JP3601588B2

JP3601588B2 - Position control device

Info

Publication number: JP3601588B2
Application number: JP2000170891A
Authority: JP
Inventors: 浩治冨田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP2001350524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の位置決めを行う位置制御装置に関し、特にモータの位置決めを行う位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の位置制御装置の構成を示す制御ブロック線図である。図６に示すように、従来の位置制御装置は、位置制御器１と、速度制御器２と、トルク制御器３と、モータ４と、微分器５とから構成されている。この従来の位置制御装置は、イナーシャがＪ［Ｎ・ｍ・ｓ^２］であるモータ４の位置θ［ｒａｄ］を制御するものである。
【０００３】
説明を簡単にするために、ここでは、制御対象が剛体で制御対象とモータ４の合計イナーシャをＪとすることができ、かつ、トルク制御器３の応答は無視することができるほど充分速いものとする。
【０００４】
モータ４にはエンコーダ（不図示）が備え付けれており、エンコーダによってモータ４の位置θが検出できるようになっている。上位装置（不図示）から発せられる位置指令θ_ｒとモータ４の位置θとの位置偏差は、位置制御器１に入力される。位置制御器１は、位置ループゲインＫ_ｐ［１／ｓ］によって、その偏差をＫ_ｐ倍した値を、モータ４への速度指令ω_ｒ［ｒａｄ／ｓ］として出力する比例制御器である。微分器５は、モータ４の位置θ［ｒａｄ］を微分してモータ４の速度ω［ｒａｄ／ｓ］を出力する。速度制御器２は、速度指令ω_ｒとモータ４の速度ωとの速度偏差を入力し、速度ループゲインＫ_ｖ［１／ｓ］によってその偏差をＫ_ｖ倍した値をモータ４へのトルク指令Ｔ_ｒｅｆ［Ｎ・ｍ］として出力する比例制御器である。トルク制御器３は、トルク指令Ｔ_ｒｅｆを入力しトルクＴ_ｒを発生させてモータ４を駆動する。つまり、この位置制御装置は、位置指令θ_ｒにモータ４の位置θを追従させるためのものであり、モータ４の位置θは、位置指令θ_ｒに対する位置応答である。
【０００５】
このように従来の位置制御装置には、フィードバックされたモータ４の位置θを元に位置決め制御を行うフィードバック制御方式が用いられている。そして、上述のように、位置制御装置には、通常、位置ループ処理の中にマイナーループとして速度ループゲインＫ_ｖを有する速度ループが設けられている。そして、速度ループの中にはトルクを発生させるトルク制御器３が設けられている。この発生トルクＴｒによりイナーシャＪのモータを回転させる。その位置θがエンコーダによってコントローラに読み込まれ制御に使用される。このような従来の位置制御装置では、モータの先には機械が接続されており、その機械の特性と動作要求使用に応じて、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｖの値をバランスよく調整することが重要である。
【０００６】
図６の制御系にステップ指令を入力した場合の応答特性は、Ｋ_ｐとＫ_ｖの値の組み合わせにより、図７に示すように様々な特性を示す。図７では、（ａ）はＫ_ｖ＝５０、Ｋ_ｐ＝１０の場合、（ｂ）はＫ_ｖ＝１００、Ｋ_ｐ＝２５の場合、（ｃ）はＫ_ｖ＝５０、Ｋ_ｐ＝５０の場合の応答特性を示している。ただし、ここでは全ての場合においてＪ＝１である。
【０００７】
例えば、要求仕様が図７（ｂ）のようにオーバシュートしないでかつ高応答であり、最初に図７（ａ）の状態であった場合について考える。これを要求どおりに調整しようとすると、先ず、位置フィードバックの波形をモニタしながら、徐々にＫ_ｐの値を大きくし、図７（ｃ）の状態になったら、今度はＫ_ｖの値を大きくしていく。すると、図７（ｂ）の状態が得られる。ただし、通常は、ここでは無視した機械系および、速度ループの中に設けられているトルク制御器３の遅れにより、Ｋ_ｖを大きくしすぎるとサーボ系が発振する。従って、Ｋ_ｖを大きくする途中で発振した場合には、再びＫ_ｐの値を小さくして、最適なＫ_ｖの値を探す必要がある。
【０００８】
このように、従来の位置制御装置では、Ｋ_ｖとＫ_ｐの値を交互に変化させながら最適なゲインを調整する必要があった。そして、このＫ_ｐとＫ_ｖの関係を熟知していないと、バランスよく調整することは困難であった。つまり、熟練者であれば、図６のような構成で制御対象が剛体であり、モータと機械の合計負荷イナーシャをＪとした場合、Ｋｖ＝４・Ｋ_ｐ・Ｊとすることにより、図７（ｂ）の状態とすることができることを知っているが、経験・知識が乏しい人の場合には、このバランスを取ることが難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の位置制御装置では、調整しなければならないパラメータが２つあるため、要求された応答特性を実現することが困難であるという問題点があった。
