JP3232252B2 - 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 - Google Patents
位置決め制御装置及び位置決め制御方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械等におけ
る位置決めサーボシステムの位置決め制御装置及び位置
決め制御方法に関するものである。
る位置決めサーボシステムの位置決め制御装置及び位置
決め制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、レーザ加工機の様に位置決め速
度や加工送り速度が高速を要求される工作機械において
は、予め設定された位置指令データに基づきサーボモー
タが制御されて、ワークを支持した加工テーブルや加工
ヘッドが位置決め制御されるようになっている。この位
置決め制御を、その制御系のゲインを高くしたりフィー
ドフォワード制御等を取り入れたりすることなく高精度
に行うための技術として、いわゆる周波数領域逆伝達関
数補正制御方法と呼ばれるものが従来より知られてい
る。この制御方法は、位置指令データによって制御され
た結果得られる実際の移動位置データと、理想的な移動
量を与える理想位置指令データとから周波数領域での伝
達関数を算出し、その伝達関数に基づき位置指令データ
の周波数特性を補正するものである。
度や加工送り速度が高速を要求される工作機械において
は、予め設定された位置指令データに基づきサーボモー
タが制御されて、ワークを支持した加工テーブルや加工
ヘッドが位置決め制御されるようになっている。この位
置決め制御を、その制御系のゲインを高くしたりフィー
ドフォワード制御等を取り入れたりすることなく高精度
に行うための技術として、いわゆる周波数領域逆伝達関
数補正制御方法と呼ばれるものが従来より知られてい
る。この制御方法は、位置指令データによって制御され
た結果得られる実際の移動位置データと、理想的な移動
量を与える理想位置指令データとから周波数領域での伝
達関数を算出し、その伝達関数に基づき位置指令データ
の周波数特性を補正するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、周波数領域
での逆伝達関数補正制御方法では、伝達関数の算出に際
してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理が必要になる。こ
のＦＦＴ処理は時間がかかるものであり、位置決め制御
を高速に行うことが困難であった。特に、加工テーブル
や加工ヘッドの動作速度が高速になると、その動作速度
に対してＦＦＴ処理を確実に追随して行うことができな
くなって、高精度な位置決め制御を行い得なくなるとい
う問題があった。
での逆伝達関数補正制御方法では、伝達関数の算出に際
してＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理が必要になる。こ
のＦＦＴ処理は時間がかかるものであり、位置決め制御
を高速に行うことが困難であった。特に、加工テーブル
や加工ヘッドの動作速度が高速になると、その動作速度
に対してＦＦＴ処理を確実に追随して行うことができな
くなって、高精度な位置決め制御を行い得なくなるとい
う問題があった。
【０００４】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、その目的は、位置決め制御を、その
制御系のゲインを高くしたりフィードフォワード制御等
を取り入れたりすることなく、高速かつ高精度に行うこ
とができる位置決め制御装置及び位置決め制御方法を提
供することにある。
れたものであって、その目的は、位置決め制御を、その
制御系のゲインを高くしたりフィードフォワード制御等
を取り入れたりすることなく、高速かつ高精度に行うこ
とができる位置決め制御装置及び位置決め制御方法を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の位置決め制御装置の発明では、補正後
の位置指令データと、その補正後の位置指令データに基
づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実移動位
置データとを記憶する位置データ記憶手段と、前記記憶
された補正後の位置指令データと実移動位置データとに
基づき、現時点での伝達関数時間要素を求める伝達関数
時間要素演算手段と、前記求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データを補正する位置指令データ補正
手段とを有し、補正後の位置指令データに基づき制御対
象を位置決め制御するようにしたものである。
めに、請求項１の位置決め制御装置の発明では、補正後
の位置指令データと、その補正後の位置指令データに基
づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実移動位
置データとを記憶する位置データ記憶手段と、前記記憶
された補正後の位置指令データと実移動位置データとに
基づき、現時点での伝達関数時間要素を求める伝達関数
時間要素演算手段と、前記求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データを補正する位置指令データ補正
手段とを有し、補正後の位置指令データに基づき制御対
象を位置決め制御するようにしたものである。
【０００６】請求項２の発明では、請求項１において、
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ最新のものから過去複数
個分記憶しておくものである。
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ最新のものから過去複数
個分記憶しておくものである。
【０００７】請求項３の発明では、請求項２において、
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ少なくとも５つ分記憶し
ておくものである。
前記位置データ記憶手段は、補正後の位置指令データ及
び実移動位置データをそれぞれ少なくとも５つ分記憶し
ておくものである。
【０００８】請求項４の発明では、請求項１〜３のいず
れかにおいて、前記位置指令データの微分データを算出
する第１の微分データ算出手段と、位置データ記憶手段
に記憶された実移動位置データの微分データを算出する
第２の微分データ算出手段とを設け、前記伝達関数時間
要素演算手段は、補正後の位置指令データと実移動位置
データ及びその微分データとに基づき伝達関数時間要素
を求め、前記位置指令データ補正手段は、求められた伝
達関数時間要素と位置指令データ及びその微分データと
に基づき、位置指令データを補正するものである。
れかにおいて、前記位置指令データの微分データを算出
する第１の微分データ算出手段と、位置データ記憶手段
に記憶された実移動位置データの微分データを算出する
第２の微分データ算出手段とを設け、前記伝達関数時間
要素演算手段は、補正後の位置指令データと実移動位置
データ及びその微分データとに基づき伝達関数時間要素
を求め、前記位置指令データ補正手段は、求められた伝
達関数時間要素と位置指令データ及びその微分データと
に基づき、位置指令データを補正するものである。
【０００９】請求項５の位置決め制御方法の発明では、
補正後の位置指令データと、その補正後の位置指令デー
タに基づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実
移動位置データとを記憶しておき、その記憶された補正
後の位置指令データと実移動位置データとに基づき、現
時点での伝達関数時間要素を求め、その求められた伝達
関数時間要素に基づき位置指令データを補正し、その補
正後の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御
するようにしたものである。
補正後の位置指令データと、その補正後の位置指令デー
タに基づき制御対象を位置決め制御した結果得られる実
移動位置データとを記憶しておき、その記憶された補正
後の位置指令データと実移動位置データとに基づき、現
時点での伝達関数時間要素を求め、その求められた伝達
関数時間要素に基づき位置指令データを補正し、その補
正後の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御
するようにしたものである。
【００１０】従って、請求項１〜５の発明は、次のよう
な作用を奏する。請求項１及び５の発明によれば、位置
指令データは伝達関数時間要素に基づき補正される。そ
して、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が
位置決め制御される。また、補正後の位置指令データ
と、その補正後の位置指令データに基づき制御対象を位
置決め制御した結果得られる実移動位置データとが記憶
される。そして、その記憶された補正後の位置指令デー
タと実移動位置データとに基づき、現時点での伝達関数
時間要素が求められ、その求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データが補正される。
な作用を奏する。請求項１及び５の発明によれば、位置
指令データは伝達関数時間要素に基づき補正される。そ
して、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が
位置決め制御される。また、補正後の位置指令データ
と、その補正後の位置指令データに基づき制御対象を位
置決め制御した結果得られる実移動位置データとが記憶
される。そして、その記憶された補正後の位置指令デー
タと実移動位置データとに基づき、現時点での伝達関数
時間要素が求められ、その求められた伝達関数時間要素
に基づき位置指令データが補正される。
【００１１】このように、過去の補正後の位置指令デー
タと実移動位置データとに基づき求められた伝達関数時
間要素によって、現時点での位置指令データが補正さ
れ、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が位
置決め制御される。つまり、逆伝達関数補正制御が周波
数領域でなく時間領域だけで行われているので、演算処
理時間のかかるＦＦＴや逆ＦＦＴ等を行うことなく、簡
単な演算を行うだけでよい。
タと実移動位置データとに基づき求められた伝達関数時
間要素によって、現時点での位置指令データが補正さ
れ、その補正後の位置指令データに基づき制御対象が位
置決め制御される。つまり、逆伝達関数補正制御が周波
数領域でなく時間領域だけで行われているので、演算処
理時間のかかるＦＦＴや逆ＦＦＴ等を行うことなく、簡
単な演算を行うだけでよい。
【００１２】請求項２の発明によれば、刻々と変化する
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められる。
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められる。
【００１３】請求項３の発明によれば、過去のデータを
少なくとも５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。
少なくとも５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。
【００１４】請求項４の発明によれば、微分データを算
出することにより、位置決め制御時において位置指令デ
ータの速度分や加速度分等を反映させることができる。
このため、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測した
ことになり、位置決め制御をより高精度に行うことがで
きる。
出することにより、位置決め制御時において位置指令デ
ータの速度分や加速度分等を反映させることができる。
このため、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測した
ことになり、位置決め制御をより高精度に行うことがで
きる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の
位置決め制御装置の制御ブロック図を示すものである。
なお、この位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機に
おいて、ワークを支持した加工テーブルをＸ軸方向へ位
置決め制御するとともに、加工ヘッド２７をＹ軸及びＺ
軸方向へ位置決め制御するために用いられるものであ
る。各軸方向の駆動手段としてはそれぞれ例えばＡＣサ
ーボモータが用いられ、各サーボモータは、それぞれＸ
軸用コントローラ１１、Ｙ軸用コントローラ１２及びＺ
軸用コントローラ１３によって制御されるようになって
いる。これらのコントローラ１１，１２，１３は、ＣＰ
Ｕ（中央処理装置）、制御プログラム等を記憶したＲＯ
Ｍ及び各種情報を記憶するＲＡＭ等によって構成されて
いる。なお、３つのコントローラ１１，１２，１３の構
成は同じであるので、この図１では、Ｘ軸用コントロー
ラ１１及び同コントローラ１１によって制御されるＸ軸
用サーボモータ１４のみを示す。
形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の
位置決め制御装置の制御ブロック図を示すものである。
なお、この位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機に
おいて、ワークを支持した加工テーブルをＸ軸方向へ位
置決め制御するとともに、加工ヘッド２７をＹ軸及びＺ
軸方向へ位置決め制御するために用いられるものであ
る。各軸方向の駆動手段としてはそれぞれ例えばＡＣサ
ーボモータが用いられ、各サーボモータは、それぞれＸ
軸用コントローラ１１、Ｙ軸用コントローラ１２及びＺ
軸用コントローラ１３によって制御されるようになって
いる。これらのコントローラ１１，１２，１３は、ＣＰ
Ｕ（中央処理装置）、制御プログラム等を記憶したＲＯ
Ｍ及び各種情報を記憶するＲＡＭ等によって構成されて
いる。なお、３つのコントローラ１１，１２，１３の構
成は同じであるので、この図１では、Ｘ軸用コントロー
ラ１１及び同コントローラ１１によって制御されるＸ軸
用サーボモータ１４のみを示す。
【００１６】Ｘ軸用サーボモータ１４の出力軸にはボー
ルねじ１５が連結され、このボールねじ１５にはキャリ
ッジ１６が螺合されている。キャリッジ１６には図示し
ない加工テーブルが連結されている。従って、サーボモ
ータ１４の駆動に伴うボールねじ１５の回転により、キ
ャリッジ１６が加工テーブルとともにＸ軸方向へ移動さ
れる。本実施形態では、サーボモータ１４及びキャリッ
ジ１６等が、制御対象となる。位置検出部１７は、サー
ボモータ１４の回転角度の検出に基づき、キャリッジ１
６の移動位置を求める。
ルねじ１５が連結され、このボールねじ１５にはキャリ
ッジ１６が螺合されている。キャリッジ１６には図示し
ない加工テーブルが連結されている。従って、サーボモ
ータ１４の駆動に伴うボールねじ１５の回転により、キ
ャリッジ１６が加工テーブルとともにＸ軸方向へ移動さ
れる。本実施形態では、サーボモータ１４及びキャリッ
ジ１６等が、制御対象となる。位置検出部１７は、サー
ボモータ１４の回転角度の検出に基づき、キャリッジ１
６の移動位置を求める。
【００１７】位置データプログラム部１８には、Ｘ軸、
Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向における目標移動位置データが
予めプログラムされている。位置指令データ分配部１９
は、位置データプログラム部１８から入力した目標移動
位置データを、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向における
位置指令データｒ(t) に分配して、各コントローラ１
１，１２，１３に出力する。
Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向における目標移動位置データが
予めプログラムされている。位置指令データ分配部１９
は、位置データプログラム部１８から入力した目標移動
位置データを、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向における
位置指令データｒ(t) に分配して、各コントローラ１
１，１２，１３に出力する。
【００１８】ここで、Ｘ軸用コントローラ１１について
説明すると、第１の微分データ算出部２０は、位置指令
データ分配部１９から入力した位置指令データｒ(t) を
時間ｔで１階微分したデータｒ'(t)と、時間ｔで２階微
分したデータｒ"(t)とを算出する。言い換えれば、第１
の微分データ算出部２０は、位置指令データｒ(t) の速
度分と加速度分とを算出する。そして、第１の微分デー
タ算出部２０は、位置指令データｒ(t) 及び同データｒ
(t) の微分データｒ'(t)，ｒ"(t)を位置指令データ補正
部２１に出力する。
説明すると、第１の微分データ算出部２０は、位置指令
データ分配部１９から入力した位置指令データｒ(t) を
時間ｔで１階微分したデータｒ'(t)と、時間ｔで２階微
分したデータｒ"(t)とを算出する。言い換えれば、第１
の微分データ算出部２０は、位置指令データｒ(t) の速
度分と加速度分とを算出する。そして、第１の微分デー
タ算出部２０は、位置指令データｒ(t) 及び同データｒ
(t) の微分データｒ'(t)，ｒ"(t)を位置指令データ補正
部２１に出力する。
【００１９】位置指令データ補正部２１は、第１の微分
データ算出部２０から入力した位置指令データｒ(t) 及
び微分データｒ'(t)，ｒ"(t)と、後述する伝達関数時間
要素演算部２２から入力した伝達関数時間要素α1 ，α
2 ，α3 とに基づき、下記式（１）に従って、補正後の
位置指令データｉ(t) を求める。そして、位置指令デー
タ補正部２１は、求めた補正後の位置指令データｉ(t)
を減算器２３に出力する。 ｉ(t) ＝α1 ・ｒ(t) ＋α2 ・ｒ'(t)＋α3 ・ｒ"(t) …（１） また、減算器２３は、前記位置検出部１７からキャリッ
ジ１６の移動位置データ（実移動位置データ）Ｏ(t) を
入力する。そして、減算器２３は、入力した補正後の位
置指令データｉ(t) と実移動位置データＯ(t) との差を
求めて、その差をサーボモータ駆動部２４に出力する。
サーボモータ駆動部２４は、入力値に基づきサーボモー
タ１４を駆動制御する。
データ算出部２０から入力した位置指令データｒ(t) 及
び微分データｒ'(t)，ｒ"(t)と、後述する伝達関数時間
要素演算部２２から入力した伝達関数時間要素α1 ，α
2 ，α3 とに基づき、下記式（１）に従って、補正後の
位置指令データｉ(t) を求める。そして、位置指令デー
タ補正部２１は、求めた補正後の位置指令データｉ(t)
を減算器２３に出力する。 ｉ(t) ＝α1 ・ｒ(t) ＋α2 ・ｒ'(t)＋α3 ・ｒ"(t) …（１） また、減算器２３は、前記位置検出部１７からキャリッ
ジ１６の移動位置データ（実移動位置データ）Ｏ(t) を
入力する。そして、減算器２３は、入力した補正後の位
置指令データｉ(t) と実移動位置データＯ(t) との差を
求めて、その差をサーボモータ駆動部２４に出力する。
サーボモータ駆動部２４は、入力値に基づきサーボモー
タ１４を駆動制御する。
【００２０】一方、位置検出部１７の出力であるキャリ
ッジ１６の実移動位置データＯ(t)は、位置データ記憶
部２５にも出力される。さらに、位置指令データ補正部
２１の出力である補正後の位置指令データｉ(t) も、位
置データ記憶部２５に出力される。位置データ記憶部２
５は、図２及び図３に示すように、過去５つ分の補正後
の位置指令データｉ(t1)〜ｉ(t5)とこれに対応する実移
動位置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)とをそれぞれ格納する。す
なわち、位置データ記憶部２５は、最新のデータｉ(t)
，Ｏ(t) が入力されたとき、その最新の入力データｉ
(t) ，Ｏ(t) をｔ１の欄にｉ(t1)，Ｏ(t1)として格納す
るとともに、ｔ１〜ｔ４の欄に格納されていたデータｉ
(t1)〜ｉ(t4)，Ｏ(t1)〜Ｏ(t4)を、それぞれｔ２〜ｔ５
の欄に順にシフトして、ｉ(t2)〜ｉ(t5)，Ｏ(t2)〜Ｏ(t
5)として格納し直す。なお、ｔ５の欄に格納されていた
データｉ(t5)，Ｏ(t5)は、使用済みのデータとして捨て
られる。
ッジ１６の実移動位置データＯ(t)は、位置データ記憶
部２５にも出力される。さらに、位置指令データ補正部
２１の出力である補正後の位置指令データｉ(t) も、位
置データ記憶部２５に出力される。位置データ記憶部２
５は、図２及び図３に示すように、過去５つ分の補正後
の位置指令データｉ(t1)〜ｉ(t5)とこれに対応する実移
動位置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)とをそれぞれ格納する。す
なわち、位置データ記憶部２５は、最新のデータｉ(t)
，Ｏ(t) が入力されたとき、その最新の入力データｉ
(t) ，Ｏ(t) をｔ１の欄にｉ(t1)，Ｏ(t1)として格納す
るとともに、ｔ１〜ｔ４の欄に格納されていたデータｉ
(t1)〜ｉ(t4)，Ｏ(t1)〜Ｏ(t4)を、それぞれｔ２〜ｔ５
の欄に順にシフトして、ｉ(t2)〜ｉ(t5)，Ｏ(t2)〜Ｏ(t
5)として格納し直す。なお、ｔ５の欄に格納されていた
データｉ(t5)，Ｏ(t5)は、使用済みのデータとして捨て
られる。
【００２１】第２の微分データ算出部２６は、位置デー
タ記憶部２５に格納されている各実移動位置データＯ(t
1)〜Ｏ(t5)を用いることにより、時間ｔで１階微分した
データＯ'(t1) ，Ｏ'(t2) ，Ｏ'(t3) ，Ｏ'(t4) と、時
間ｔで２階微分したデータＯ"(t1) ，Ｏ"(t2) ，Ｏ"(t
3) とを算出する。例えば、図２に示すように、１階微
分データＯ'(t1) は、実移動位置データＯ(t1)とＯ(t2)
との間に存在する単位時間当たりの位置変化量（つまり
速度分）を表し、２階微分データＯ"(t1) は、１階微分
データＯ'(t1) とＯ'(t2) との間に存在する単位時間当
たりの速度変化量（つまり加速度分）を表す。言い換え
れば、第２の微分データ算出部２６は、５つの実移動位
置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)に基づき、過去４つ分の実速度
データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t4) と、過去３つ分の実加速度デ
ータＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) とを算出する。そして、第２の
微分データ算出部２６は、それぞれ３つの実移動位置デ
ータＯ(t1)〜Ｏ(t3)、１階微分データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t
3) 及び２階微分データＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) を伝達関数
時間要素演算部２２に出力する。また、前記位置データ
記憶部２５は、格納している補正後の位置指令データｉ
(t1)〜ｉ(t5)のうちの３つのデータｉ(t1)〜ｉ(t3)を伝
達関数時間要素演算部２２に出力する。
タ記憶部２５に格納されている各実移動位置データＯ(t
1)〜Ｏ(t5)を用いることにより、時間ｔで１階微分した
データＯ'(t1) ，Ｏ'(t2) ，Ｏ'(t3) ，Ｏ'(t4) と、時
間ｔで２階微分したデータＯ"(t1) ，Ｏ"(t2) ，Ｏ"(t
3) とを算出する。例えば、図２に示すように、１階微
分データＯ'(t1) は、実移動位置データＯ(t1)とＯ(t2)
との間に存在する単位時間当たりの位置変化量（つまり
速度分）を表し、２階微分データＯ"(t1) は、１階微分
データＯ'(t1) とＯ'(t2) との間に存在する単位時間当
たりの速度変化量（つまり加速度分）を表す。言い換え
れば、第２の微分データ算出部２６は、５つの実移動位
置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)に基づき、過去４つ分の実速度
データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t4) と、過去３つ分の実加速度デ
ータＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) とを算出する。そして、第２の
微分データ算出部２６は、それぞれ３つの実移動位置デ
ータＯ(t1)〜Ｏ(t3)、１階微分データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t
3) 及び２階微分データＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) を伝達関数
時間要素演算部２２に出力する。また、前記位置データ
記憶部２５は、格納している補正後の位置指令データｉ
(t1)〜ｉ(t5)のうちの３つのデータｉ(t1)〜ｉ(t3)を伝
達関数時間要素演算部２２に出力する。
【００２２】伝達関数時間要素演算部２２は、入力した
各データＯ(t1)〜Ｏ(t3)，Ｏ'(t1)〜Ｏ'(t3) ，Ｏ"(t1)
〜Ｏ"(t3) ，ｉ(t1)〜ｉ(t3)に基づき、下記の３つの
式（２）に従って、伝達関数時間要素α1 ，α2 ，α3
を求める。そして、伝達関数時間要素演算部２２は、求
めた伝達関数時間要素α1 ，α2 ，α3 を、前記位置指
令データ補正部２１に出力する。 ｉ(t1)＝α1 ・Ｏ(t1)＋α2 ・Ｏ'(t1) ＋α3 ・Ｏ"(t1) ｉ(t2)＝α1 ・Ｏ(t2)＋α2 ・Ｏ'(t2) ＋α3 ・Ｏ"(t2) ｉ(t3)＝α1 ・Ｏ(t3)＋α2 ・Ｏ'(t3) ＋α3 ・Ｏ"(t3) …（２） 次に、上記のように構成された位置決め制御装置の作用
について、図４のフローチャートに従って説明する。こ
の位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機の加工動作
プログラムに従った加工動作の開始に伴って、動作を開
始される。
各データＯ(t1)〜Ｏ(t3)，Ｏ'(t1)〜Ｏ'(t3) ，Ｏ"(t1)
〜Ｏ"(t3) ，ｉ(t1)〜ｉ(t3)に基づき、下記の３つの
式（２）に従って、伝達関数時間要素α1 ，α2 ，α3
を求める。そして、伝達関数時間要素演算部２２は、求
めた伝達関数時間要素α1 ，α2 ，α3 を、前記位置指
令データ補正部２１に出力する。 ｉ(t1)＝α1 ・Ｏ(t1)＋α2 ・Ｏ'(t1) ＋α3 ・Ｏ"(t1) ｉ(t2)＝α1 ・Ｏ(t2)＋α2 ・Ｏ'(t2) ＋α3 ・Ｏ"(t2) ｉ(t3)＝α1 ・Ｏ(t3)＋α2 ・Ｏ'(t3) ＋α3 ・Ｏ"(t3) …（２） 次に、上記のように構成された位置決め制御装置の作用
について、図４のフローチャートに従って説明する。こ
の位置決め制御装置は、例えばレーザ加工機の加工動作
プログラムに従った加工動作の開始に伴って、動作を開
始される。
【００２３】加工動作プログラムに従った加工動作が開
始されると、先ず位置データ記憶部２５のｔ１〜ｔ５の
欄に、デフォルト値としてのデータｉ(t1)〜ｉ(t5)，Ｏ
(t1)〜Ｏ(t5)が設定されるとともに、伝達関数時間要素
α１，α２，α３がデフォルト値により仮決定される
（ステップＳ１）。すなわち、加工開始時には、位置デ
ータ記憶部２５内に伝達関数時間要素α１，α２，α３
を算出するのに必要なデータが格納されていないからで
ある。次に、位置データプログラム部１８内の３軸方向
における目標移動位置データが位置指令データ分配部１
９に入力され、それがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に
おける位置指令データｒ(t) に分配されて、各第１の微
分データ算出部２０に取り込まれる（ステップＳ２）。
始されると、先ず位置データ記憶部２５のｔ１〜ｔ５の
欄に、デフォルト値としてのデータｉ(t1)〜ｉ(t5)，Ｏ
(t1)〜Ｏ(t5)が設定されるとともに、伝達関数時間要素
α１，α２，α３がデフォルト値により仮決定される
（ステップＳ１）。すなわち、加工開始時には、位置デ
ータ記憶部２５内に伝達関数時間要素α１，α２，α３
を算出するのに必要なデータが格納されていないからで
ある。次に、位置データプログラム部１８内の３軸方向
における目標移動位置データが位置指令データ分配部１
９に入力され、それがＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に
おける位置指令データｒ(t) に分配されて、各第１の微
分データ算出部２０に取り込まれる（ステップＳ２）。
【００２４】続いて、第１の微分データ算出部２０に
て、位置指令データｒ(t) の１階微分データｒ'(t)及び
２階微分データｒ"(t)が算出される（ステップＳ３）。
次に、これらのデータｒ(t) ，ｒ'(t)，ｒ"(t)と前記伝
達関数時間要素α1 ，α2 ，α3 とに基づき、上記式
（１）に従って、位置指令データ補正部２１にて補正後
の位置指令データｉ(t) が算出される（ステップＳ
４）。
て、位置指令データｒ(t) の１階微分データｒ'(t)及び
２階微分データｒ"(t)が算出される（ステップＳ３）。
次に、これらのデータｒ(t) ，ｒ'(t)，ｒ"(t)と前記伝
達関数時間要素α1 ，α2 ，α3 とに基づき、上記式
（１）に従って、位置指令データ補正部２１にて補正後
の位置指令データｉ(t) が算出される（ステップＳ
４）。
【００２５】そして、補正後の位置指令データｉ(t) に
基づきサーボモータ１４が制御されて、例えばキャリッ
ジ１６が所望のＸ軸方向における位置に移動される（ス
テップＳ５）。
基づきサーボモータ１４が制御されて、例えばキャリッ
ジ１６が所望のＸ軸方向における位置に移動される（ス
テップＳ５）。
【００２６】次に、補正後の位置指令データｉ(t) と、
位置検出部１７によって検出されたキャリッジ１６の実
移動位置データＯ(t) とが、位置データ記憶部２５のｔ
１の欄にｉ(t1)，Ｏ(t1)として格納される（ステップＳ
６）。このとき、ｔ１〜ｔ４の欄に格納されていたデー
タｉ(t1)〜ｉ(t4)，Ｏ(t1)〜Ｏ(t4)は、それぞれｔ２〜
ｔ５の欄に順にシフトされて、ｉ(t2)〜ｉ(t5)，Ｏ(t2)
〜Ｏ(t5)として格納し直される。
位置検出部１７によって検出されたキャリッジ１６の実
移動位置データＯ(t) とが、位置データ記憶部２５のｔ
１の欄にｉ(t1)，Ｏ(t1)として格納される（ステップＳ
６）。このとき、ｔ１〜ｔ４の欄に格納されていたデー
タｉ(t1)〜ｉ(t4)，Ｏ(t1)〜Ｏ(t4)は、それぞれｔ２〜
ｔ５の欄に順にシフトされて、ｉ(t2)〜ｉ(t5)，Ｏ(t2)
〜Ｏ(t5)として格納し直される。
【００２７】次に、位置データ記憶部２５内の実移動位
置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)に基づき、１階微分データＯ'
(t1) ，Ｏ'(t2) ，Ｏ'(t3) ，Ｏ'(t4) 及び２階微分デ
ータＯ"(t1) ，Ｏ"(t2) ，Ｏ"(t3) が、第２の微分デー
タ算出部２６にて算出される（ステップＳ７）。
置データＯ(t1)〜Ｏ(t5)に基づき、１階微分データＯ'
(t1) ，Ｏ'(t2) ，Ｏ'(t3) ，Ｏ'(t4) 及び２階微分デ
ータＯ"(t1) ，Ｏ"(t2) ，Ｏ"(t3) が、第２の微分デー
タ算出部２６にて算出される（ステップＳ７）。
【００２８】続いて、３つの実移動位置データＯ(t1)〜
Ｏ(t3)、３つの１階微分データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t3) 、３
つの２階微分データＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) 、及び位置デー
タ記憶部２５内の３つの補正後の位置指令データｉ(t
1)，ｉ(t2)，ｉ(t3)に基づき、上記式（２）に従って、
伝達関数時間要素演算部２２にて、伝達関数時間要素α
1 ，α2 ，α3 が算出される（ステップＳ８）。次に、
加工動作プログラムが終了したか否かが判断され（ステ
ップＳ９）、終了した場合には全ての処理が終了する。
一方、加工動作プログラムが終了していない場合には、
前記ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ９の動作
が繰り返される。
Ｏ(t3)、３つの１階微分データＯ'(t1) 〜Ｏ'(t3) 、３
つの２階微分データＯ"(t1) 〜Ｏ"(t3) 、及び位置デー
タ記憶部２５内の３つの補正後の位置指令データｉ(t
1)，ｉ(t2)，ｉ(t3)に基づき、上記式（２）に従って、
伝達関数時間要素演算部２２にて、伝達関数時間要素α
1 ，α2 ，α3 が算出される（ステップＳ８）。次に、
加工動作プログラムが終了したか否かが判断され（ステ
ップＳ９）、終了した場合には全ての処理が終了する。
一方、加工動作プログラムが終了していない場合には、
前記ステップＳ２に戻って、ステップＳ２〜Ｓ９の動作
が繰り返される。
【００２９】以上のように、本実施形態では、上記式
（１）に示したように、位置指令データｒ(t) に伝達関
数時間要素αを乗算することによって得られた補正後の
位置指令データｉ(t) に基づいてサーボモータ１４を制
御するようにしている。
（１）に示したように、位置指令データｒ(t) に伝達関
数時間要素αを乗算することによって得られた補正後の
位置指令データｉ(t) に基づいてサーボモータ１４を制
御するようにしている。
【００３０】つまり、位置決め制御において、目標値を
Ｒ、入力値をＩ、出力値をＯ、伝達関数をＧとした場
合、伝達関数Ｇは次式（３）で表すことができる。 Ｇ＝Ｏ／Ｉ …（３） この場合、出力値Ｏが目標値Ｒと等しくなれば、言い換
えればＧ＝Ｒ／Ｉが成立すれば、位置決め制御が理想的
に行われていることになる。このＧ＝Ｒ／Ｉは、Ｉ＝
（１／Ｇ）・Ｒと変形することができる。つまり、前記
式（１）において、補正後の位置指令データｉ(t) を入
力値Ｉ、位置指令データｒ(t) を目標値Ｒと置き換えれ
ば、伝達関数時間要素αは（１／Ｇ）と置き換えること
ができる。従って、伝達関数時間要素αの値を求めるこ
とにより、サーボモータ１４に対して理想的な入力値ｉ
(t) を与えることができる。
Ｒ、入力値をＩ、出力値をＯ、伝達関数をＧとした場
合、伝達関数Ｇは次式（３）で表すことができる。 Ｇ＝Ｏ／Ｉ …（３） この場合、出力値Ｏが目標値Ｒと等しくなれば、言い換
えればＧ＝Ｒ／Ｉが成立すれば、位置決め制御が理想的
に行われていることになる。このＧ＝Ｒ／Ｉは、Ｉ＝
（１／Ｇ）・Ｒと変形することができる。つまり、前記
式（１）において、補正後の位置指令データｉ(t) を入
力値Ｉ、位置指令データｒ(t) を目標値Ｒと置き換えれ
ば、伝達関数時間要素αは（１／Ｇ）と置き換えること
ができる。従って、伝達関数時間要素αの値を求めるこ
とにより、サーボモータ１４に対して理想的な入力値ｉ
(t) を与えることができる。
【００３１】伝達関数時間要素αの値は前記式（２）に
従って求めることができる。すなわち、上記式（３）の
Ｇ＝Ｏ／Ｉは、Ｉ＝（１／Ｇ）・Ｏと変形することがで
きる。従って、上記式（２）において、過去の３つの位
置指令データｉ(t1)〜ｉ(t3)を入力値Ｉ、過去の３つの
実移動位置データＯ(t1)〜Ｏ(t3)を出力値Ｏと置き換え
れば、αは（１／Ｇ）と置き換えることができる。従っ
て、過去の３つの入力値と出力値とに基づき、式（２）
に従って連立方程式を解くことにより、伝達関数時間要
素αを求めることができる。つまり、この伝達関数時間
要素αは、刻々と変化する位置決め制御系の動特性を表
すものであり、直前の入出力値より求められた時間領域
での伝達関数を表すものである。従って、この伝達関数
時間要素αを先の式（１）に代入すれば、サーボモータ
１４に対して理想的な入力値ｉ(t) を与えることができ
る。
従って求めることができる。すなわち、上記式（３）の
Ｇ＝Ｏ／Ｉは、Ｉ＝（１／Ｇ）・Ｏと変形することがで
きる。従って、上記式（２）において、過去の３つの位
置指令データｉ(t1)〜ｉ(t3)を入力値Ｉ、過去の３つの
実移動位置データＯ(t1)〜Ｏ(t3)を出力値Ｏと置き換え
れば、αは（１／Ｇ）と置き換えることができる。従っ
て、過去の３つの入力値と出力値とに基づき、式（２）
に従って連立方程式を解くことにより、伝達関数時間要
