operation direction signal output unit that outputs a signal having a different value depending on the inching operation direction, and an inching that performs up-counting for each inching operation in one direction and down-counting for each inching operation in the other direction. An operation counter, synthesize and output the output signal of the operation direction signal output unit and the output signal of the inching operation counter,
The inching operation auxiliary signal output unit does not count at the first inching operation at the start of driving and when the inching operation direction is reversed, and at the second and subsequent inching operations, it counts up for each inching operation in one direction and in the other direction. 5. The position control device according to claim 4, wherein the position control device comprises an inching operation auxiliary counter that counts down every inching operation.

前記第１乃至第３の各フィルタ回路は、それぞれ無駄時間回路部と２次のＩＩＲフィルタにより構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の位置制御装置。 6. The position control device according to claim 4, wherein each of the first to third filter circuits includes a dead time circuit unit and a secondary IIR filter.