JP4507110B2 - ディジタルサーボ制御装置 - Google Patents
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Description
図9は、従来のサーボ制御装置のブロック図である。図において、Kpは位置ループ比例ゲイン、K1は速度ループ積分ゲイン、K2は速度ループ比例ゲイン、36は電流ループ回路、38はサーボモータの電気部で、Rは巻き線の抵抗、Lは巻き線のインダクタンス、40はサーボモータの機械部でKtはトルク定数、Jmはイナーシャ、42はサーボモータの回転速度を積分し、位置を算出する伝達関数である。また、44は位置フィードフォワード項であり、α1は位置フィードフォワード係数である。46は速度フィードフォワード項であり、α2は速度フィードフォワード係数である。上記速度フィードフォワード係数α2は通常Jm/Kt(Jm:イナーシャ、Kt:トルク定数)の値に近い値がとられる。なお、位置フィードフォワード項44のフィードフォワード係数α1の値はモータの特性等に合わせて実験的に決められる(理想的には1がよい)。
位置、速度ループ処理の周期をTPとし、各位置、速度ループ処理における位置指令をa(n)(n=1、2、3・・・;n≦0の時a(n)=0)とすると、位置指令a(n)の微分値b(n)は実際には差分として(1)式の演算によって算出される。
また、請求項2に記載の発明は、位置指令を微分した値に速度フィードフォワードゲインを乗算して速度フィードフォワード信号を算出する速度フィードフォワード制御器と、前記位置指令を微分した値を更に微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗算してトルクフィードフォワード信号を算出するトルクフィードフォワード制御器と、前記位置指令と位置検出器で検出したモータ位置との偏差に基づいて速度指令を算出する位置制御器と、前記速度指令と前記モータ位置を微分したモータ速度との偏差に前記速度フィードフォワード信号を加算した値に基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて制御対象を制御するディジタルサーボ制御装置であって、前記トルクフィードフォワード制御器が、前記トルクフィードフォワード信号の現サンプリングの値である今回のトルクフィードフォワード信号を保存する遅延器と、前記今回のトルクフィードフォワード信号か、前記遅延器に保存した前記トルクフィードフォワード信号の1サンプリング前の値である前回のトルクフィードフォワード信号か、のいずれか1つを選択して出力するセレクタと、前記速度フィードフォワード信号を微分した値を更に微分する微分器と、を有すると共に、前記微分器が出力した値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成し、前記トルク指令に、前記前回もしくは前記今回のトルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて前記制御対象を制御するものである。
また、請求項3に記載の発明は、速度指令を微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗算してトルクフィードフォワード信号を算出するトルクフィードフォワード制御器と、前記速度指令と位置検出器で検出したモータ位置を微分したモータ速度との偏差に基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて制御対象を制御するディジタルサーボ制御装置であって、前記トルクフィードフォワード制御器が、前記トルクフィードフォワード信号の現サンプリングの値である今回のトルクフィードフォワード信号を保存する遅延器と、前記今回のトルクフィードフォワード信号か、前記遅延器に保存した前記トルクフィードフォワード信号の1サンプリング前の値である前回のトルクフィードフォワード信号か、のいずれか1つを選択して出力するセレクタと、前記速度フィードフォワード信号を微分した値を更に微分する微分器と、を有すると共に、前記微分器が出力した値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成し、前記トルク指令に、前記前回もしくは前記今回のトルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて前記制御対象を制御するものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の発明における前記トルクフィードフォワード制御器が、前記微分器に代わって、前記トルクフィードフォワード信号の数サンプリング前までの値の平均値であるトルクフィードフォワード信号平均値を算出する平均化回路を有すると共に、前記今回のトルクフィードフォワード信号と前記トルクフィードフォワード信号平均値との差の絶対値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成したものである。
また、様々な用途に適用することができ、制御装置の汎用性を高めることができる。
更に、微分信号である差分演算の誤差によりトルクフィードフォワード信号が汚くなる場合には、前回のトルクフィードフォワード信号を使用することができるため、トルクフィードフォワード信号を滑らかにすることができる。また、トルクフィードフォワード信号が汚くなる場合のみ、容易に最良のトルクフィードフォワード信号に切り替えることができる。