【００１０】
本発明の目的は、要求された応答特性を容易に実現することができる位置制御装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明位置制御装置は、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記速度制御手段に出力する第１の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として前記トルク制御器に出力する第２の増幅手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の位置制御装置によれば、速度ループゲイン、位置ループゲインを一旦設定してオーバシュート量を決定すると、調整ゲインにより時間方向だけが変化するため、要求された応答特性を容易に実現することができる。
【００１３】
本発明の他の位置制御装置は、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差に、前記積分手段から出力された値を加算した値を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記速度制御手段および前記積分手段に出力する第１の増幅手段と、
前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たな値として前記速度制御手段に出力する第２の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として出力前記トルク制御器にする第３の増幅手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の位置制御装置は、位置がＰ（比例）制御、速度がＰ−Ｉ（比例−積分）制御により制御される位置制御装置に対して本発明を適用したものである。
【００１５】
さらに本発明の他の位置制御装置は、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力された値と、前記制御対象の速度との偏差を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記積分手段に出力する第１の増幅手段と、
前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たな値として前記速度制御手段に出力する第２の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として前記トルク制御器に出力する第３の増幅手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の位置制御装置は、位置がＰ（比例）制御、速度がＩ−Ｐ（積分−比例）制御により制御される位置制御装置に対して本発明を適用したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、図６中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。
【００１９】
本実施形態の位置制御装置は、図６に示した従来の位置制御装置に対して、増幅器１０_１、１０_２を、位置制御器１と速度制御器２の後にそれぞれ備えるようにしたものである。
【００２０】
増幅器１０_１は、位置制御器１から出力された値を調整ゲインＫ_ｇによってＫ_ｇ倍して速度指令ω_ｒとして出力する。増幅器１０_２は、速度制御器２から出力された値を調整ゲインＫ_ｇによってＫ_ｇ倍してトルク指令Ｔ_ｒとして出力する。
【００２１】
説明を簡単にするために、本実施形態においても従来例の場合と同様に、制御対象が剛体で制御対象とモータ４の合計イナーシャをＪとすることができ、かつ、トルク制御器３の応答は無視することができるほど充分速いものとする。
【００２２】
図１の位置指令θｒから位置応答までの伝達関数Ｇ（Ｓ）を計算すると、（ここで、速度ループゲインＫ_ｖは通常イナーシャＪと連動させて変化されるのがふつうであるため、Ｋ_ｖ０＝Ｋ_ｖ・Ｊとおくと、）
【００２３】
Ｇ（Ｓ）＝Ｇ_１／Ｇ_２・・・・・・（１）
Ｇ_１＝Ｋ_ｇ ^２・Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ・・・・・・（２）
Ｇ_２＝（Ｓ^２＋Ｋ_ｇ・Ｋ_ｖ０・Ｓ＋Ｋ_ｇ ^２・Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ）・・・・・・（３）
となる。
【００２４】
