JPS585802A - 多自由度運動機構の制御方式 - Google Patents
多自由度運動機構の制御方式Info
- Publication number
- JPS585802A JPS585802A JP10222781A JP10222781A JPS585802A JP S585802 A JPS585802 A JP S585802A JP 10222781 A JP10222781 A JP 10222781A JP 10222781 A JP10222781 A JP 10222781A JP S585802 A JPS585802 A JP S585802A
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- Japan
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- signal
- speed
- multifreedom
- command
- centrifugal force
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37313—Derive speed from position
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- Feedback Control In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明紘、産業用Ｗｄｆットの如く複数の動作軸を結合
して表ゐ多自由度運動機構を１．高速且つ高精度に連続
軌道制御するものに関する。
して表ゐ多自由度運動機構を１．高速且つ高精度に連続
軌道制御するものに関する。
一般に、サーーモータで駆動されるｎ自幽度運動機構の
運動方程式は、第１喬目の動作軸の変位量（位置）を＃
ｌとしてｚ ｗｚ （１，’ｌ＊−・、＃鳳〕１とおく
と、 ムｉ”ｉ＋Ｂ（ｘ、ｉ）＋Ｃ（ｘ４）ｍｕ ・・・
式（１）％式％ 一） ムロｃ）ａｘＯ値で変化するｎＸ鳳の慣性行列、
伽） Ｂ （ｘ、ｉ）はＸと速度を表わすｉ０値によ
って変化する鳳ベクトルであ〕、違心力中：Ｉｖオリ０
力の影譬によって生じる変動トルク、 （ｃ） Ｃ（ｘ、ｇ）は重力加速度ｇとＸＯ値によっ
て変化するｎベクトルであ〕、重力の影譬によ〕生じる
変動トルク、 （Ａ：）＊は各動作軸を駆動するためのす一一篭一タが
発生するトルクを示すｎベクトル、である。
運動方程式は、第１喬目の動作軸の変位量（位置）を＃
ｌとしてｚ ｗｚ （１，’ｌ＊−・、＃鳳〕１とおく
と、 ムｉ”ｉ＋Ｂ（ｘ、ｉ）＋Ｃ（ｘ４）ｍｕ ・・・
式（１）％式％ 一） ムロｃ）ａｘＯ値で変化するｎＸ鳳の慣性行列、
伽） Ｂ （ｘ、ｉ）はＸと速度を表わすｉ０値によ
って変化する鳳ベクトルであ〕、違心力中：Ｉｖオリ０
力の影譬によって生じる変動トルク、 （ｃ） Ｃ（ｘ、ｇ）は重力加速度ｇとＸＯ値によっ
て変化するｎベクトルであ〕、重力の影譬によ〕生じる
変動トルク、 （Ａ：）＊は各動作軸を駆動するためのす一一篭一タが
発生するトルクを示すｎベクトル、である。
９０種の多自由度運動機構を制御する方式は大別して２
通〉ある。
通〉ある。
その１つは、簡単な制御装置で実現で龜るものであ〕、
予め記憶されている指令値に基づいてナーが４−夕を駆
動し、各動作軸０１Ａ在位置と指令値との偏差を減少さ
せるように舎動作軸毎に速度と位置のフィードバック制
御を行うことによシ、運動機構先端を目的軌跡に沿って
連続的に制御していくものである。ζＯ制御方式は各動
作軸毎に制御系を構成するので制御装置は簡単になる、
という利点がある。しかし、高速度で大変位量の移動を
伴う動仰をさせる際には、各動作軸相互間の干渉によっ
て負荷変動が生じた〕、あるいは遠心力、コリオリカや
重力の影響で、蛇行したル行き過ぎが生じ、高速度且つ
高精度な連続軌道制御が困難である。
予め記憶されている指令値に基づいてナーが４−夕を駆
動し、各動作軸０１Ａ在位置と指令値との偏差を減少さ
せるように舎動作軸毎に速度と位置のフィードバック制
御を行うことによシ、運動機構先端を目的軌跡に沿って
連続的に制御していくものである。ζＯ制御方式は各動
作軸毎に制御系を構成するので制御装置は簡単になる、