位置制御器1は、位置指令と検出器4の出力であるモータ位置との位置偏差を入力し速度指令を出力する。微分器7は、検出器4の出力であるモータ位置を入力し微分演算を行い、モータ速度を算出し出力する。速度フィードフォワード制御器5は、微分器51と乗算器52を備えており、位置指令を入力して、微分器51にて微分演算を行い、乗算器52にて速度フィードフォワードゲインVFFを乗じて速度フィードフォワード信号を出力する。微分器51による微分演算は、今回の入力をIN(n)、前回の入力をIN(n−1)、サンプリング周期をTs、微分器51の出力をOUT(n)とすると、式(4)で計算される。
OUT(n)={IN(n)―IN(n−1)}/Ts ・・・(4)
OUT(n)={IN(n)−IN(n−1)}/Ts ・・・(5)
となる。
本発明が特許文献1と異なる部分は、トルクフィードフォワード制御器6における微分器62、遅延器64、セレクタ65を備えた部分である。
このように本発明のディジタルサーボ制御装置は、トルクフィードフォワード制御器6で出力されるトルクフィードフォワード信号が微分器61の差分演算による誤差が生じた場合、前回生成したトルクフィードフォワード信号を使用することで滑らかなトルクフィードフォワード信号とすることができる。
例えば、図2は、本発明の第2の実施例を示すものであり、本発明の第1の実施例を示すサーボ制御装置で用いることのできる他の構成を示すトルクフィードフォワード制御器のブロック図である。図において、トルクフィードフォワード制御器106は、速度フィードフォワード信号を入力し、微分器61にて微分演算を行い、乗算器63にてトルクフィードフォワードゲインTFFを乗じてトルクフィードフォワード信号を生成する。
OUT(n)={IN(n)−IN(n−1)}/Ts ・・・(6)
となる。
なお、本実施例が第1の実施例と異なる部分は、トルクフィードフォワード制御器106における平均化回路67を、図1のトルクフィードフォワード制御器6における微分器62の代わりに備えた点である。
トルクフィードフォワード制御器206は、微分器61、62、66、乗算器63、遅延器64、セレクタ65とを備えており、位置指令を入力して、微分器61、66により2回の微分演算を行い、乗算器63にてトルクフィードフォワードゲインTFFを乗じてトルクフィードフォワード信号を生成する。また、遅延器64では生成したトルクフィードフォワード信号を保存する。ここで、微分器61の出力をさらに微分器62にて微分演算を行い、微分器62の出力信号が予め設定していた閾値よりも大きい時、セレクタ65は遅延器64で保存していたトルクフィードフォワード信号の前回値を出力する。
微分器61、および62の微分演算は、今回の入力をIN(n)、前回の入力をIN(n−1)、サンプリング周期をTs、出力をOUT(n)とすると、式(7)で計算される。
OUT(n)={IN(n)―IN(n−1)}/Ts ・・・(7)
なお、本実施例が第1の実施例と異なる部分は、図1のトルクフィードフォワード制御器の入力である速度フィードフォワード制御器5を介した速度フィードフォワード信号の代わりに、位置指令をトルクフィードフォワード制御器206の入力とし、トルクフィードフォワード制御器206内の微分器66を介している点である。
例えば、図4は、本発明の第4の実施例を示すものであり、本発明の第3の実施例を示すサーボ制御装置で用いることのできる他の構成を示すトルクフィードフォワード制御器のブロック図である。図において、トルクフィードフォワード制御器306は位置指令を入力し、微分器61、66にて2回の微分演算を行い、乗算器63にてトルクフィードフォワードゲインTFFを乗じてトルクフィードフォワード信号を生成する。
OUT(n)={IN(n)―IN(n−1)}/Ts ・・・(8)
なお、本実施例が第3の実施例と異なる部分は、トルクフィードフォワード制御器306における平均化回路67を、図3のトルクフィードフォワード制御器206における微分器62の代わりに備えた点である。
図5は、本発明の第5の実施例を示すディジタルサーボ制御装置のブロック図である。図において、本発明の第1の実施例を示す図1と同一の符号の構成要素は、同一の動作をするものであるため、説明を省略する。406はトルクフィードフォワード制御器である。
なお、本実施例が第1の実施例と異なる部分は、位置指令の代わりに速度指令を入力としている点であり、速度制御に関わるディジタルサーボ制御装置に適用した例である。
例えば、図6は、本発明の第6の実施例を示すものであり、本発明の第5の実施例を示すサーボ制御装置で用いることのできる他の構成を示すトルクフィードフォワード制御器のブロック図である。
なお、本実施例が第5の実施例と異なる部分は、トルクフィードフォワード制御器506における平均化回路67を、図5のトルクフィードフォワード制御器406における微分器62の代わりに備えた点である。
例えば、図7は、本発明の第7の実施例を示すものであり、速度フィードフォワード制御器の出力をフィルタ処理するブロック図である。図において、速度フィードフォワード制御器5の出力に任意のローパスフィルタ53によるフィルタ処理した信号を速度フィードフォワード信号としている。これは、第1、3の実施例における速度フィードフォワード信号の代わりに適用できる。
例えば、図8は、本発明の第8の実施例を示すものであり、トルクフィードフォワード制御器の出力をフィルタ処理するブロック図である。図において、トルクフィードフォワード制御器6の出力に任意のローパスフィルタ68によるフィルタ処理した信号をトルクフィードフォワード信号としている。これは、第1〜6の実施例におけるトルフィードフォワード信号の代わりに適用できる。
2 速度制御器
3 制御対象
4 検出器
5 速度フィードフォワード制御器
6、106、206、306、406、506 トルクフィードフォワード制御器
7、51、61、62、66 微分器
52、63 乗算器
53 フィルタ
64 遅延器
65 セレクタ
