JPH0738136B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JPH0738136B2 JPH0738136B2 JP63207722A JP20772288A JPH0738136B2 JP H0738136 B2 JPH0738136 B2 JP H0738136B2 JP 63207722 A JP63207722 A JP 63207722A JP 20772288 A JP20772288 A JP 20772288A JP H0738136 B2 JPH0738136 B2 JP H0738136B2
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- control system
- compensator
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
- G05D3/14—Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
- G05D3/1445—Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with a plurality of loops
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は位置決め制御装置、特に高速高精度な位置決
め制御装置に関するものである。
め制御装置に関するものである。
第５図は、磁気デイスク装置のヘツド位置決め制御装置
として、従来から一般的に用いられている「速度制御と
位置制御を切り替える方式の位置決め制御装置」であ
る。この方式は高速高精度な位置決め装置の代表的な方
式例であり、参考文献としては、１）R.K.Oswald,Desig
n of a Disk Head−Positioning Servo,IBM Journal of
Research and Development,vol.18,No.6,November 197
4、２）R.K.Oswald,Head Positioning Servo Design Fo
r The I B M3344/3350 Disk Files,IEEE TRANSACTIONS
ON MAGNETICS,Vol.MAG−14,No.4,July 1978、３）高波
らの3.2ギガバイト集合形磁気デイスク装置用周辺回
路，日本電信電話公社研究実用化報告第31巻，第１号
（1982）などがある。以下、全ての説明において、目標
値は目標値信号を表わすこととする。図において（１）
は制御対象であるモータおよびモータと一体化されたア
クセスヘツド、（２）は位置目標値、ここでの位置とは
アクセスヘツドの位置を意味しており、速度とはアクセ
スヘツドの速度を意味している。（３）は上記制御対象
（１）の速度検出器、（４）は速度信号、（５）は積分
器、（６）は位置信号、（７）は上記位置目標値（２）
と位置信号（６）との差である位置偏差、（８）は速度
基準曲線と呼ばれ、制御対象（１）を最大加速し、一定
減速度で減速する場合の速度−位置曲線のことであり、
（９）は、位置偏差（７）に対して速度基準曲線（８）
より得られる速度目標値、（10）は速度目標値（９）と
速度信号（４）との差である速度偏差、（11）は速度制
御と位置制御を切り替えるスイツチ、（12）は偏差を周
波数的に増幅、減衰する補償器、（13）は上記制御対象
（１）の制御入力、（14）は上記制御対象（１）の位置
検出器、（15）は位置信号、（16）は上記位置目標値
（２）と位置信号（15）との差である位置偏差である。
従来の位置決め制御装置は、特に磁気デイスク装置用ア
クセスヘツドの位置決め制御装置に限らず、上記のよう
に構成される。従来の位置決め制御系の構成は、高速度
な出力応答を得るための速度制御系と、高精度な位置決
めを行うための位置制御系の二つからなる。これらの制
御系を並列に配置し、速度制御系から位置制御系にスイ
ツチで切り替えることで高速高精度な位置決め制御を行
つている。
として、従来から一般的に用いられている「速度制御と
位置制御を切り替える方式の位置決め制御装置」であ
る。この方式は高速高精度な位置決め装置の代表的な方
式例であり、参考文献としては、１）R.K.Oswald,Desig
n of a Disk Head−Positioning Servo,IBM Journal of
Research and Development,vol.18,No.6,November 197
4、２）R.K.Oswald,Head Positioning Servo Design Fo
r The I B M3344/3350 Disk Files,IEEE TRANSACTIONS
ON MAGNETICS,Vol.MAG−14,No.4,July 1978、３）高波
らの3.2ギガバイト集合形磁気デイスク装置用周辺回
路，日本電信電話公社研究実用化報告第31巻，第１号
（1982）などがある。以下、全ての説明において、目標
値は目標値信号を表わすこととする。図において（１）
は制御対象であるモータおよびモータと一体化されたア
クセスヘツド、（２）は位置目標値、ここでの位置とは
アクセスヘツドの位置を意味しており、速度とはアクセ
スヘツドの速度を意味している。（３）は上記制御対象
（１）の速度検出器、（４）は速度信号、（５）は積分
器、（６）は位置信号、（７）は上記位置目標値（２）
と位置信号（６）との差である位置偏差、（８）は速度
基準曲線と呼ばれ、制御対象（１）を最大加速し、一定