ここで、制御系の安定性は、特性方程式Ｇ_２＝０の根、つまり制御系の極ρ_＋、ρ₋により決定される。
【００２５】
式（３）より、
ρ_＋＝−Ｋ_ｇ｛Ｋ_ｖ０−（Ｋ_ｖ０ ^２−Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ）^０．５｝／２・・・・・・（４）
ρ₋＝−Ｋ_ｇ｛Ｋ_ｖ０−（Ｋ_ｖ０ ^２＋Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ）^０．５｝／２・・・・・・（５）
【００２６】
もし、ここで、Ｋ_ｖ０とＫ_ｐを一旦決定すると、Ｋ_ｇを変化させると極配置における時間に関するスケールのみ変化し、オーバシュートに関する量は変化しない。
【００２７】
これを通常よく用いられる形で説明するため、
Ｇ_２＝（Ｓ^２＋２ζωＳ＋ω^２）・・・・・・（６）
とおくと、
ω＝Ｋ_ｇ（Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ）^０．５・・・・・・（７）
ζ＝（Ｋ_ｖ０／Ｋ_ｐ）^０．５／２・・・・・・（８）
となり、ωだけＫ_ｇに関係することが分かる。
【００２８】
このときの極配置は図２のようになり、一旦、Ｋ_ｐ、Ｋ_ｖ０を決定すれば、Ｋ_ｇにより、オーバシュート量は変化しないため応答波形のバランスは変化せず、時間方向（つまりω）だけ変化することがわかる。
【００２９】
例えば、図３では、Ｋ_ｇ＝０．５からＫ_ｇ＝５まで変化させたものであるが、オーバシュートが無い状態に変化は無く、応答速度だけ速くなっている。ただし、図７（ｂ）の状態をＫ_ｇ＝１とする。
【００３０】
このように、本実施形態の位置制御装置では、Ｋ_ｖ、Ｋ_ｐの値を一旦決定しその値を固定すると、Ｋ_ｇという１つのパラメータにより応答特性が決定される。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の位置制御装置について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック線図である。
【００３２】
本実施形態の位置制御装置は、位置がＰ（比例）制御、速度がＰ−Ｉ（比例−積分）制御により制御される位置制御装置に対して本発明を適用した場合である。
【００３３】
本実施形態の位置制御装置は、図１に示した第１の実施形態の位置制御装置に対して、積分器６と、増幅器１０_３が新たに設けられているものである。
【００３４】
積分器６は、速度指令ω_ｒとモータ４の速度ωとの速度偏差を積分し、積分ゲインＫ_ｉ倍した値を出力する。増幅器１０_３は、積分器６から出力された値を調整ゲインＫ_ｇによってＫ_ｇ倍して速度制御器２に出力する。
【００３５】
そして、本実施形態における速度制御器２は、増幅器器１０_１から出力された速度指令ω_ｒと微分器５により求められたモータ４の速度ωとの速度偏差に、増幅器１０_３から出力された値を加算した値を入力し、その値を速度ループゲインＫ_ｖ倍した値を増幅器１０_２に出力する。
【００３６】
このときの位置指令θ_ｒから位置応答θまでの伝達関数Ｇ（Ｓ）を計算すると、
Ｇ（Ｓ）＝Ｇ_１／Ｇ_２・・・・・・（９）
Ｇ_１＝Ｋ_ｇ ^２・Ｋ_ｖ０・Ｋ_Ｄ（Ｓ＋Ｋ_ｇ ^２・Ｋ_ｉ）・・・・・・（１０）
Ｇ_２＝（Ｓ^３＋Ｋ_ｇ・Ｋ_ｖ０・Ｓ^２＋Ｋｇ^２（Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｉ＋Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ）Ｓ
＋Ｋ_ｇ ^３・Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ・Ｋ_ｉ）・・・・・・（１１）
【００３７】
となる。ここで、特性方程式Ｇ_２＝０の根（極）は、Ｋ_ｖ０、Ｋ_ｉ、Ｋ_ｐが一旦決まれば、その応答波形はＫ_ｇの値によっては変化しない。例として、Ｇ_２＝０が３重根−Ｋ_ｇρを有する場合を考えると、
Ｇ_２＝（Ｓ＋Ｋ_ｇρ）^３＝（Ｓ^３＋３Ｋ_ｇρＳ^２＋３Ｋ_ｇ ^２ρ^２Ｓ＋Ｋ_ｇ ^３ρ^３）・・・・・・（１２）
となり、式（１１）と式（１２）を比較すると、
Ｋ_ｖ０＝３ρ、３ρ^２＝Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｉ＋Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ、ρ^３＝Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ・Ｋ_ｉ・・・・・・（１３）
【００３８】
なので、ρはＫ_ｇの値に関わらず、Ｋ_ｖ０、Ｋ_ｉ、Ｋ_ｐが一旦決まれば決まる定数となる。従って、式（１２）より、３重根−Ｋ_ｇρはＫ_ｇを変化させるとその大きさだけ変化し、３重根であることには変化ない。つまり、応答特性は変化しない。
