JPH0468410A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 制御対象のフィードバック制御を行うサーボ制御装置に
関し、 移動開始直後などの位置偏差が大きいときにフィードバ
ンクの係数を大きくして変数のオーバーフローや飽和を
抑え、定速区間で位置偏差がほとんど生じないときにフ
ィードバックの係数を小さ（してノイズを低減すること
を目的とし、ホストから指令された目標位ｆｒｒ　、目
標速度ｖｆをもとに時間的に変化する参照位置ｒを発生
する関数発生器と、この関数発生器によって発生した参
照位置ｒおよび制御対象の実位置ｙの差である位置偏差
ｅ　（ｅ＝ｒ　　ｙ）を演算して操作量Ｕを発生するた
めの２組の切り換え可能なゲインを設けたフィードバッ
ク補償器とを備え、上記位置偏差ｅが所定値以下で所定
時間以上ｍ続し、かつ定速度である場合に上記切り換え
可能なゲインを小さい方に切り換え、一方、それ以外の
場合に大きい方に切り換え、フィードバック制御を行う
ように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、制御対象のフィードバック制御を行うサーボ
制御装置に関するものである。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕従来、サ
ーボ制御装置は、第５図に示すように、ホストから指令
された目標位置ｒｆ、目標速度Ｖ、になるように時間的
に変化する軌跡である参照位置ｒ、参照速度Ｖを発生す
る関数発生器２１と、制御対象２５の実際の実位置ｙが
参照位置ｒに追従するように位置偏差ｅ＝ｒ−ｙを零に
する操作量Ｕを発生するフィードバック補償器から構成
されている。フィードバック補償器は、位置偏差ｅに比
例ゲイン２２−１、積分ゲイン２２−２、微分ゲイン２
２−３を乗じて加算するＰ、ＩＤＩ＃Ｊ御が一般的に行
われている。精密な制御を行う場合、実位置ｙはエンコ
ーダで検出されるのでディジタル値となり、ディジタル
サーボ制御が行われる。

第６図にディジタルサーボ制御のシステム構成図を示す
。関数発生器、フィードバック補償器は、ＭＰ’Ｕ３１
内のソフトウェアによって実現する。

ＭＰＵ３１が操作量ＵをＤ／Ａコンバータ３２に出力し
てアナログ量に変換し、パワーアンプ３３を介してＤＣ
モータ３４に供給してこれを回転させ、メカ部３６を駆
動する。ＤＣモータ３４の回転は、ロークリエンコーダ
３５によりパルスとして検出し、カウンタ３７でこのパ
ルスを計数して実位Ｍｙを求める。この求めた実位置ｙ
をＭＰＵ３１が取り込み、サーボ制御を行うようにして
いる。

この際、メカ部３６の位置を検出する位置センサである
ロークリエンコーダ３５から実位置ｙをディジタル値で
取り込むため、制御対象の位置は、エンコーダの分解能
華位に離散的な値となる。速度が非常に遅いときには、
第７図（ロ）に示すように、実位置ｙはエンコーダの最
小分解能Ｓの高さを持つステップ状になる。また、関数
発生器は、位置センサの最小分解能まで精度を保つため
に、発生する参照値１１ｒの分解能を実位置ｙの分解能
と等しくするのが一般的であるので、参照位置ｒも第７
図（イ）に示すように実位置ｙと同様に高さＳのステッ
プ状になる。このため、第７図（ハ）位置偏差ｅは、参
照位置ｒと実位置ｙとがずれたときのみにパルスを発生
するので、操作量Ｕも第７図（ニ）に示すようにパルス
状のノイズとして発生することとなる。このパルス状の
ノイズによって、制御対象に微小な振動が発生し、精密
な速度制御を行えないという問題があった。このノイズ
を減少させるために、フィードバックの係数（ゲイン）
を小さくすればよいが、係数を小さくすると、移動開始
直後などに大きな位置偏差が発生し、ＭＰＵ３１内部で
変数のオーバーフローや飽和が発生し、これによって新
たな振動が発注する場合があり、係数を小さくし得ない
という問題があった。

尚、第５図構成によるＰＩＤ制御についてＷＪｊｉｉに
説明する。ホストから指令された目標位置ｒ。

、目標速度Ｖ、をもとに間数発生器２１が時間とともに
変化する参照位置ｒを発生し、この参照位置ｒと制御対
象２５の実位置ｙとの差である位置偏差ｅを求め、この
位置偏差ｅに対して、比例ゲイン２２−１を乗算した値
、積分ゲイン２２−２を乗算して積分器２３で積分した
値、微分ゲイン２２−３を乗算して微分器２４で微分し
た値の総和を求めてこれを操作Ｊｉｕとし・この操作Ｉ
ｕで制御対象２５をフィードバンク制御するようにして
いる。

本発明は、移動開始直後などの位置偏差が大きいときに
フィードバックの係数を大きくして変数のオーバーフロ
ーや飽和を抑え、定速区間で位置偏差がほとんど住しな
いときにフィードバックの係数を小さくしてノイズを低
減することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図を参照して課題を解決するための手段を説明する
。