減速度で減速する場合の速度−位置曲線のことであり、
（９）は、位置偏差（７）に対して速度基準曲線（８）
より得られる速度目標値、（10）は速度目標値（９）と
速度信号（４）との差である速度偏差、（11）は速度制
御と位置制御を切り替えるスイツチ、（12）は偏差を周
波数的に増幅、減衰する補償器、（13）は上記制御対象
（１）の制御入力、（14）は上記制御対象（１）の位置
検出器、（15）は位置信号、（16）は上記位置目標値
（２）と位置信号（15）との差である位置偏差である。
従来の位置決め制御装置は、特に磁気デイスク装置用ア
クセスヘツドの位置決め制御装置に限らず、上記のよう
に構成される。従来の位置決め制御系の構成は、高速度
な出力応答を得るための速度制御系と、高精度な位置決
めを行うための位置制御系の二つからなる。これらの制
御系を並列に配置し、速度制御系から位置制御系にスイ
ツチで切り替えることで高速高精度な位置決め制御を行
つている。
次にこれら二つの制御系の動作についてそれぞれ説明す
る。速度制御系は制御対象（１）から速度検出器（３）
を用いて速度信号（４）を検出し、速度目標値（９）と
の速度偏差（10）を補償器（12）を介してフイードバツ
ク補償し、制御入力（13）を発生することにより、速度
信号（４）を速度目標値（９）に一致させる制御系であ
る。
る。速度制御系は制御対象（１）から速度検出器（３）
を用いて速度信号（４）を検出し、速度目標値（９）と
の速度偏差（10）を補償器（12）を介してフイードバツ
ク補償し、制御入力（13）を発生することにより、速度
信号（４）を速度目標値（９）に一致させる制御系であ
る。
ところで通常、高速度な制御を行う場合によく問題にな
るのは、制御対象（１）の制御入力飽和である。フイー
ドバツク補償のみの制御では、高速度な出力応答を得る
ため、瞬間的に過大な制御入力を必要とする。そこで、
制御入力制限がある中で高速度の制御を行うために、従
来例では速度目標値（９）に、第６図に示すような速度
基準曲線と呼ばれる２次曲線を用いて速度制御を行つて
いる。この方法は、駆動アンプ等によつて制限される電
流を飽和させて加速し、減速するときは前記電流の2/3
程度で一定減速するものである。この速度基準曲線は、
一定加速を行つた場合の速度と移動距離の関係から以下
のように導出される。一定加速度ａで物体を加速した場
合の速度ｖと時間ｔの関係式より ｖ＝at となる。また、一定加速度ａで物体を加速した場合の移
動距離ｓと時間ｔの関係式より、 ｓ＝at2/2 （２） となる。いま必要な移動距離ｓとは、位置目標（目標位
置）ｘＴと現在位置ｘの差であることを用いて（１）
式、（２）式より時間ｔを消去すると、速度基準曲線は
（３）式となる。
るのは、制御対象（１）の制御入力飽和である。フイー
ドバツク補償のみの制御では、高速度な出力応答を得る
ため、瞬間的に過大な制御入力を必要とする。そこで、
制御入力制限がある中で高速度の制御を行うために、従
来例では速度目標値（９）に、第６図に示すような速度
基準曲線と呼ばれる２次曲線を用いて速度制御を行つて
いる。この方法は、駆動アンプ等によつて制限される電
流を飽和させて加速し、減速するときは前記電流の2/3
程度で一定減速するものである。この速度基準曲線は、
一定加速を行つた場合の速度と移動距離の関係から以下
のように導出される。一定加速度ａで物体を加速した場
合の速度ｖと時間ｔの関係式より ｖ＝at となる。また、一定加速度ａで物体を加速した場合の移
動距離ｓと時間ｔの関係式より、 ｓ＝at2/2 （２） となる。いま必要な移動距離ｓとは、位置目標（目標位
置）ｘＴと現在位置ｘの差であることを用いて（１）
式、（２）式より時間ｔを消去すると、速度基準曲線は
（３）式となる。
ｖ＝（２＊ａ＊（ｘＴ−ｘ））1/2 （３） 但し、ｘＴ：目標位置 x:現在位置 a:加速度 v:速度 次に、位置制御系は制御対象（１）から位置検出器（1
4）を用いることにより、位置信号（15）を検出し、位
置目標（２）との位置偏差（16）を補償器（12）を介し
てフイードバツクし、制御入力（13）を発生させること
により、位置信号（15）を位置目標値（２）に一致させ
る制御系である。
4）を用いることにより、位置信号（15）を検出し、位
置目標（２）との位置偏差（16）を補償器（12）を介し
てフイードバツクし、制御入力（13）を発生させること
により、位置信号（15）を位置目標値（２）に一致させ
る制御系である。
上記のように、従来の位置決め制御はできるだけ小さな
制御入力で高速高精度の位置決めを実現するため、高速
の移動と高精度の位置決めをそれぞれ別々の制御系で構
成している。この二つの制御系はスイツチ（11）で切り
替えるが、その切り替え条件および両制御系の特性は、
切り替え時の初期位置、初期速度による過渡応答をシミ
ユレーシヨンし、その過渡応答が許容されるように決め
る必要がある。なお第６図においては、Xeが切り替え位
置を現す。
制御入力で高速高精度の位置決めを実現するため、高速
の移動と高精度の位置決めをそれぞれ別々の制御系で構
成している。この二つの制御系はスイツチ（11）で切り
替えるが、その切り替え条件および両制御系の特性は、
切り替え時の初期位置、初期速度による過渡応答をシミ
ユレーシヨンし、その過渡応答が許容されるように決め
る必要がある。なお第６図においては、Xeが切り替え位
置を現す。
上記のような従来の位置決め制御装置では、高速高精度
な位置決め制御系を達成するため、高速の移動と高精度
の位置決めをそれぞれ速度制御系と位置制御系で実現
し、これらを切り替えて制御している。このような系で