67 平均化回路
68 フィルタ
Claims (4)
- 位置指令を微分した値に速度フィードフォワードゲインを乗算して速度フィードフォワード信号を算出する速度フィードフォワード制御器と、前記速度フィードフォワード信号を微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗算してトルクフィードフォワード信号を算出するトルクフィードフォワード制御器と、前記位置指令と位置検出器で検出したモータ位置との偏差に基づいて速度指令を算出する位置制御器と、前記速度指令と前記モータ位置を微分したモータ速度との偏差に前記速度フィードフォワード信号を加算した値に基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて制御対象を制御するディジタルサーボ制御装置であって、
前記トルクフィードフォワード制御器が、前記トルクフィードフォワード信号の現サンプリングの値である今回のトルクフィードフォワード信号を保存する遅延器と、
前記今回のトルクフィードフォワード信号か、前記遅延器に保存した前記トルクフィードフォワード信号の1サンプリング前の値である前回のトルクフィードフォワード信号か、のいずれか1つを選択して出力するセレクタと、
前記速度フィードフォワード信号を微分した値を更に微分する微分器と、を有すると共に、
前記微分器が出力した値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成し、
前記トルク指令に、前記前回もしくは前記今回のトルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて前記制御対象を制御することを特徴としたディジタルサーボ制御装置。 - 位置指令を微分した値に速度フィードフォワードゲインを乗算して速度フィードフォワード信号を算出する速度フィードフォワード制御器と、前記位置指令を微分した値を更に微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗算してトルクフィードフォワード信号を算出するトルクフィードフォワード制御器と、前記位置指令と位置検出器で検出したモータ位置との偏差に基づいて速度指令を算出する位置制御器と、前記速度指令と前記モータ位置を微分したモータ速度との偏差に前記速度フィードフォワード信号を加算した値に基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて制御対象を制御するディジタルサーボ制御装置であって、
前記トルクフィードフォワード制御器が、前記トルクフィードフォワード信号の現サンプリングの値である今回のトルクフィードフォワード信号を保存する遅延器と、
前記今回のトルクフィードフォワード信号か、前記遅延器に保存した前記トルクフィードフォワード信号の1サンプリング前の値である前回のトルクフィードフォワード信号か、のいずれか1つを選択して出力するセレクタと、
前記速度フィードフォワード信号を微分した値を更に微分する微分器と、を有すると共に、
前記微分器が出力した値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成し、
前記トルク指令に、前記前回もしくは前記今回のトルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて前記制御対象を制御することを特徴としたディジタルサーボ制御装置。 - 速度指令を微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗算してトルクフィードフォワード信号を算出するトルクフィードフォワード制御器と、前記速度指令と位置検出器で検出したモータ位置を微分したモータ速度との偏差に基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に前記トルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて制御対象を制御するディジタルサーボ制御装置であって、
前記トルクフィードフォワード制御器が、前記トルクフィードフォワード信号の現サンプリングの値である今回のトルクフィードフォワード信号を保存する遅延器と、
前記今回のトルクフィードフォワード信号か、前記遅延器に保存した前記トルクフィードフォワード信号の1サンプリング前の値である前回のトルクフィードフォワード信号か、のいずれか1つを選択して出力するセレクタと、
前記速度フィードフォワード信号を微分した値を更に微分する微分器と、を有すると共に、
前記微分器が出力した値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成し、
前記トルク指令に、前記前回もしくは前記今回のトルクフィードフォワード信号を加算した値に応じて前記制御対象を制御することを特徴としたディジタルサーボ制御装置。 - 前記トルクフィードフォワード制御器が、前記微分器に代わって、前記トルクフィードフォワード信号の数サンプリング前までの値の平均値であるトルクフィードフォワード信号平均値を算出する平均化回路を有すると共に、
前記今回のトルクフィードフォワード信号と前記トルクフィードフォワード信号平均値との差の絶対値が、予め設定された閾値より大きい場合に前記セレクタが前記前回のトルクフィードフォワード信号を選択し、一方、予め設定された閾値以下の場合に前記セレクタが前記今回のトルクフィードフォワード信号を選択するように構成したことを特徴とした請求項1乃至3のいずれか1つに記載のディジタルサーボ制御装置。
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