第１図において、関数発生器１は、ホストから指令され
た目標位置ｒｙ、目標速度Ｖ、をもとに時間的に変化す
る参照位置ｒを発生するものである。

フィードバック補償器２は、関数発生器１によって発生
された参照位置ｒ、制御対象の実位置ｙとの位置偏差ｅ
　（ｅ＝ｒ−ｙ）を演算して操作量Ｕを発生するための
２組の切り換え可能なゲイン（比例ゲイン、積分ゲイン
、微分ゲイン）を設けたものである。

〔作用〕

本発明は、第１図に示すように、ホストから指令された
目標位置ｒｙ、目標位置ｖ、をもとに関数発生器１が時
間的に変化する参照位置ｒを発生し、この発生した参照
位置ｒと実位置ｙとの差である位置偏差ｅが所定値以下
で所定時間以上継続し、かつ一定速度である場合に、フ
ィードバック補償器２の切り換え可能なゲインを小さい
方に切り換え、一方、それ以外の場合に大きい方に切り
換え、フィードバック制御を行うようにしている。

従って、移動開始直後などの位置偏差ｅが大きいときに
フィードバックのゲインを大きくし、定速区間でフィー
ドバックのゲインを小さくすることにより、位置偏差ｅ
が大きいときに発生する変数のオーバーフローや飽和を
抑えて安定化すると共に、定速区間で位置偏差がほとん
ど生じないときのノイズによる制御対象の振動を低減す
ることが可能となる。

〔実施例〕

次に、第１図から第４図を用いて本発明の１実施例の構
成および動作を順次詳細に説明する。

第１図において、関数発生器１は、ホストから指令され
た目標位置ｒｆ、目標速度Ｖ、をもとに時間的に変化す
る参照位置ｒを発生したり、定速のときにＡＮＤ回路４
−１に定速信号を出力したりなどするものである。

フィードバック補償器２は、関数発生器１によって発生
された参照位置ｒおよび制御対象の実位置ｙをもとに操
作量Ｕを生成し、制御対象９をフィードバック制御する
ものである。

偏差最小検出部３は、位置偏差ｅの振幅が所定値以下（
例えば制御対象９の実位置ｙを検出するエンコーダの最
小分解能Ｓ以下）になったかを検出するものである。

タイマ４は、偏差最小検出部３によって位置偏差ｅの振
幅が所定値以下となったときに起動され、所定時間経過
したときにＡＮＤ回路４−１にゲインを小さい方に切り
替える切替信号を送出するものである。

ＡＮＤ回路４−１は、タイマ４からの切替信号および関
数発生器１からの定速信号の両者が入力されたときに、
スイッチ５−１ないし５−３を切り替えてゲイン（小）
に設定するものである。

スイッチ５−１．５−２．５−３は、ＡＮＤ回路４−１
からの信号をもとにゲイン（大）あるいはゲイン（小）
のいずれかに切り替えるスイッチである。

比例ゲイン（小）６−２、積分ゲイン（小）７−２、微
分ゲイン（小）８−２は、位置偏差ｅが所定値以下で所
定時間ｍ続し、かつ定速のときに選択されるゲインであ
って、定速時におけるエンコーダの最小分解能Ｓによる
ノイズの影響で制御対象９が微小振動することを低減さ
せるためのものである（第４図参照）。

比例ゲイン（大）６−１、’１分ゲイン（大）７−１、
微分ゲイン（大）８−１は、位置偏差ｅが所定値以下で
所定時間継続し、かつ定速のときに該当しないときに選
択するゲインであって、通常のフィードバック制御のと
きに選択するゲインである。

積分器７−３、微分器８−３は、積分したり、微分した
りするものである。

制御対象９は、操作量Ｕでフィードバック制御する対象
（例えばロボット）である。

次に、第２図フローチャートに示す順序に従い、第１図
構成の動作を詳細に説明する。

第２図において、■は、ホストから目標位置ｒ１、目標
速度ｖｆを入力する。

■は、参照位置ｒ、参照速度Ｖを発生する。

０は、位置偏差ｅ＝参照位置ｒ−実位Ｍｙを求める。

■は、位置偏差ｅの絶対値が闇値よりも小さいか否かを
判別する。ＹＥＳの場合（例えば第３図■の場合）には
、■でタイマを起動し、■を行う。

Ｎｏの場合には、［相］でタイマをリセットし、■以降
を繰り返し行う。

［相］は、■で起動されたタイマの時間が所定時間Ｔ０
経過したか否かを判別する。ＹＥＳの場合（例えば第３
図■の場合）には、■を行う。Ｎ。

の場合には、［相］を繰り返し行い、所定時間Ｔ０経過
するまで待機する。この待機中に［相］Ｎｏとなったと
きはタイマをリセットし、■を行う。

■は、参照速度Ｖが定速か否かを判別する。ＹＥＳの場
合には、［相］でゲインを小、即ち第１図スイッチ５−
１ないし５−３を下側に切り替え、比例ゲイン（小＞６
−２、積分ゲイン（小）７−２、微分ゲイン（小）８−
２を設定する。これにより、第４図（ニ）操作量Ｕ中に
示すように、ステップ幅を小さくし、制御対象９への振
動の発生を低減することが可能となる。