は、以下の三つの問題点がある。
な位置決め制御系を達成するため、高速の移動と高精度
の位置決めをそれぞれ速度制御系と位置制御系で実現
し、これらを切り替えて制御している。このような系で
は、以下の三つの問題点がある。
１）従来の装置は基本的に二つの制御系を切り替えてい
るため、切り替え時の速度を完全に零にしない限り過渡
応答が生じ、整定時間が長くなる。
るため、切り替え時の速度を完全に零にしない限り過渡
応答が生じ、整定時間が長くなる。
２）制御系の切り替え点を過渡応答のシミユレーシヨン
により試行錯誤的に決定しているため、設計が容易でな
い。
により試行錯誤的に決定しているため、設計が容易でな
い。
３）二つの制御系を切り替えるため、制御系が複雑とな
り、回路が高価である。
り、回路が高価である。
この発明およびこの発明の別の発明は、かかる問題点を
解決するためになされたもので、制御入力の制限がある
上で高速高精度な出力応答を持ち、かつ試行錯誤を必要
としないで、簡易な制御回路で高速高精度な位置決め制
御装置を実現することを目的とする。
解決するためになされたもので、制御入力の制限がある
上で高速高精度な出力応答を持ち、かつ試行錯誤を必要
としないで、簡易な制御回路で高速高精度な位置決め制
御装置を実現することを目的とする。
（１）この発明は制御対象、検出器、補償器、フイルタ
手段からなる位置決め制御系において、上記制御系をフ
イードバツク補償部分とフイードフオワード補償部分で
構成し、フイードバツク補償部分は制御対象、検出器、
補償器２とからなり、フイードフオワード補償部分は、
補償器１、補償器１とフイードバツク補償部分を結合し
た部分の逆動特性を持つたフイルタ手段、制御対象の動
特性を持つたフイルタ手段とからなり、またこの制御系
への入力目標値信号を、制御対象への希望の入力波形と
したものである。
手段からなる位置決め制御系において、上記制御系をフ
イードバツク補償部分とフイードフオワード補償部分で
構成し、フイードバツク補償部分は制御対象、検出器、
補償器２とからなり、フイードフオワード補償部分は、
補償器１、補償器１とフイードバツク補償部分を結合し
た部分の逆動特性を持つたフイルタ手段、制御対象の動
特性を持つたフイルタ手段とからなり、またこの制御系
への入力目標値信号を、制御対象への希望の入力波形と
したものである。
（２）この発明の別の発明は上記位置決め制御系におい
て、フイードフオワード補償部分をその一部または全部
を除き、この部分に、上記（１）の入力目標値が上記で
取り除いた部分を通過した後の波形をメモリに記憶して
入力したものである。
て、フイードフオワード補償部分をその一部または全部
を除き、この部分に、上記（１）の入力目標値が上記で
取り除いた部分を通過した後の波形をメモリに記憶して
入力したものである。
（３）この発明の別の発明は上記位置決め制御系におい
て、フイードフオワード補償部分の補償器１への入力
と、フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ連続
関数であるような入力目標値を用いたものである。
て、フイードフオワード補償部分の補償器１への入力
と、フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ連続
関数であるような入力目標値を用いたものである。
この発明は位置決め制御系において、高精度な位置決め
を行うためのフイードバツク補償部分と高速度な出力応
答を行うためのフイードフオワード補償部分を構成し、
かつフイードバツク補償による制御系の逆動特性と制御
対象の特性を、フイードフオワード補償部分に持たせ、
位置の目標値から制御対象の出力までの伝達特性を１と
することによつて、容易に希望の出力応答と希望の制御
入力波形を得ることができる。さらに、この発明の別の
発明では上記位置決め制御系において、フイードフオワ
ード補償部分からその一部または全部を除き、入力目標
値が上記取り除いた部分を通過した後の波形をメモリ
（記憶素子）に記憶し、メモリから再生した信号をフイ
ードフオワード補償部分の残りの部分に入力することに
より、容易に上記位置決め制御系を実現することができ
る。
を行うためのフイードバツク補償部分と高速度な出力応
答を行うためのフイードフオワード補償部分を構成し、
かつフイードバツク補償による制御系の逆動特性と制御
対象の特性を、フイードフオワード補償部分に持たせ、
位置の目標値から制御対象の出力までの伝達特性を１と
することによつて、容易に希望の出力応答と希望の制御
入力波形を得ることができる。さらに、この発明の別の
発明では上記位置決め制御系において、フイードフオワ
ード補償部分からその一部または全部を除き、入力目標
値が上記取り除いた部分を通過した後の波形をメモリ
（記憶素子）に記憶し、メモリから再生した信号をフイ
ードフオワード補償部分の残りの部分に入力することに
より、容易に上記位置決め制御系を実現することができ
る。
また、この発明の別の発明では、上記位置決め制御系に
おいてフイードフオワード補償部分の補償器への入力と
フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ時間的に
連続関数である入力目標値を用いることにより簡単な制
御系で過渡応答のない位置決めが実現できる。
おいてフイードフオワード補償部分の補償器への入力と
フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ時間的に
連続関数である入力目標値を用いることにより簡単な制
御系で過渡応答のない位置決めが実現できる。