【００３９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の位置制御装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック線図である。
【００４０】
本実施形態の位置制御装置は、位置がＰ（比例）制御、速度がＩ−Ｐ（比例−積分）制御により制御される位置制御装置に対して本発明を適用した場合である。
【００４１】
本実施形態の位置制御装置は、図４に示した第２の実施形態の位置制御装置に対して、微分器７が新たに設けられたものである。微分器７は、モータ４の位置θを微分してモータ４の速度ωを出力する。
【００４２】
そして、本実施形態における速度制御器２は、増幅器器１０_３から出力された値に微分器７からの出力である速度ωの値とを加算した値を入力し、その値を速度ループゲインＫ_ｖ倍した値を出力する。
【００４３】
本実施形態の位置制御装置における位置指令θ_ｒから位置応答θまでの伝達関数Ｇ（Ｓ）の特性方程式は、
Ｇ_２’＝（Ｓ^３＋Ｋ_ｇ・Ｋ_ｖ０・Ｓ^２＋Ｋ_ｇ ^２・Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｉ・Ｓ＋Ｋ_ｇ ^３・Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ・Ｋ_ｉ）・・・・・・（１４）
となり、式（１２）と式（１４）を比較すると、
Ｋ_ｖ０＝３ρ、３ρ^２＝Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｉ、ρ^３＝Ｋ_ｖ０・Ｋ_ｐ・Ｋ_ｉ・・・・・・（１５）
なので、ρはＫ_ｇの値に関わらず、Ｋ_ｖ０、Ｋ_ｉ、Ｋ_ｐが一旦決まれば決まる定数となる。そのため、本実施形態の位置制御装置によれば、第２の実施形態の位置制御装置と同様な効果を得ることができる。
【００４４】
上記第１から第３の実施形態では、位置ループゲインＫ_ｐ、速度ループゲインＫ_ｖが定数の場合を用いて説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、位置ループゲインＫ_ｐ、速度ループゲインＫ_ｖを位置偏差等の内部変数やフィードバック速度等で可変にするような場合にも有効であり、パラメータの調整を容易とする。つまり、このような場合には、位置ループゲインＫ_ｐ、速度ループゲインＫ_ｖ、速度ループ積分ゲインＫ_ｉは固定のままにして、Ｋ_ｇだけを可変とすればよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つのパラメータを調整するのみで応答特定の調整を行うことができるため、要求された応答特性を容易に実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置制御装置の動作を説明するための極配置図である。
【図３】調整ゲインＫ_ｇの値を変化させた場合の応答特性の変化を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の位置制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の位置制御装置の応答特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
１位置制御器
２速度制御器
３トルク制御器
４モータ
５微分器
６積分器
７微分器
１０_１、１０_２、１０_３増幅器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position control device that positions a control target, and more particularly to a position control device that positions a motor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a control block diagram showing a configuration of a conventional position control device. As shown in FIG. 6, the conventional position control device includes a position controller 1, a speed controller 2, a torque controller 3, a motor 4, and a differentiator 5. This conventional position control device controls the position θ [rad] of the motor 4 whose inertia is J [N · m · s ² ].