第３図は、本発明の動作説明図を示す。

第３図（イ）は、参照位置ｒを示す。これは、第１図間
数発生器１がホストから指令された目標位置ｒｆ、目標
速度Ｖ、をもとに時間的に変化する位置情報として発生
したものである。

第３図（ロ）は、実位置ｙを示す。これは、第１図制御
対象９に装着したエンコーダなどによって検出した実位
置ｙである。

第３図（ハ）は、参照速度Ｖを示す、これは、第１図間
数発住器１がホストから指令された目標位置ｒｆ、目標
速度ｖｆをもとに時間的に変化する速度情報として発生
したものである。

第３図（ニ）は、位置偏差ｅを示す、これは、参照位ｌ
ｒ−実位置ｙ＝位置偏差ｅとして求めたものを縦軸方向
に誇張して判り昂く表したものである０本実施例は、位
置偏差ｅの振幅の絶対値が図示■の位置で闇値よりも小
さくなったときにタイマを起動してＴｌｌ経過し、かつ
定速のときに図示■の位置でゲイン小にスイッチ５−１
ないし５３を切り替える。これにより、エンコーダの最
小分解能Ｓに対応するノイズによって制御対象９が振動
することを低減することが可能となる。そして、図示◎
の位置でもとのゲイン大にスイッチ５−１ないし５−３
を切り替え、制御量のステップを大きくする。

第３図（ホ）は、操作量Ｕを示す。これは、第３図（ニ
）位置偏差ｅに対して、比例ゲイン、積分ゲイン、微分
ゲインをもとに生成した操作量Ｕである。

第４図は、本実施例の動作波形図を示す、これは、第３
図（イ）、（ロ）、（ニ）、（ホ）の定速時における一
部の波形を拡大したものである。

図中のＳは最小分解能（例えばエンコーダの最小分解能
）のステップを示す。

第４図（イ）は、参照位置ｒを示す、これは、参照位置
ｒが最小ステップＳで徐々に増大してい第４図（ロ）は
、実位置ｙを示す、これは、第４図（イ）参照位置ｒに
追従して実位置ｙが最小ステップＳで徐々に増大してい
る。

第４図（ハ）は、位１Ｆ偏差ｅを示す、これは、第４図
（イ）参照位置ｒと、第４図（ロ）実位置ｙとの差に対
応した最小ステップＳの価が生成されている。

第４図（ニ）は、操作量Ｕを示す、これは、第４図（ハ
）位置偏差ｅについて、本実施例によってゲイン（比例
ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン）をゲイン（大）とゲ
イン（小）とを第２図フローチャートに従って切り替え
ることにより、操作量Ｕのステップを図示のように小さ
くし、制御対象の振動を低減したものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、移動開始直後な
どの位置偏差ｅが大きいときにフィードバックの係数（
ゲイン）を大きくし、定速区間でフィードバックの係数
を小さ（する構成を採用しているため、位置偏差ｅが大
きいときに発生する変数のオーバーフローや飽和を抑え
て安定化すると共に、定速区間で位置偏差がほとんど生
じないときのノイズによる制御対象の振動を低減するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例構成図、第２図は本発明の動
作説明フローチャート、第３図は本発明の動作説明図、
第４図は本発明の動作波形図、第５図は従来例のブロッ
ク図、第６図はシステム構成図、第７図は従来技術の説
明図を示す。 図中、１は開数発止器、２はフィードバック補償器、３
は偏差最小検出器、４はタイマ、４−１はＡＮＤ回路、
５−１．５−２．５−３はスイッチ、６−１．６−２は
比例ゲイン、７−１．７−２は積分ゲイン、７−３は積
分器、８−１．８−２は微分ゲイン、８−３は微分器、
９は制御対象を表す。 ７本、発日月の重り４／Ｆ説Ｂ月７Ｂ−テヤ一り第　２
　図 箔 図 佑 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 制御対象のフィードバック制御を行うサーボ制御装置に
   おいて、 ホストから指令された目標位置ｒ＿ｆ、目標速度ｖ＿ｆ
   をもとに時間的に変化する参照位置ｒを発生する関数発
   生器（１）と、 この関数発生器（１）によって発生した参照位置ｒおよ
   び制御対象（９）の実位置ｙの差である位置偏差ｅ（ｅ
   ＝ｒ−ｙ）を演算して操作量ｕを発生するための２組の
   切り換え可能なゲインを設けたフィードバック補償器（
   ２）とを備え、 上記位置偏差ｅが所定値以下で所定時間以上継続し、か
   つ定速度である場合に上記切り換え可能なゲインを小さ
   い方に切り換え、一方、それ以外の場合に大きい方に切
   り換え、フィードバック制御を行うように構成したこと
   を特徴とするサーボ制御装置。