第１図は、この発明の位置決め制御装置の一実施例を示
すものであり、図において、（１）は制御対象（アクチ
ユエータ）、（13）は制御対象（１）への制御入力、
（15）は制御対象（１）の出力である位置信号、（17）
は補償器２であり、上記の制御対象（１）と結合を行い
フイードバツク補償ループを構成する。（18）は制御系
の応答を平滑化する補償器１、（19）は制御対象（１）
の動特性を持つたフイルタ１、（20）はフイードバツク
補償部分と補償器１（18）を結合した系の逆動特性を持
つたフイルタ２、（21）は入力目標値、（22）は位置決
め目標値、（23）は制御系の目標値信号である。また、
ここで、図に示す閉ループ特性W2と制御系の特性W1を以
下のように定義する。
すものであり、図において、（１）は制御対象（アクチ
ユエータ）、（13）は制御対象（１）への制御入力、
（15）は制御対象（１）の出力である位置信号、（17）
は補償器２であり、上記の制御対象（１）と結合を行い
フイードバツク補償ループを構成する。（18）は制御系
の応答を平滑化する補償器１、（19）は制御対象（１）
の動特性を持つたフイルタ１、（20）はフイードバツク
補償部分と補償器１（18）を結合した系の逆動特性を持
つたフイルタ２、（21）は入力目標値、（22）は位置決
め目標値、（23）は制御系の目標値信号である。また、
ここで、図に示す閉ループ特性W2と制御系の特性W1を以
下のように定義する。
なお、図において各ブロツク内の記号はブロツク部の動
特性を表わす式であり、ｓはラプラス演算子である。ま
た、Ｋは位置検出器のゲインである。
特性を表わす式であり、ｓはラプラス演算子である。ま
た、Ｋは位置検出器のゲインである。
上記のように構成された位置決め制御装置では、制御入
力制限のある高速高精度な位置決め制御系を実現するた
めに、以下の方法を用いている。
力制限のある高速高精度な位置決め制御系を実現するた
めに、以下の方法を用いている。
１）高速高精度な位置決めを行うために、フイードフオ
ワード補償とフイードバツク補償を持つ制御系を構成し
た。この制御系はおもに高速度性をフイードフオワード
補償部分で、高精度性をフイードバツク補償部分で保つ
ている。フイードフオワード補償部分とフイードバツク
補償部分は直列に結合されているので、過渡特性に影響
を与える制御系の切り替えを必要とせず、高速度性と高
精度性を一つの制御系で実現できる。
ワード補償とフイードバツク補償を持つ制御系を構成し
た。この制御系はおもに高速度性をフイードフオワード
補償部分で、高精度性をフイードバツク補償部分で保つ
ている。フイードフオワード補償部分とフイードバツク
補償部分は直列に結合されているので、過渡特性に影響
を与える制御系の切り替えを必要とせず、高速度性と高
精度性を一つの制御系で実現できる。
図において、フイルタ１（19）とフイルタ２（20）と補
償器１（18）を直列結合したものをフイードフオワード
補償部分と呼び、この部分と下記２）で選んだ入力目標
値（21）とにより、位置信号（15）の高速度な応答を実
現する。また、制御対象（１）に補償器２（17）を直列
結合し、フイードフオワード補償を構成することによ
り、制御系の高精度性を実現する。この制御系では高速
の応答と高精度の位置決めをそれぞれフイードフオワー
ド補償部分とフイードバツク補償部分で独立に設計でき
る。
償器１（18）を直列結合したものをフイードフオワード
補償部分と呼び、この部分と下記２）で選んだ入力目標
値（21）とにより、位置信号（15）の高速度な応答を実
現する。また、制御対象（１）に補償器２（17）を直列
結合し、フイードフオワード補償を構成することによ
り、制御系の高精度性を実現する。この制御系では高速
の応答と高精度の位置決めをそれぞれフイードフオワー
ド補償部分とフイードバツク補償部分で独立に設計でき
る。
２）上記の高速高精度な位置決め制御装置に対し、入力
目標値（21）を、制御入力（13）が小さく、かつ位置信
号（15）が高速度な出力応答を持ち、さらに制御系の目
標値（23）が連続関数となるような信号に選ぶ。
目標値（21）を、制御入力（13）が小さく、かつ位置信
号（15）が高速度な出力応答を持ち、さらに制御系の目
標値（23）が連続関数となるような信号に選ぶ。
第１図の構成のように、閉ループ特性W1（ｓ）の逆動特
性を用いることにより、位置目標値（22）から制御対象
（１）の出力である位置信号（15）への伝達特性は１と
なり、位置信号（15）は位置目標値（22）に一致する。
これより、入力目標値（21）と制御入力（13）は制御対
象（１）とフイルタ１（19）が一致している場合同じ値
になることがわかる。以上のことから、制御入力の制限
を考慮するには入力目標値（21）としては上下限のある
波形を作成すればよいことがわかる。
性を用いることにより、位置目標値（22）から制御対象
（１）の出力である位置信号（15）への伝達特性は１と
なり、位置信号（15）は位置目標値（22）に一致する。
これより、入力目標値（21）と制御入力（13）は制御対
象（１）とフイルタ１（19）が一致している場合同じ値
になることがわかる。以上のことから、制御入力の制限
を考慮するには入力目標値（21）としては上下限のある
波形を作成すればよいことがわかる。
以下に、実際の設計例をあげる。制御対象としてモータ
およびモータと一体化された移動部材を取り上げ、慣性
モーメントを正規化し、１とした場合を考えると制御対
象（１）は次式となる。また、位置検出器のゲインＫも
１とする。
およびモータと一体化された移動部材を取り上げ、慣性