[0003]
For the sake of simplicity, here, the control target is a rigid body, the total inertia of the control target and the motor 4 can be J, and the response of the torque controller 3 is fast enough to be ignored. And
[0004]
The motor 4 is provided with an encoder (not shown) so that the position θ of the motor 4 can be detected by the encoder. Positional deviation between the position theta position command theta _r and the motor 4 emanating from the host device (not shown) is input to the position controller 1. Position controller 1, the position loop gain _K p [1 / s], the value of the deviation and _{K p} times, a proportional controller for outputting a speed command to the motor _{4 ω r [rad / s]} . The differentiator 5 differentiates the position θ [rad] of the motor 4 and outputs the speed ω [rad / s] of the motor 4. Speed controller 2, a torque command to enter a speed deviation between the speed of the speed command omega _r and the motor 4 omega, the value of the deviation and K _v multiplied by the speed loop gain K _{v [1} / s] to the motor 4 It is a proportional controller that outputs as T _ref [N · m]. The torque controller 3 receives the torque command _Tref , generates a torque _Tr , and drives the motor 4. That is, the position control device is for to follow the position theta of the motor 4 to the position command theta _r, the position theta of the motor 4, the position response to the position command theta _r.
[0005]
As described above, the conventional position control device employs a feedback control method for performing positioning control based on the position θ of the motor 4 that is fed back. Then, as described above, the position control device, usually, the speed loop having a speed loop gain K _v is provided as a minor loop in the position loop processing. Further, a torque controller 3 for generating a torque is provided in the speed loop. The motor of the inertia J is rotated by the generated torque Tr. The position θ is read by the controller by the encoder and used for control. In such a conventional position control apparatus, the tip of the motor are mechanically connected, in response to the operation request using the characteristic of the machine, K _p, is important to adjust a well-balanced values of K _v is there.
[0006]
Response characteristic of entering the step command to the control system of Figure 6, the combination of the values of K _p and K _v, showing the various characteristics as shown in FIG. In FIG. 7, (a) shows a case where K _v = 50 and K _p = 10, (b) shows a case where K _v = 100 and K _p = 25, and (c) shows a case where K _v = 50 and K _p = 50. The response characteristic in the case is shown. Here, J = 1 in all cases.
[0007]
For example, consider the case where the required specification does not overshoot and has a high response as shown in FIG. 7B, and is initially in the state of FIG. 7A. If you try to adjust this as requested, first, while monitoring the waveform of the position feedback, gradually increasing the value of K _p, When confirming in FIG. 7 (c), the larger the value of K _v is now I will do it. Then, the state of FIG. 7B is obtained. However, usually, wherein the mechanical system and which ignored by delay of the torque controller 3 provided in the speed loop, servo system oscillates when too large K _v. Therefore, when the oscillation in the course of increasing the K _v is to reduce the value of K _p again, it is necessary to find the optimal value of K _v.
[0008]
Thus, in the conventional position control system, it is necessary to adjust the optimum gain while changing alternately the value of K _v and K _p. When the K _p and K _v are not familiar with the relationship, it is difficult to adjust with good balance. That is, the skilled person has a configuration in the control object is a rigid body, such as in FIG. 6, if the total load inertia of the motor and machine was J, by a _{Kv = 4 · K p · J} , 7 It is known that the state of (b) can be achieved, but it is difficult for a person with little experience and knowledge to achieve this balance.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional position control device described above has a problem that it is difficult to achieve the required response characteristics because there are two parameters that need to be adjusted.
[0010]
An object of the present invention is to provide a position control device capable of easily realizing a required response characteristic.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the position control device of the present invention is a position control unit that amplifies a position deviation between a position command issued from a higher-order device and a position of a control target by a position loop gain and outputs it as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Speed control means for amplifying a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means by a speed loop gain and outputting the amplified speed deviation as a torque command ,
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means with an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the speed control means as a new speed command;
A second amplification unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified torque command to the torque controller as a new torque command. .
[0012]
According to the position control device of the present invention, once the speed loop gain and the position loop gain are set and the amount of overshoot is determined, only the time direction is changed by the adjustment gain, so that the required response characteristics can be easily realized. be able to.
[0013]
Another position control device of the present invention is a position control unit that amplifies a position deviation between a position command issued from a host device and a position of a control target by a position loop gain and outputs the amplified position deviation as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Integrating means for integrating a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means, and outputting a value obtained by multiplying the speed deviation by a speed loop integration gain;
Speed control means for amplifying a value obtained by adding a value output from the integrating means to a speed deviation between the speed command and the speed of the control target obtained by the differentiating means by a speed loop gain and outputting the amplified value as a torque command ; ,
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means by an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the speed control means and the integration means as a new speed command;
A second amplifying unit that amplifies the value output from the integrating unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified value to the speed control unit as a new value;
And a third amplifying unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the new torque command as the torque controller. I do .
[0014]
The position control device of the present invention is an application of the present invention to a position control device in which the position is controlled by P (proportional) control and the speed is controlled by PI (proportional-integral) control.
[0015]
Further, another position control device of the present invention is a position control unit that amplifies a position deviation between a position command issued from a host device and a position of a control target by a position loop gain and outputs the amplified position command as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Integrating means for integrating a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means, and outputting a value obtained by multiplying the speed deviation by a speed loop integration gain;
A speed control unit that amplifies a deviation between the value output from the integration unit and the speed of the controlled object by a speed loop gain and outputs the amplified value as a torque command ;
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means with an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the integration means as a new speed command;
A second amplifying unit that amplifies the value output from the integrating unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified value to the speed control unit as a new value;
And a third amplifying unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified torque command to the torque controller as a new torque command. I do .
[0016]
The position control device of the present invention applies the present invention to a position control device in which the position is controlled by P (proportional) control and the speed is controlled by IP (integral-proportional) control.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the position control device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0019]
The position control device of the present embodiment is different from the conventional position control device shown in FIG. 6 in that amplifiers 10 ₁ and 10 ₂ are provided after the position controller 1 and the speed controller 2, respectively. .
[0020]
Amplifier 10 ₁ and outputs the K _g multiplying the output value from the position controller 1 by adjusting the gain K _g as a speed command omega _r. Amplifier 10 _2, and K _g multiplied by the adjustment gain K _g a value output from the speed controller 2 outputs as the torque command T _r.
[0021]
For the sake of simplicity, in this embodiment, as in the case of the conventional example, the control target is a rigid body, the total inertia of the control target and the motor 4 can be J, and the response of the torque controller 3 is Shall be fast enough to be ignored.
[0022]
When calculating the transfer function G (S) to the position response from the position command θr of FIG 1, (Here, since the speed loop gain K _v is usually being changed normally in conjunction with the inertia J, K _v0 = K _v · J)
[0023]
G (S) = G ₁ / G ₂ (1)
G ₁ = K _g ² · K _v0 · K _p (2)
_{^{_{_{G 2 = (S 2 + K}}}} g · K v0 · S + K g 2 · K v0 · K p) ······ (3)
It becomes.
[0024]
Here, the stability of the control system is determined by the root of the characteristic equation G ₂ = 0, that is, the poles ρ ₊ and ρ ₋ of the control system.
[0025]
From equation (3),
_{_{_{_{ρ + = -K g {K v0}}}} - (K v0 2 -K v0 · K p) 0.5} / 2 ······ (4)
_{_{_{_{ρ - = -K g {K v0}}}} - (K v0 2 + K v0 · K p) 0.5} / 2 ······ (5)
[0026]
If K _v0 and K _p are once determined here, changing K _g changes only the scale related to time in the pole arrangement, and the amount related to overshoot does not change.
[0027]
To explain this in a commonly used form,
G ₂ = (S ² + 2ζωS + ω ² ) (6)
After all,
ω = K _g (K _v0 · K _p ) ^0.5 (7)
ζ = (K _v0 / K _p ) ^0.5 / 2 (8)
Next, it can be seen that the relationship to ω only K _g.
[0028]
The pole arrangement at this time is as shown in FIG. 2. Once K _p and K _v0 are determined, the amount of overshoot does not change due to K _g , so that the balance of the response waveform does not change, and the time direction (that is, ω ) Changes.
[0029]
For example, in FIG. 3, K _g = 0.5 to K _g = 5, but there is no change in the state where there is no overshoot, and the response speed is faster. However, it is assumed that the state of FIG. 7B is K _g = 1.
[0030]
Thus, in the position control device of this embodiment, K _v, once determined the value of K _p When fixing the value, the response characteristic is determined by a single parameter, K _g.
[0031]
(Second embodiment)
Next, a position control device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the position control device according to the second embodiment of the present invention.
[0032]
The position control device of the present embodiment is a case where the present invention is applied to a position control device in which the position is controlled by P (proportional) control and the speed is controlled by PI (proportional-integral) control.
[0033]
Position control device of the present embodiment is different from the position control device of the first embodiment shown in FIG. 1, the integrator 6, in which the amplifier ₁₀₃ is newly provided.
[0034]
The integrator 6 integrates the speed deviation between the speed of the speed command omega _r and the motor 4 omega, and outputs the integral gain K _i multiplied value. Amplifier _103, and outputs the K _g doubles the speed controller 2 by adjusting gain K _g a value output from the integrator 6.
[0035]
The speed controller 2 in this embodiment, the speed deviation between the speed omega of the motor 4 determined by the differentiator 5 and the speed command omega _r output from the amplifier 10 _1, output from the amplifier 10 ₃ enter a value obtained by adding the value, and outputs the value to the speed loop gain K _v multiplied value to the amplifier 10 _2.
[0036]
When calculating the transfer function G (S) from the position command theta _r at this time to a position response theta,
G (S) = G ₁ / G ₂ (9)
G ₁ = K _g ² · K _v0 · K _D (S + K _g ² · K _i ) (10)
_{^{_{_{G 2 = (S 3 + K}}}} g · K v0 · S 2 + Kg 2 (K v0 · K i + K v0 · K p) S
_{^{_{_{+ K g 3 · K v0 ·}}}} K p · K i) ······ (11)
[0037]
It becomes. Here, the root (pole) of the characteristic equation G ₂ = 0 does not change depending on the value of K _g once K _v0 , K _i , and K _p are determined. As an example, consider the case where G ₂ = 0 has a triple root −K _g ρ,
G ₂ = (S + K _g ρ) ³ = (S ³ + 3K _g ρS ² + 3K _g ² ρ ² S + K _g ³ ρ ³ ) (12)
And comparing Equations (11) and (12),
K _v0 = 3ρ, 3ρ ² = K _v0 · K _i + K _v0 · K _p , ρ ³ = K _v0 · K _p · K _i (13)
[0038]
Therefore, ρ is a constant determined once K _v0 , K _i , and K _p are determined, regardless of the value of K _g . Therefore, from equation (12), the triple root −K _g ρ changes by its magnitude when K _g is changed, and does not change to a triple root. That is, the response characteristics do not change.
[0039]
(Third embodiment)
Next, a position control device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the position control device according to the third embodiment of the present invention.
[0040]
The position control device of the present embodiment is a case where the present invention is applied to a position control device in which the position is controlled by P (proportional) control and the speed is controlled by IP (proportional-integral) control.
[0041]
The position control device of the present embodiment is different from the position control device of the second embodiment shown in FIG. 4 in that a differentiator 7 is newly provided. The differentiator 7 differentiates the position θ of the motor 4 and outputs the speed ω of the motor 4.
[0042]
The speed controller 2 in this embodiment, amplifier 10 ₃ to the value output from the type the value obtained by adding the value of the speed ω, which is the output from the differentiator 7, the speed loop gain K the value _The value multiplied by _v is output.
[0043]
The characteristic equation of the transfer function G (S) from the position command θ _r to the position response θ in the position control device of the present embodiment is:
_{^{_{_{G 2 '= (S 3 +}}}} K g · K v0 · S 2 + K g 2 · K v0 · K i · S + K g 3 · K v0 · K p · K i) ······ (14)
And comparing equation (12) and equation (14),
K _v0 = 3ρ, 3ρ ² = K _v0 · K _i , ρ ³ = K _v0 · K _p · K _i (15)
Therefore, ρ is a constant determined once K _v0 , K _i , and K _p are determined, regardless of the value of K _g . Therefore, according to the position control device of the present embodiment, the same effects as those of the position control device of the second embodiment can be obtained.
