JP2008243176A - 位置制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動方向信号出力部27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27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25と、移動方向信号出力部27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26を設けて外乱相殺フィードフォワード補償器(FFC)を構成する。第1フィルタ回路25は、無駄時間回路部21と正方向フィルタ23とから構成し、第2フィルタ回路26は、無駄時間回路部22と負方向フィルタ24とから構成する。正方向フィルタ23、負方向フィルタ24を通過した出力Yp 、Ym を足し合わせてFFC指令を求め、このFFC指令をモータ(駆動源)への位置指令に足し合わせて該位置指令を補償する。
【選択図】図6
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
このFDCの出力は、次式で演算される。
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。
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。
Claims (6)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
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