モーメントを正規化し、１とした場合を考えると制御対
象（１）は次式となる。また、位置検出器のゲインＫも
１とする。
ｐ（ｓ）＝1/s2 （６） つぎにたとえばc2（ｓ）として次式を選択する。
c2（ｓ）＝γ＊（Ｓ＋β）／（Ｓ＋α） （７） 以上から閉ループ特性W2（ｓ）は以下のとおりになる。
W2（ｓ）＝γ＊（ｓ＋α）／（s3＋αs2＋γｓ＋βγ）
（８） ただし、α、β、γは閉ループ特性が安定になることの
み考えて決定する。
（８） ただし、α、β、γは閉ループ特性が安定になることの
み考えて決定する。
いま、c1（ｓ）＝１とすると、W1（ｓ）＝W2（ｓ）とな
る。つまり、制御系の逆特性1/W1（ｓ）は次式となる。
る。つまり、制御系の逆特性1/W1（ｓ）は次式となる。
1/W1（ｓ）＝（s3＋αs2＋γｓ＋βγ）／（γ＊（ｓ＋
α）） （９） ところで制御系の目標値信号（23）は位置目標値（22）
に1/W1（ｓ）を施して計算する。信号を微分することは
容易であるが積分1/（ｓ＋α）をすることは困難であ
る。そこで、今回の説明は分かりやすくするため、1/W1
（ｓ）を次なる形にするようにc1（ｓ）を決定する。
α）） （９） ところで制御系の目標値信号（23）は位置目標値（22）
に1/W1（ｓ）を施して計算する。信号を微分することは
容易であるが積分1/（ｓ＋α）をすることは困難であ
る。そこで、今回の説明は分かりやすくするため、1/W1
（ｓ）を次なる形にするようにc1（ｓ）を決定する。
1/W1（ｓ）＝s3＋αs2＋γｓ＋βγ （10） そこで、c1（ｓ）＝1/（γ＊（Ｓ＋β））とおけばよ
い。以上をブロツク線図にまとめたものを第４図に示
す。
い。以上をブロツク線図にまとめたものを第４図に示
す。
次にこのときの入力目標値（21）について考察する。入
力目標値（21）は前述のように上下限のある波形であ
り、かつ位置目標値（22）が高速度な応答を示すには最
大加速、最大減速を行えばよい。よつてここで、入力目
標値を最短時間制御で用いられる第２図（ａ）に示すバ
ンバン制御入力を用いることとする。この波形を第１図
の入力目標値（21）として選択し、フイルタ１（19）が
２回積分であることを考えると、制御系の目標値信号
（23）は入力目標値（21）の２回積分、１回積分、０回
微分、１回微分の重ね合わせとなる。ところが、入力目
標値（21）の１回微分は第２図（ｂ）のように不連続点
が存在し、その不連続により制御対象（１）の出力であ
る位置信号（15）の応答波形に過渡応答が生じる。その
結果、整定時間が長くなる問題が生じる。そこで、この
場合入力目標値（21）の１回微分がたとえば第３図
（ｂ）のように時間的に連続である第３図（ａ）の入力
目標値（21）を用いる。これが特許請求の範囲第３項記
載の発明を意味する。本設計例では、フイードフオワー
ド補償部分からフイルタ１（19）とフイルタ２（20）の
二つのブロツクを取り除いて制御系を構成した例を示し
たが、ブロツク内の一部を取り除いて構成してもよいこ
とはいうまでもない。結局、入力目標値（21）の作成で
は２つのことを留意する必要がある。
力目標値（21）は前述のように上下限のある波形であ
り、かつ位置目標値（22）が高速度な応答を示すには最
大加速、最大減速を行えばよい。よつてここで、入力目
標値を最短時間制御で用いられる第２図（ａ）に示すバ
ンバン制御入力を用いることとする。この波形を第１図
の入力目標値（21）として選択し、フイルタ１（19）が
２回積分であることを考えると、制御系の目標値信号
（23）は入力目標値（21）の２回積分、１回積分、０回
微分、１回微分の重ね合わせとなる。ところが、入力目
標値（21）の１回微分は第２図（ｂ）のように不連続点
が存在し、その不連続により制御対象（１）の出力であ
る位置信号（15）の応答波形に過渡応答が生じる。その
結果、整定時間が長くなる問題が生じる。そこで、この
場合入力目標値（21）の１回微分がたとえば第３図
（ｂ）のように時間的に連続である第３図（ａ）の入力
目標値（21）を用いる。これが特許請求の範囲第３項記
載の発明を意味する。本設計例では、フイードフオワー
ド補償部分からフイルタ１（19）とフイルタ２（20）の
二つのブロツクを取り除いて制御系を構成した例を示し
たが、ブロツク内の一部を取り除いて構成してもよいこ
とはいうまでもない。結局、入力目標値（21）の作成で
は２つのことを留意する必要がある。
１）入力目標値の平滑性（ｎ回微分の連続性）に注意し
て上下限を抑えられた入力目標値を作成する。
て上下限を抑えられた入力目標値を作成する。
２）入力目標値をフイルタ１（19）に通した後の出力で
ある位置目標値の定常値が現在必要な移動距離となるよ
うに入力目標値の波形を作成する。
ある位置目標値の定常値が現在必要な移動距離となるよ
うに入力目標値の波形を作成する。
さて、（10）式より第１図のフイルタ２（20）の特性を
実現するには完全微分が必要であり、これを演算回路で
実現するには不完全微分を用いざるを得えず、また高域
のノイズを増巾するという問題もある。そこで、この発
明の別の発明はハードウエアでなくソフトウエアとして
制御系の逆動特性部分を実現する。つまり、制御系の目
標値信号（23）を、（11）式を用いて計算し、数値デー
タとしてメモリに記憶しておき、制御時にそのデータを
読み出し、制御系の目標値（23）として扱えばよい。
実現するには完全微分が必要であり、これを演算回路で
実現するには不完全微分を用いざるを得えず、また高域
のノイズを増巾するという問題もある。そこで、この発
明の別の発明はハードウエアでなくソフトウエアとして