素αを求めることができる。つまり、この伝達関数時間
要素αは、刻々と変化する位置決め制御系の動特性を表
すものであり、直前の入出力値より求められた時間領域
での伝達関数を表すものである。従って、この伝達関数
時間要素αを先の式（１）に代入すれば、サーボモータ
１４に対して理想的な入力値ｉ(t) を与えることができ
る。
【００３２】本実施形態の位置決め制御装置は上記のよ
うに動作するので、次のような効果を奏する。 （ａ）逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領域
だけで行われているので、処理時間のかかるＦＦＴや逆
ＦＦＴ等を行うことなく、上記式（１），（２）のよう
な簡単な演算式を用いるだけでよい。このため、位置決
め制御を高速かつ高精度に行うことができ、応答性に優
れた位置決め制御装置を安価に提供することができる。
うに動作するので、次のような効果を奏する。 （ａ）逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領域
だけで行われているので、処理時間のかかるＦＦＴや逆
ＦＦＴ等を行うことなく、上記式（１），（２）のよう
な簡単な演算式を用いるだけでよい。このため、位置決
め制御を高速かつ高精度に行うことができ、応答性に優
れた位置決め制御装置を安価に提供することができる。
【００３３】（ｂ）位置指令データの１階微分データ及
び２階微分データを算出することにより、位置決め制御
時において位置指令データの速度分と加速度分とを反映
させることができる。このため、装置の将来起こり得る
挙動を確実に予測したことになり、位置決め制御をより
高精度に行うことができる。
び２階微分データを算出することにより、位置決め制御
時において位置指令データの速度分と加速度分とを反映
させることができる。このため、装置の将来起こり得る
挙動を確実に予測したことになり、位置決め制御をより
高精度に行うことができる。
【００３４】（ｃ）刻々と変化する伝達関数を直前の過
去の複数のデータに基づいて逐次求めるようにしている
ので、常に適正な伝達関数を位置指令データに反映させ
ることができる。
去の複数のデータに基づいて逐次求めるようにしている
ので、常に適正な伝達関数を位置指令データに反映させ
ることができる。
【００３５】（ｄ）過去のデータを、演算に必要な最小
限の数、例えば５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大
量に記憶しておく必要がないので、大容量のメモリを設
ける必要がない。
限の数、例えば５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大
量に記憶しておく必要がないので、大容量のメモリを設
ける必要がない。
【００３６】尚、この発明における実施形態は例えば以
下のように変更してもよい。 （ａ）本発明の位置決め制御装置を、４軸以上を有する
装置の制御やロボット制御等、各種の位置決め制御に適
用すること。
下のように変更してもよい。 （ａ）本発明の位置決め制御装置を、４軸以上を有する
装置の制御やロボット制御等、各種の位置決め制御に適
用すること。
【００３７】（ｂ）過去のデータを６個以上記憶するよ
うにして、微分データとしては３階以上の微分データま
で求めてもよい。ｎ階微分データまで求めた場合には、
それに対応して、伝達関数時間要素としてα１〜α(n-
1) まで求めるようにすればよい。
うにして、微分データとしては３階以上の微分データま
で求めてもよい。ｎ階微分データまで求めた場合には、
それに対応して、伝達関数時間要素としてα１〜α(n-
1) まで求めるようにすればよい。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば次
のような優れた効果を奏する。請求項１及び５の発明に
よれば、逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領
域だけで行われているので、演算処理時間のかかるＦＦ
Ｔや逆ＦＦＴ等を行うことなく、簡単な演算を行うだけ
でよい。このため、位置決め制御を高速かつ高精度に行
うことができ、応答性に優れた位置決め制御装置を安価
に提供することができる。
のような優れた効果を奏する。請求項１及び５の発明に
よれば、逆伝達関数補正制御が周波数領域でなく時間領
域だけで行われているので、演算処理時間のかかるＦＦ
Ｔや逆ＦＦＴ等を行うことなく、簡単な演算を行うだけ
でよい。このため、位置決め制御を高速かつ高精度に行
うことができ、応答性に優れた位置決め制御装置を安価
に提供することができる。
【００３９】請求項２の発明によれば、刻々と変化する
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められて、それが位置指令データに反映される。
伝達関数時間要素が、直前の過去の複数個のデータに基
づいて逐次求められるので、常に適正な伝達関数時間要
素が求められて、それが位置指令データに反映される。
【００４０】請求項３の発明によれば、過去のデータを
少なくとも５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。
少なくとも５つ分だけ記憶しておくだけでよく、大量に
記憶しておく必要がないので、大容量のデータ記憶手段
を設ける必要がない。
【００４１】請求項４の発明によれば、微分データの算
出により、位置決め制御時において位置指令データの速
度分や加速度分等を反映させることができる。このた
め、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測したことに
なり、位置決め制御をより高精度に行うことができる。
出により、位置決め制御時において位置指令データの速
度分や加速度分等を反映させることができる。このた
め、装置の将来起こり得る挙動を確実に予測したことに
なり、位置決め制御をより高精度に行うことができる。
【図１】 本発明の一実施形態における位置決め制御装
置の制御ブロック図。
置の制御ブロック図。
【図２】 位置データ記憶部に格納された各データを示