という利点がある。しかし、高速度で大変位量の移動を
伴う動仰をさせる際には、各動作軸相互間の干渉によっ
て負荷変動が生じた〕、あるいは遠心力、コリオリカや
重力の影響で、蛇行したル行き過ぎが生じ、高速度且つ
高精度な連続軌道制御が困難である。
もうｘ′）ｏ方式は、各動作軸相互間の干渉、遠心力や
コリオリカ及び重力の影響によって生じ為変動トルクを
、各動作軸に対応ずゐ位置、速度及び加速度の各信号か
ら求め、求まった値をフィードバックすることによシ変
動トルクを打消し、その上で加速度、速度及び位置のフ
ィードバック制御を行って運動機構先端を目的軌跡に沿
って連続制御してい＜４ｈｔ）である。
コリオリカ及び重力の影響によって生じ為変動トルクを
、各動作軸に対応ずゐ位置、速度及び加速度の各信号か
ら求め、求まった値をフィードバックすることによシ変
動トルクを打消し、その上で加速度、速度及び位置のフ
ィードバック制御を行って運動機構先端を目的軌跡に沿
って連続制御してい＜４ｈｔ）である。
すなわち、
前叡（１）の慣性行列ムωを、壺動作軸０位置によって
変化する項八ωと変化しない項んとに分離（ムω−鳥ω
十入）シ、Ａｌωを用いて式（１１のＵを １に＝ム、ωａＭ十Ｂ（ｃｅｉ）十〇（ｘｍｇ）−Ｋａ
ｘ −Ｋｓ ’ｘ −Ｋ＠ ｘ＋ｖ ＝式（
２）と設定する。ここで、 ４は加速度フィードバック行列（ｎＸｍ）。
変化する項八ωと変化しない項んとに分離（ムω−鳥ω
十入）シ、Ａｌωを用いて式（１１のＵを １に＝ム、ωａＭ十Ｂ（ｃｅｉ）十〇（ｘｍｇ）−Ｋａ
ｘ −Ｋｓ ’ｘ −Ｋ＠ ｘ＋ｖ ＝式（
２）と設定する。ここで、 ４は加速度フィードバック行列（ｎＸｍ）。
民は速度フィードΔツタ行ｎ （ｎ Ｘ ｎ ）、へは
位置フィードバック行列（ｎＸ亀）。
位置フィードバック行列（ｎＸ亀）。
マは指令値である。
この場合、指令値マと各状態黛、″Ｘ ｓ Ｘとの関係
は （Ｋｅ ＋Ａｖ ） ・ｘ＋に１ ｉ＋に１ ｚ ｘｍ
ｙとなシ、ヒれの特性機を左半平面にあるように各フ
ィードバックゲイン行列を選定するととＫよって、安定
で且つ指◆値マに追従すゐ系が構成される。斯様にこの
制御方式は変動トルクを打消す作用゛を持ち、前者の方
式と比較して高精度な連続軌道制御が実現できる利点を
有する。
は （Ｋｅ ＋Ａｖ ） ・ｘ＋に１ ｉ＋に１ ｚ ｘｍ
ｙとなシ、ヒれの特性機を左半平面にあるように各フ
ィードバックゲイン行列を選定するととＫよって、安定
で且つ指◆値マに追従すゐ系が構成される。斯様にこの
制御方式は変動トルクを打消す作用゛を持ち、前者の方
式と比較して高精度な連続軌道制御が実現できる利点を
有する。
しかし、この制御には各動作軸に対応する加速度信号を
必要とするため、次のような問題点がある。
必要とするため、次のような問題点がある。
一般に加速度信号は、加速度検出器から得るか、ｔえは
位置信号の２回微分あるいは速度信号Ｑ１ｍｌ黴分によ
って求めるのであるが、加速度検出器で得る場合は、検
出器自体が非常に高価であシ、また小形な多自由度運動
機構では加速度検出器が大きな負荷となって運動の高速
化がｍ１ＩＩＫｔｋる。一方、位置信号や速度信号の微
分によって加速度を求める場合Ｆｉ、元の信号である位
置信号中速度信号が雑音を含まず非常に高精度な信号で
あることが要求され、そうでない場合には微分の結果加
速度信号が著しく不正確と表って高精［１連続軌籠制御
が困難と亀る。
位置信号の２回微分あるいは速度信号Ｑ１ｍｌ黴分によ
って求めるのであるが、加速度検出器で得る場合は、検
出器自体が非常に高価であシ、また小形な多自由度運動
機構では加速度検出器が大きな負荷となって運動の高速
化がｍ１ＩＩＫｔｋる。一方、位置信号や速度信号の微
分によって加速度を求める場合Ｆｉ、元の信号である位
置信号中速度信号が雑音を含まず非常に高精度な信号で
あることが要求され、そうでない場合には微分の結果加
速度信号が著しく不正確と表って高精［１連続軌籠制御
が困難と亀る。
本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑み高速で高精物
連続軌道制御を実現することを目的とし、本発明の制御
方式〇４Ｉ黴は、各動作軸に対応する位置及び速度の各
信号から、動作軸の相互干渉、遠心力、コリオリカ、重