制御系の逆動特性部分を実現する。つまり、制御系の目
標値信号（23）を、（11）式を用いて計算し、数値デー
タとしてメモリに記憶しておき、制御時にそのデータを
読み出し、制御系の目標値（23）として扱えばよい。
ただし Yr（ｓ）：制御系の目標値信号 ur（ｓ）：制御入力の目標値 （第３図（ａ）に示す信号） 以上より、制御入力制限のある高速高精度な位置決め制
御系が実現できる。ここでは実施例を理解しやすくする
ため前述の設計例を示した。ここでの議論は、制御対象
としてモータおよびモータと一体化された移動部材を扱
い補償器の次数もある限られた値を用いたが、一般的な
議論として拡張でき、発明の本質を変えていないことは
言うまでもない。
御系が実現できる。ここでは実施例を理解しやすくする
ため前述の設計例を示した。ここでの議論は、制御対象
としてモータおよびモータと一体化された移動部材を扱
い補償器の次数もある限られた値を用いたが、一般的な
議論として拡張でき、発明の本質を変えていないことは
言うまでもない。
（１）この発明は以上の通り、位置決め制御系をフイー
ドバツク補償部分とフイードフオワード補償部分で構成
し、さらに制御系への入力目標値を制御対象への希望の
入力波形としたことにより、希望の出力応答と希望の制
御入力波形が得られるという効果がある。すなわち、小
さな入力で高速応答と高精度位置決めが同時に実現でき
るという効果がある。
ドバツク補償部分とフイードフオワード補償部分で構成
し、さらに制御系への入力目標値を制御対象への希望の
入力波形としたことにより、希望の出力応答と希望の制
御入力波形が得られるという効果がある。すなわち、小
さな入力で高速応答と高精度位置決めが同時に実現でき
るという効果がある。
（２）この発明の別の発明は上記の位置決め制御系にお
いて、フイードフオワード補償部分の一部または全部と
制御系への入力目標値から計算された波形を、メモルに
記憶することで、希望の出力応答と希望の制御入力波形
が得られる位置決め制御装置を容易に実現でき、また、
高域のノイズを増巾するような問題もなく、理想的な目
標値を得ることができるという効果がある。
いて、フイードフオワード補償部分の一部または全部と
制御系への入力目標値から計算された波形を、メモルに
記憶することで、希望の出力応答と希望の制御入力波形
が得られる位置決め制御装置を容易に実現でき、また、
高域のノイズを増巾するような問題もなく、理想的な目
標値を得ることができるという効果がある。
（３）この発明の別の発明は上記の位置決め制御系にお
いて、フイードフオワード補償部分の補償器１への入力
と、フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ時間
的に連続関数であるような入力目標値を用いたことによ
り、簡単な制御系で過渡応答のない位置決めができると
いう効果がある。
いて、フイードフオワード補償部分の補償器１への入力
と、フイードバツク補償部分への入力が、それぞれ時間
的に連続関数であるような入力目標値を用いたことによ
り、簡単な制御系で過渡応答のない位置決めができると
いう効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク線図、第２
図は通常、最短時間制御で用いられるバンバン制御入力
の波形とその微分波形を示す波形図、第３図はこの発明
の一実施例に用いた入力目標値の波形とその微分波形の
一例を示す波形図、第４図はこの発明の一実施例を示す
ブロツク線図、第５図は従来の位置決め制御装置のブロ
ツク線図、第６図は従来の位置決め制御装置に用いられ
る速度基準曲線を示す説明図である。図において、
（１）は制御対象、（13）は制御入力、（14）は位置検
出器、（15）は位置信号、（17）は補償器２、（18）は
制御系の応答を平滑化する補償器１、（19）はフイルタ
１、（20）はフイルタ２、（21）は入力目標値、（22）
は位置目標値、（23）は制御系の目標値（フイードフオ
ワード補償部分の補償器への入力）、（24）はフイード
バツク補償部分への入力である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
図は通常、最短時間制御で用いられるバンバン制御入力
の波形とその微分波形を示す波形図、第３図はこの発明
の一実施例に用いた入力目標値の波形とその微分波形の
一例を示す波形図、第４図はこの発明の一実施例を示す
ブロツク線図、第５図は従来の位置決め制御装置のブロ
ツク線図、第６図は従来の位置決め制御装置に用いられ
る速度基準曲線を示す説明図である。図において、
（１）は制御対象、（13）は制御入力、（14）は位置検
出器、（15）は位置信号、（17）は補償器２、（18）は
制御系の応答を平滑化する補償器１、（19）はフイルタ
１、（20）はフイルタ２、（21）は入力目標値、（22）
は位置目標値、（23）は制御系の目標値（フイードフオ
ワード補償部分の補償器への入力）、（24）はフイード
バツク補償部分への入力である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−113779（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−146505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−277085（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】制御対象、検出器、補償器、フイルタ手段
からなる位置決め制御系において、上記制御系をフイー