す説明図。
す説明図。
【図３】 補正後の位置指令データと実移動位置データ
とを示す説明図。
とを示す説明図。
【図４】 位置決め制御装置の動作を示すフローチャー
ト。
ト。
１１…Ｘ軸用コントローラ、１２…Ｙ軸用コントロー
ラ、１３…Ｚ軸用コントローラ、１４…制御対象として
のＸ軸用サーボモータ、１６…制御対象としてのキャリ
ッジ、１７…位置検出部、２０…第１の微分データ算出
手段としての第１の微分データ算出部、２１…位置指令
データ補正手段としての位置指令データ補正部、２２…
伝達関数時間要素演算手段としての伝達関数時間要素演
算部、２５…位置データ記憶手段としての位置データ記
憶部、２６…第２の微分データ算出手段としての第２の
微分データ算出部。
ラ、１３…Ｚ軸用コントローラ、１４…制御対象として
のＸ軸用サーボモータ、１６…制御対象としてのキャリ
ッジ、１７…位置検出部、２０…第１の微分データ算出
手段としての第１の微分データ算出部、２１…位置指令
データ補正手段としての位置指令データ補正部、２２…
伝達関数時間要素演算手段としての伝達関数時間要素演
算部、２５…位置データ記憶手段としての位置データ記
憶部、２６…第２の微分データ算出手段としての第２の
微分データ算出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−348316（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−227309（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−149210（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−295652（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46 G05B 13/02,11/36,23/02 G05D 3/00 - 3/12 B23Q 15/00 - 15/28
Claims (5)
- 【請求項１】 補正後の位置指令データと、その補正後
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御した
結果得られる実移動位置データとを記憶する位置データ
記憶手段と、 前記記憶された補正後の位置指令データと実移動位置デ
ータとに基づき、現時点での伝達関数時間要素を求める
伝達関数時間要素演算手段と、 前記求められた伝達関数時間要素に基づき位置指令デー
タを補正する位置指令データ補正手段とを有し、補正後
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御する
ようにした位置決め制御装置。 - 【請求項２】 前記位置データ記憶手段は、補正後の位
置指令データ及び実移動位置データをそれぞれ最新のも
のから過去複数個分記憶しておくものである請求項１に
記載の位置決め制御装置。 - 【請求項３】 前記位置データ記憶手段は、補正後の位
置指令データ及び実移動位置データをそれぞれ少なくと
も５つ分記憶しておくものである請求項２に記載の位置
決め制御装置。 - 【請求項４】 前記位置指令データの微分データを算出
する第１の微分データ算出手段と、位置データ記憶手段
に記憶された実移動位置データの微分データを算出する
第２の微分データ算出手段とを設け、前記伝達関数時間
要素演算手段は、補正後の位置指令データと実移動位置
データ及びその微分データとに基づき伝達関数時間要素
を求め、前記位置指令データ補正手段は、求められた伝
達関数時間要素と位置指令データ及びその微分データと
に基づき、位置指令データを補正する請求項１〜３のい
ずれかに記載の位置決め制御装置。 - 【請求項５】 補正後の位置指令データと、その補正後
の位置指令データに基づき制御対象を位置決め制御した
結果得られる実移動位置データとを記憶しておき、 その記憶された補正後の位置指令データと実移動位置デ
ータとに基づき、現時点での伝達関数時間要素を求め、 その求められた伝達関数時間要素に基づき位置指令デー
タを補正し、 その補正後の位置指令データに基づき制御対象を位置決
め制御するようにした位置決め制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31981796A JP3232252B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31981796A JP3232252B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10161716A JPH10161716A (ja) | 1998-06-19 |
| JP3232252B2 true JP3232252B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=18114541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31981796A Expired - Fee Related JP3232252B2 (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3232252B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907876A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-13 | 合肥通彩自动化设备有限公司 | 一种激光定位***及方法 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP31981796A patent/JP3232252B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10161716A (ja) | 1998-06-19 |
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