[0044]
In the first to third embodiments, the case where the position loop gain _Kp and the speed loop gain _Kv are constants has been described. However, the present invention is not limited to such a case. This is also effective when the gain _Kp and the speed loop gain _Kv are made variable by an internal variable such as a position deviation, a feedback speed, or the like, thereby facilitating parameter adjustment. That is, in such a case, position loop gain K _p, the speed loop gain K _v, the velocity loop integral gain K _i is to remain stationary, may be only the variable K _g.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the response-specific adjustment can be performed only by adjusting one parameter, the effect that the required response characteristics can be easily realized is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a position control device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a pole arrangement diagram for explaining the operation of the position control device of FIG. 1;
3 is a diagram illustrating a change in response characteristics in the case of changing the value of the adjustment gain K _g.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a position control device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a position control device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a conventional position control device.
FIG. 7 is a diagram showing a change in response characteristics of a conventional position control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position controller 2 Speed controller 3 Torque controller 4 Motor 5 Differentiator 6 Integrator 7 Differentiator 10 ₁ , 10 ₂ , 10 ₃ Amplifier

Claims

上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記速度制御手段に出力する第１の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として前記トルク制御器に出力する第２の増幅手段と、を備えたことを特徴とする位置制御装置。Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position of a control target by a position loop gain and outputting the amplified position command as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Speed control means for amplifying a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means by a speed loop gain and outputting the amplified speed deviation as a torque command ,
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means with an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the speed control means as a new speed command;
A second amplifying unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified torque command to the torque controller as a new torque command. position control device for.

上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差に、前記積分手段から出力された値を加算した値を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記速度制御手段および前記積分手段に出力する第１の増幅手段と、
前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たな値として前記速度制御手段に出力する第２の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として出力前記トルク制御器にする第３の増幅手段と、を備えたことを特徴とする位置制御装置。Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position of a control target by a position loop gain and outputting the amplified position command as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Integrating means for integrating a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means, and outputting a value obtained by multiplying the speed deviation by a speed loop integration gain;
Speed control means for amplifying a value obtained by adding a value output from the integrating means to a speed deviation between the speed command and the speed of the control target obtained by the differentiating means by a speed loop gain and outputting the amplified value as a torque command ; ,
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means by an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the speed control means and the integration means as a new speed command;
A second amplifying unit that amplifies the value output from the integrating unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified value to the speed control unit as a new value;
And a third amplifying unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the new torque command as the torque controller. position control device for.

上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して速度指令として出力する位置制御手段と、
前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、
前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力された値と、前記制御対象の速度との偏差を速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する速度制御手段と、
前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルク制御器と、を有する位置制御装置において、
前記位置制御手段から出力された速度指令を調整ゲインによって増幅して新たな速度指令として前記積分手段に出力する第１の増幅手段と、
前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たな値として前記速度制御手段に出力する第２の増幅手段と、
前記速度制御手段から出力されたトルク指令を前記調整ゲインと同一の値のゲインによって増幅して新たなトルク指令として前記トルク制御器に出力する第３の増幅手段と、を備えたことを特徴とする位置制御装置。Position control means for amplifying a position deviation between a position command issued from a host device and a position of a control target by a position loop gain and outputting the amplified position command as a speed command ,
Differentiating means for determining the speed of the controlled object by differentiating the position of the controlled object,
Integrating means for integrating a speed deviation between the speed command and the speed of the control target determined by the differentiating means, and outputting a value obtained by multiplying the speed deviation by a speed loop integration gain;
A speed control unit that amplifies a deviation between the value output from the integration unit and the speed of the controlled object by a speed loop gain and outputs the amplified value as a torque command ;
A torque controller that drives the control target based on the torque command ;
First amplification means for amplifying the speed command output from the position control means with an adjustment gain and outputting the amplified speed command to the integration means as a new speed command;
A second amplifying unit that amplifies the value output from the integrating unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified value to the speed control unit as a new value;
A third amplifying unit that amplifies the torque command output from the speed control unit with a gain having the same value as the adjustment gain and outputs the amplified torque command to the torque controller as a new torque command. position control device for.