力などの影響によって生じる変動トルク分をフィードバ
ックするととＫある。
連続軌道制御を実現することを目的とし、本発明の制御
方式〇４Ｉ黴は、各動作軸に対応する位置及び速度の各
信号から、動作軸の相互干渉、遠心力、コリオリカ、重
力などの影響によって生じる変動トルク分をフィードバ
ックするととＫある。
図線本発明の一実施例の制御ｆｖｓツク図である。図を
参照して説明すると、多自由度運動機構の動作軸の位置
信号Ｘａ各動作軸に装着しである位置検出器１からの信
号を波形整形要素冨に通して得られ、速度信号量はこの
位置信勺冨を速度演算要素３に通して得られる。これら
位置４Ｍ １ ｘと速度信号量は主演算要素４に通され
るが、この主演算要素番では配憶要素５に予め記憶させ
ておいた指令値０４Ｎ号マ（ｎＸ１ベクトル）、変位の
フィードバックゲイン行列Ｋ。
参照して説明すると、多自由度運動機構の動作軸の位置
信号Ｘａ各動作軸に装着しである位置検出器１からの信
号を波形整形要素冨に通して得られ、速度信号量はこの
位置信勺冨を速度演算要素３に通して得られる。これら
位置４Ｍ １ ｘと速度信号量は主演算要素４に通され
るが、この主演算要素番では配憶要素５に予め記憶させ
ておいた指令値０４Ｎ号マ（ｎＸ１ベクトル）、変位の
フィードバックゲイン行列Ｋ。
（ｎＸｎ行列）及び速度のフィードバックダイン行列Ｋ
ｌ（ｍＸｎ行列）並びに上記の位置信号Ｘ及び速度信号
量から、各動作軸を駆動するサーカモータに与えるトル
ク指＊Ｕ（ｎベクトル）を次式（３）Ｋよ〕演算する。
ｌ（ｍＸｎ行列）並びに上記の位置信号Ｘ及び速度信号
量から、各動作軸を駆動するサーカモータに与えるトル
ク指＊Ｕ（ｎベクトル）を次式（３）Ｋよ〕演算する。
Ｕ＝Ｂ Ｃｘ ｇ ｘ ） ＋Ｃ’Ｃｘ ｔ ｔ ）
＋ Ａｅｒ）”（−Ｋ（Ｘ’−Ｋ２ｘ ＋ ｖ ）この
トルク指令υを増幅器６で増幅して多自由度運動機構７
のデーｌモータに印加する。すなわち、位置信号Ｘ及び
速度信号ｉから遠心力や；リオリの力の影響による変動
トルク分Ｂ（！。
＋ Ａｅｒ）”（−Ｋ（Ｘ’−Ｋ２ｘ ＋ ｖ ）この
トルク指令υを増幅器６で増幅して多自由度運動機構７
のデーｌモータに印加する。すなわち、位置信号Ｘ及び
速度信号ｉから遠心力や；リオリの力の影響による変動
トルク分Ｂ（！。
ｉ）と重力の影響によみ変動トルク分Ｃ（ｘ、ｇ）を演
算してこれらをフィード／４ツクし、具り、位置信号Ｘ
から舎動作軸の位置’ｆｓ’ｌ＊・−、＃ｎＫよって変
化す為慣性行列ム（ロ）を演算してζＯ行列ムωに予め
設定しである指令信号マと速度フィードバック信号−Ｋ
ｌｉと位置フィードバック信号−に、ｘとの加算値を乗
算して得た信号ム（ロ）・（−ＫＨｚ−ＫＢｃ＋マ）ラ
フイードパックするのである。このようなフィードバラ
フルーグを構成することによシ、予め定めた指令信号マ
と各状態Ｘ、Ｘ、菫との間に次の関係式（４）が成立す
る。
算してこれらをフィード／４ツクし、具り、位置信号Ｘ
から舎動作軸の位置’ｆｓ’ｌ＊・−、＃ｎＫよって変
化す為慣性行列ム（ロ）を演算してζＯ行列ムωに予め
設定しである指令信号マと速度フィードバック信号−Ｋ
ｌｉと位置フィードバック信号−に、ｘとの加算値を乗
算して得た信号ム（ロ）・（−ＫＨｚ−ＫＢｃ＋マ）ラ
フイードパックするのである。このようなフィードバラ
フルーグを構成することによシ、予め定めた指令信号マ
と各状態Ｘ、Ｘ、菫との間に次の関係式（４）が成立す
る。
筐＋に１ｉ＋に寓Ｘ謬マ ・一式（４）
そこで、式（４）の特性機を左半平面にあ、るように選
定するととにより、従来の加電加速度信号を用いること
なく、遠心力、；リオリの力及び重力による非線形特性
を打消すことができ、安定で且つ予め定めた指令信号Ｖ
に追従する系が構成される。
そこで、式（４）の特性機を左半平面にあ、るように選
定するととにより、従来の加電加速度信号を用いること
なく、遠心力、；リオリの力及び重力による非線形特性
を打消すことができ、安定で且つ予め定めた指令信号Ｖ
に追従する系が構成される。
本実施例では、各フィードバック２４７行列に、 、
Ｋ、を次式（５）の如く、対角要素以外は全て零とする
ように選んでいる１、 このため、指令信漫マ諺（ｖｓ ｅ Ｖｓ ＠・・・、
−〕の第第＊＊＊の要素７１は、第ｉｌｌ目の動作軸を
駆動するデーがモータへの指命となシ、他の動作軸に対
しては何ら影響を与えない。
Ｋ、を次式（５）の如く、対角要素以外は全て零とする
ように選んでいる１、 このため、指令信漫マ諺（ｖｓ ｅ Ｖｓ ＠・・・、
−〕の第第＊＊＊の要素７１は、第ｉｌｌ目の動作軸を
駆動するデーがモータへの指命となシ、他の動作軸に対
しては何ら影響を与えない。
以上説明したように、本発明の制御方式によれば、加速
度信号を用いゐことなく多自由度運動機構特有の遠心力
、；リオリの力及び重力によシ生じる非線形性と動作軸
相互間の干渉とが著しく低減し、指令値に高速度且つ高
精１ＫＫ追従する制御系が構成できる。
度信号を用いゐことなく多自由度運動機構特有の遠心力
、；リオリの力及び重力によシ生じる非線形性と動作軸
相互間の干渉とが著しく低減し、指令値に高速度且つ高
精１ＫＫ追従する制御系が構成できる。
図は本発明の一実施例を示す制御ブーツタ図である。
図面中、
ｌは位置検出器、
２は波形整形要素、
３は速度演算要素、
４は主演算要素、
５は記憶要素、
６は増幅器、
７は多自由度運動機構、
Ｉは位置信号、
ｉは速度信号、
Ｋ１はｍ＊フィーｙＡツクｒイン行列、４は蕪！フィー
ドバックダイン行列、 Ｕ＃ｉサーが４−タへのトルク指令、。 マは指令値の信号である。
ドバックダイン行列、 Ｕ＃ｉサーが４−タへのトルク指令、。 マは指令値の信号である。
Claims (1)
- 複数の動作軸を結合すると共に各動作軸に対応する位置
信号と速度信号とをフィードバックして各動作軸をチー
１１ｆ令−タによ）駆動する構成の多自由度運動機構を
制御する方式において、重力と＝リオリの力と遠心力と
の影譬による変動トルク分を上記位置信号と速度信号か
ら′演算してツイーｐｄツクす為と共に、各動作軸の位
置によって定まる慣性行列を上記位置信号から演算して
求、め、との慣性行列に指令備考と速度フィードバッタ
信号と位置フィードパック信号との加算値を乗算してフ
ィードバックすることを特徴とすゐ多自由度運動機構の
制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10222781A JPS585802A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10222781A JPS585802A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS585802A true JPS585802A (ja) | 1983-01-13 |
Family
ID=14321762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10222781A Pending JPS585802A (ja) | 1981-07-02 | 1981-07-02 | 多自由度運動機構の制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS585802A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0196417A2 (en) * | 1985-03-30 | 1986-10-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Controller for multidegree of freedom nonlinear mechanical system |
-
1981
- 1981-07-02 JP JP10222781A patent/JPS585802A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0196417A2 (en) * | 1985-03-30 | 1986-10-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Controller for multidegree of freedom nonlinear mechanical system |
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