ドバツク補償部分とフイードフオワード補償部分で構成
し、フイードバツク補償部分は制御対象、検出器、補償
器２とからなり、フイードフオワード補償部分は補償器
１、補償器１とフイードバツク補償部分を結合した部分
の逆動特性を持つたフイルタ手段、制御対象の動特性を
持つたフイルタ手段とからなり、また上記制御系への入
力目標値信号を、制御対象への希望の入力波形としたこ
とを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の位置決め制御
系において、フイードフオワード補償部分からその一部
または全部を除き、入力目標値信号が上記取り除いた部
分を通過した後の波形をメモリに記憶し、メモリから再
生した信号を、フイードフオワード補償部分の残りの部
分に入力したことを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１、第２項記載の位置決
め制御系において、フイードフオワード補償部分の補償
器１への入力と、フイードバツク補償部分への入力が、
それぞれ時間的に連続関数である入力目標値信号を用い
たことを特徴とする位置決め制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63207722A JPH0738136B2 (ja) | 1988-08-22 | 1988-08-22 | 位置決め制御装置 |
| US07/389,059 US4940924A (en) | 1988-08-22 | 1989-08-03 | Positioning control apparatus |
| DE3927433A DE3927433A1 (de) | 1988-08-22 | 1989-08-19 | Positioniersteuervorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63207722A JPH0738136B2 (ja) | 1988-08-22 | 1988-08-22 | 位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0256008A JPH0256008A (ja) | 1990-02-26 |
| JPH0738136B2 true JPH0738136B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=16544465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63207722A Expired - Fee Related JPH0738136B2 (ja) | 1988-08-22 | 1988-08-22 | 位置決め制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4940924A (ja) |
| JP (1) | JPH0738136B2 (ja) |
| DE (1) | DE3927433A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5013987A (en) * | 1989-07-18 | 1991-05-07 | Seiko Instruments Inc. | Control system for magnetic bearing |
| JPH03289385A (ja) * | 1990-04-03 | 1991-12-19 | Fanuc Ltd | モータ制御のゲイン調整方法 |
| JP2861277B2 (ja) * | 1990-06-04 | 1999-02-24 | 三菱電機株式会社 | 位置決め制御装置および位置決め制御方法 |
| JP3164580B2 (ja) * | 1990-09-27 | 2001-05-08 | 豊田工機株式会社 | ディジタルサーボ制御装置 |
| JPH04137275A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-12 | Toshiba Corp | ピックアップの速度検出装置 |
| JP2840139B2 (ja) * | 1991-04-24 | 1998-12-24 | ファナック株式会社 | 予見繰り返し制御装置 |
| US5691617A (en) * | 1993-07-12 | 1997-11-25 | Seagate Technology, Inc. | Disc drive transducer deadbeat settle method utilizing interval correction |
| JPH09120014A (ja) * | 1995-08-24 | 1997-05-06 | Ngk Insulators Ltd | 光ファイバアレイ |
| US6125000A (en) * | 1996-05-21 | 2000-09-26 | Maxtor Corporation | Disk drive seek control system utilizing predicted motion parameter and dynamic trajectory alignment |
| US6618219B1 (en) | 1999-10-12 | 2003-09-09 | Seagate Technology Llc | Method and apparatus for feedforward cancellation using a peak detector |
| US6628472B1 (en) | 1999-10-12 | 2003-09-30 | Seagate Technoogy Llc | Method and apparatus for feedforward cancellation using a phase lock loop |
| JP4236103B2 (ja) * | 2003-11-25 | 2009-03-11 | 本田技研工業株式会社 | アクチュエータの制御装置 |
| JP3970864B2 (ja) * | 2004-04-20 | 2007-09-05 | 本田技研工業株式会社 | 接触機構の制御装置 |
| US7319570B2 (en) * | 2005-09-19 | 2008-01-15 | Seagate Technology Llc | Random vibration and shock compensator using a disturbance observer |
| NL1036292A1 (nl) * | 2007-12-19 | 2009-06-22 | Asml Netherlands Bv | Controller for a positioning device, method for controlling a positioning device, positioning device, and lithographic apparatus provided with a positioning device. |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3725764A (en) * | 1971-04-01 | 1973-04-03 | Ibm | Servo positioning system for magnetic disk memory including radial runout servo compensation |
| US3917930A (en) * | 1974-11-25 | 1975-11-04 | Cincinnati Milacron Inc | Method and apparatus for adaptively positioning a machine element |
| US4092682A (en) * | 1976-08-10 | 1978-05-30 | Sperry Rand Corporation | Cross coupled demodulator for generating a servo head position error signal |
| US4092683A (en) * | 1976-08-10 | 1978-05-30 | Sperry Rand Corporation | Dual-mode demodulator for movement of a servo head |
| SU684510A1 (ru) * | 1977-04-08 | 1979-09-05 | Институт высоких температур АН СССР | Система экстремального управлени |
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| JPS5947985A (ja) * | 1982-09-13 | 1984-03-17 | Ricoh Co Ltd | サ−ボモ−タの速度制御方式 |
| JP2691528B2 (ja) * | 1986-03-14 | 1997-12-17 | 東芝機械株式会社 | 完全追従形サーボシステム |
| US4724370A (en) * | 1986-10-14 | 1988-02-09 | Konishiroku Photo Industries Co., Ltd. | Servo system for a disk drive |
| US4748393A (en) * | 1987-02-04 | 1988-05-31 | Ampex Corporation | Positive feedback position servo |
| US4833551A (en) * | 1987-02-24 | 1989-05-23 | Konishiroku Photo Industries Co., Ltd. | Dual head servo system and method for a magnetic disk |
-
1988
- 1988-08-22 JP JP63207722A patent/JPH0738136B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-08-03 US US07/389,059 patent/US4940924A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-19 DE DE3927433A patent/DE3927433A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3927433A1 (de) | 1990-03-08 |
| DE3927433C2 (ja) | 1992-09-03 |
| US4940924A (en) | 1990-07-10 |
| JPH0256008A (ja) | 1990-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |