JPS59168515A - Control system of motor position - Google Patents

Control system of motor position

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Publication number
JPS59168515A
JPS59168515A JP58042947A JP4294783A JPS59168515A JP S59168515 A JPS59168515 A JP S59168515A JP 58042947 A JP58042947 A JP 58042947A JP 4294783 A JP4294783 A JP 4294783A JP S59168515 A JPS59168515 A JP S59168515A
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JP
Japan
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gain
motor
error
position error
register
Prior art date
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Pending
Application number
JP58042947A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Toyoda
豊田 賢一
Shinsuke Sakakibara
伸介 榊原
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Publication of JPS59168515A publication Critical patent/JPS59168515A/en
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction
    • G05D3/12Control of position or direction using feedback
    • G05D3/14Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Stopping Of Electric Motors (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress the vibrations and to increase the stopping accuracy of a motor by setting high and low gains when the position error between the commanded shift degree and the rotational frequency of a motor is small and large respectively when said position error is multiplied by the set gain. CONSTITUTION:The rotational frequency of a motor 18 is detected by a pulse coder 19, and an error register 15b detects the error between the commanded shift degree and the detected shift degree. Then an output Er is sent to a multiplier 15d and a numerical control part. The numerical control part stores a gain which is reduced as the Er increases to a register 15c when the Er is larger than the limit value E0 and then stores a fixed and large gain when the Er is smaller than the value E0 respectively. The output Er is multiplied by the value of the register 15c through the multiplier 15d. This value of multiplication is converted into the voltage Vc by an analog switch 15e and an analog adder 16 and applied to control the drive of the motor 18.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ロボットのアーム等をモータで位置制御する
モータの位置制御方式に関し、荷に振動の発生を防止し
9るモータの位置制御方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a motor position control method for controlling the position of a robot arm or the like using a motor, and more particularly to a motor position control method for preventing vibrations from occurring in a load.

工業用ロボットは近年盛んに利用されており、その動作
も年々複雑化している。この工業用ロボットはその手首
先端に取付けられた作業部材の種類によって様々な作業
が出来、この作業によってロボットの制御も異なってく
る。第1図は一般的な工業用ロボットの構成図であり一
15軸の動作軸をもつ関節ロボットを示している。図中
、BSはベースであり、E軸を中心に回転するもの、B
Dはボディであり、ベースBSに対しD軸を中心に回転
するもの、ARMはアームであシ、ベースBSに対しC
軸を中心に回転するもの、HDは手首であシ、アームA
RMに対しB軸を中心に回転し、それ自身もA軸を中心
に回転するものであシ、全体として基本3軸、手首2軸
の5軸の関節ロボットを示している。この様な工業用ロ
ボットでは、この5軸を制御して手首HDの位置、移動
速度を制御し、所望の作業を行なうものであるが、手首
HDに取付けた作業部材、例えばハンド、トーチ、の種
類によって作業の種類が異なシ、その制御も異なってく
る。
Industrial robots have been widely used in recent years, and their operations have become more complex year by year. This industrial robot can perform various tasks depending on the type of work member attached to the tip of its wrist, and the control of the robot also differs depending on the task. FIG. 1 is a block diagram of a general industrial robot, and shows an articulated robot having 115 operating axes. In the figure, BS is the base, which rotates around the E axis, and B
D is the body, which rotates around the D axis with respect to the base BS, ARM is the arm, and C with respect to the base BS.
Something that rotates around an axis, HD with wrist, arm A
It rotates around the B-axis with respect to the RM, and it also rotates around the A-axis, and shows a five-axis articulated robot with three basic axes and two wrist axes as a whole. In such an industrial robot, the position and movement speed of the wrist HD are controlled by controlling these five axes to perform the desired work. The type of work differs depending on the type, and the control thereof also differs.

このようなロボットの各軸を駆動するのにモータが用い
られ、モータの制御回路には位置制御ループ、速度制御
ループが存在し、位置制御ル−プにおいて指令された移
動量PSとモータの回転量Aと差である位置誤差Erを
得、これに所定のゲインGを乗算して速度指令Vcを得
て速度制御ループに与えモータを速度制御するものであ
った。
A motor is used to drive each axis of such a robot, and the motor control circuit includes a position control loop and a speed control loop, and the commanded movement amount PS and motor rotation are controlled in the position control loop. A position error Er, which is the difference from the amount A, is obtained, and this is multiplied by a predetermined gain G to obtain a speed command Vc, which is then applied to a speed control loop to control the speed of the motor.

−万、ロボットの如く、アームのリーチが長くしかもア
ーム先端に重量′?IJを載せるものでは、比較的負荷
、慣性力が大きいことから、ゲインGの一定制御では、
加速から減速に変化する時点で振動が発生しやすく、又
停止時の停止精度も充分得らねないという問題が生じて
いた。
- 10,000, like a robot, the reach of the arm is long, and the end of the arm is heavy? Since the load and inertia force of the IJ is relatively large, constant gain G control requires
There have been problems in that vibration is likely to occur when changing from acceleration to deceleration, and sufficient stopping accuracy cannot be obtained when stopping.

従って、本発明の目的は、振動の発生を防止し、しかも
停止精度を向上しうるモータの位置制御方式を提供する
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a motor position control system that can prevent vibration from occurring and improve stopping accuracy.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.

第2図は本発明の原理説明図である。図中、PSは指令
移動量であり、時間とともに刃口速し、次に減速するリ
ニア加減速によるものであり、具体的にはパルスで与え
られ、その周波数が加速、減速に応じて変化する。Er
は位置誤差であり、指令移動量PSとモータの回転量と
の差であり、指令移動−JiPSに遅れてピークを有す
る。従来のゲイン一定制御では、位置誤差Erと指令速
度Vcは相似形を示す。
FIG. 2 is a diagram explaining the principle of the present invention. In the figure, PS is the commanded movement amount, which is caused by linear acceleration and deceleration in which the cutting edge speed increases over time and then decelerates. Specifically, it is given as a pulse, and its frequency changes according to acceleration and deceleration. . Er
is a position error, which is the difference between the commanded movement amount PS and the rotation amount of the motor, and has a peak after the commanded movement −JiPS. In the conventional constant gain control, the position error Er and the command speed Vc have similar shapes.

このため指令速度Vcはそのピーク近傍で大きな速度変
化を呈し、これが振動の原因となる。そこで、本発明で
は、第2図の点線で示す様にピーク近傍の速度変化を小
さくする。このため、本発明では、次の様にゲイ/Gを
制御する。第6図は本発明による位置誤差−ケイン特性
図、第4図は本発明による位置誤差−指令速度特性図で
ある。
Therefore, the command speed Vc exhibits a large speed change near its peak, which causes vibration. Therefore, in the present invention, the speed change near the peak is reduced as shown by the dotted line in FIG. Therefore, in the present invention, gay/G is controlled as follows. FIG. 6 is a position error-Kane characteristic diagram according to the present invention, and FIG. 4 is a position error-command speed characteristic diagram according to the present invention.

即ち、位置誤差ERO量に応じゲインGを変化させるも
ので、Er≦EOにおいては高いゲインGOを設定し、
これにより充分な停止精度を得るとともに、Er)Eo
においては順次ERに応じ低くなるゲインを設定する。
That is, the gain G is changed according to the amount of position error ERO, and when Er≦EO, a high gain GO is set,
As a result, sufficient stopping accuracy is obtained, and Er)Eo
, the gain is set to become lower in accordance with the ER.

従って、速度変化を小さくすることができる。又、Er
)EoにおいてもそのゲインはG1よシも小さくならな
い様にし、ゲイン低下によって位置決め時間が必要以上
に長くならない様にしている。
Therefore, speed changes can be reduced. Also, Er
) Also at Eo, the gain is made not to become smaller than that at G1, so that the positioning time does not become longer than necessary due to a decrease in the gain.

これを一般式で表わすと次式となる。This can be expressed as a general formula as follows.

G = Go          O≦Er≦Eo  
 (1)G=(Go−〇I)Eo+G1Er>Eo(2
)E− 但し、EOlGOlGlはパラメータにより設定し、1
≦G、≦Go≦50、Eo≧500程度が良い。
G = Go O≦Er≦Eo
(1) G=(Go−〇I)Eo+G1Er>Eo(2
)E- However, EOlGOlGl is set by the parameter, and 1
It is preferable that ≦G, ≦Go≦50, and Eo≧500.

このため、位置誤差Erと速度指令Vcとの関係は第4
図の如く、位置誤%Eo以上では、位置誤差Erの変化
率に対し指令速度Vcの変化率が小さくなシ、これによ
う位置誤差変化に対する指令速度変化を小としている。
Therefore, the relationship between the position error Er and the speed command Vc is the fourth
As shown in the figure, above the position error %Eo, the rate of change in command speed Vc is small relative to the rate of change in position error Er, and thus the change in command speed with respect to change in position error is small.

次に、不発明を実現するための構成について第5図ブロ
ック図によI)説明する。図中、11は数値制御部でら
シ、マイクロコンピュータ構図になっておシ、制御プロ
グラムを記憶する読出し専用のメモリ(ROM) 11
 aと、処理結果、様々のパラメータなどを記憶する読
み/書き可能なメモリ(RAM)11bと、制御プログ
ラム及びNCプログラムに基づいて所定の数値制御処理
を実行する処理装置11Cを有している。尚、BUSは
バス線である。12はNCプログラムが穿孔されている
紙テープ、13は紙テープリーダ、14はロボット側と
数値制御部11間でのディジタルデータの入出力を制御
する強電回路、15は位置制御系のうちディジタル回路
部分が集積化されたLSIである。このLSIには数値
制御部11から与えられる移動データに基いてパルス分
配演算を実行して分配パルスPcを発生するパルス分配
器15a1サーボモータの所定回転毎に発生する位置パ
ルスFPO数と分配パルス数の差分(誤差) Erを記
憶する可逆カウンタなどの誤差レジスタ15b1ゲイン
設定値Gを記憶するレジスタ15C1誤差レジスク15
bの内容とゲイン設定値Gとの乗算を行なう乗算器15
dと、アナログスイッチ15e と、図示しないがその
他のディジタル回路が形成されている。尚、アナログス
イッチ15eは後段のアナログ加算器と共にDA変換器
を構成する。16はアナログ加算器であり、乗算器15
dの出力換言すれば誤iErに応じた電圧を出力する。
Next, the configuration for realizing the invention will be explained with reference to the block diagram in FIG. In the figure, 11 is a numerical control unit, a microcomputer configuration, and a read-only memory (ROM) 11 for storing control programs.
a, a readable/writable memory (RAM) 11b that stores processing results, various parameters, etc., and a processing device 11C that executes predetermined numerical control processing based on a control program and an NC program. Note that BUS is a bus line. 12 is a paper tape with a perforated NC program; 13 is a paper tape reader; 14 is a high-power circuit that controls input and output of digital data between the robot side and the numerical control section 11; and 15 is a digital circuit portion of the position control system. It is an integrated LSI. This LSI includes the number of position pulses FPO and the number of distributed pulses generated every predetermined rotation of the pulse distributor 15a1 servo motor, which executes pulse distribution calculation based on the movement data given from the numerical control unit 11 and generates the distributed pulse Pc. Error register 15b, such as a reversible counter that stores the difference (error) Er, Register 15C1 that stores the gain setting value G, Error register 15
A multiplier 15 that multiplies the contents of b by the gain setting value G.
d, an analog switch 15e, and other digital circuits (not shown) are formed. Note that the analog switch 15e constitutes a DA converter together with the analog adder at the subsequent stage. 16 is an analog adder, and multiplier 15
In other words, the output of d outputs a voltage corresponding to the error iEr.

即ち、DA変換器は第6図に示すようにアナログスイッ
チ15eとアナログ加算器16により構成され、該アナ
ログ加算器16は2°’r+2’・r、 ’i’−r・
・・ の抵抗値を有する抵抗R,、R,、R,・・・と
オペレーションアンプDAPを有し、アナログスイッチ
15eはデコシーダDECと、該デコーダ出力によジオ
ン/オンする複数のスイッチ81〜Siを有している。
That is, the DA converter is composed of an analog switch 15e and an analog adder 16 as shown in FIG.
The analog switch 15e has a decoder DEC and a plurality of switches 81 to Si which are turned on/off by the decoder output. have.

従って、乗算器15dの出力により所定のスイッチをオ
ンすれば乗算器15の出力値に比例した電圧Vc(指令
速度)がアナログ加算器16.c、’、b出力される。
Therefore, when a predetermined switch is turned on by the output of the multiplier 15d, a voltage Vc (command speed) proportional to the output value of the multiplier 15 is applied to the analog adder 16. c,',b are output.

17は公知の速度制御回路、18はサーボモータであり
、ロボットの動作軸を回転させるもの、19はサーボモ
ータの回転量に比例した数の位! パルスFPを発生す
るパルスコーダである。尚、第5図には位置制御系とし
てC軸の1軸分についてのみ示しである。
17 is a known speed control circuit, 18 is a servo motor that rotates the operating axis of the robot, and 19 is a number proportional to the amount of rotation of the servo motor! This is a pulse coder that generates pulse FP. Note that FIG. 5 shows only one axis, the C-axis, as a position control system.

か\る数値制御システムにおいては、紙テープ12よシ
読込まれたNCデータが位置或いは通路データであれば
、処理装置11Cは各軸インクリメンタル値△a1△b
1△C1△d、△eを演算し、これを各軸パルス分配器
15aに出力する。パルス分配器15aはインクリメン
タル値に基いてパルス分配演算を実行し、分配パルスP
cを出力する。発生した分配パルスPcは誤差レジスタ
i5bに入力されて累積されるため、誤差Erは零でな
くなり、この結果、アナログ加算器16よシ誤差Erに
レジスタ15cのゲインGを乗じたアナログ電圧Vc(
指令速度)が速度制御回路17に出力てれ、サーボモー
タ18は回転を開始する。サーボモータ18が回転すれ
ばパルスコーダ19よシ該サーボモータの所定回転毎に
1個の位置パルスFPが発生し、誤差レジスタ15bに
入力され、その内容を減少する。以後、同様な動作によ
シ誤差レジスタ15bは指令移Tib 量P cと回転
量の差である誤差Erを出力し、レジスタ15cのゲイ
ンGが乗算され、指定速度Vcを発生し、サーボモータ
18を指令速度で回転すると共に、アームARMなどを
指令通路に沼って移動させる。一方、数値制御部11は
上記インクリメンタル値を残移動量として図示しない残
移動量記憶部に記憶すると共に、分配パルスPcが発生
する毎にその内容を1づつカウントダウンし、零になる
とパルス分配完了信号DENを発生しパルス分配器15
aをしてパルス分配演算を停止せしめると共にテープリ
ーダ16をして次のNCデータを読みとらせ、以後同様
な動作を繰返えず。
In such a numerical control system, if the NC data read from the paper tape 12 is position or path data, the processing device 11C calculates the incremental value △a1△b for each axis.
1ΔC1Δd and Δe are calculated and outputted to each axis pulse distributor 15a. The pulse distributor 15a executes a pulse distribution calculation based on the incremental value, and distributes the distributed pulse P.
Output c. The generated distribution pulse Pc is input to the error register i5b and accumulated, so the error Er is no longer zero. As a result, the analog adder 16 generates an analog voltage Vc (which is the product of the error Er and the gain G of the register 15c).
The command speed) is output to the speed control circuit 17, and the servo motor 18 starts rotating. When the servo motor 18 rotates, the pulse coder 19 generates one position pulse FP for each predetermined rotation of the servo motor, which is input to the error register 15b and its contents are reduced. Thereafter, by similar operation, the error register 15b outputs the error Er, which is the difference between the command transfer amount Pc and the rotation amount, and is multiplied by the gain G of the register 15c to generate the specified speed Vc, and the servo motor 18 At the same time, the arm ARM and the like are moved along the command path. On the other hand, the numerical control section 11 stores the above-mentioned incremental value as the remaining movement amount in a remaining movement amount storage section (not shown), and counts down the contents by 1 each time the distribution pulse Pc is generated, and when it reaches zero, it issues a pulse distribution completion signal. Generate DEN and pulse distributor 15
Step a is performed to stop the pulse distribution calculation, and at the same time, the tape reader 16 is made to read the next NC data, and the same operation is not repeated thereafter.

ところで、処理装置11Cは電源投入時にデータメモリ
11bからゲインGOを読取り、バスBUSを介しレジ
スタ15cjCセツトする。そして以降処理装置i1c
は周期的に誤差レジスタ15bの内在である位置誤差E
rをバスBUSを介し読取り、データメモリ′11bに
記憶された限界値EOと比較する。
By the way, when the power is turned on, the processing device 11C reads the gain GO from the data memory 11b and sets the register 15cjC via the bus BUS. Then, processing device i1c
is periodically the position error E which is inherent in the error register 15b.
r is read via the bus BUS and compared with the limit value EO stored in the data memory '11b.

処理装置11Cばこの比較によりEr分EOであれ(ゲ
、レジスタ15cのゲイン:丁その11こし、r二の処
理を行う。逆に、処理装置′:″ICがEr)Eoを検
量すると、前述の第(2)式を演算する。即ち、データ
メモリ11bから最大ゲインGo、最小ゲインG! 及
び限界値EOを読比し、更に誤差し/スタi5bの位置
誤差Erを用いてゲインGを演算し、バスBUSを介し
ゲインGをレジスタ15cにセレトする。これにより低
ゲインが設定される。処理装置11cil−1l。
By comparing the processor 11C, if Er is EO (gain, the gain of the register 15c is 11, r2 is processed. Conversely, when the processor 11C is calibrated for Eo), the above-mentioned result is obtained. In other words, the maximum gain Go, the minimum gain G!, and the limit value EO are read from the data memory 11b, and the gain G is calculated using the error/position error Er of the sensor i5b. Then, the gain G is selected in the register 15c via the bus BUS.This sets a low gain.Processing devices 11cil-1l.

周期的に誤差レジスタ15bの位置誤差Erを読取って
上述の演算動作を行い、Er>Eoならレジスタ15C
を演算されたゲインGに置き代える。この様にしてゲイ
ンGを誤差レジスタ15bの位置誤差Erに応じて変化
し、停止、起動時には高ゲインを、高速度指令時には低
ゲインを設定する。
Periodically read the position error Er of the error register 15b and perform the above calculation operation, and if Er>Eo, read the position error Er of the error register 15b.
is replaced with the calculated gain G. In this way, the gain G is changed according to the position error Er of the error register 15b, and a high gain is set when stopping or starting, and a low gain is set when a high speed command is issued.

上述の説明では、限界値Eoを1つとしたが2段階のゲ
イン設定について説明したが、限界値を複数設け、n段
階のゲイン設定としてもよい。又、ゲインの演算を数値
制御部11の処理装置11Cが行なうようにしたが、別
途専用の演算回路を設けて実行してもよい。
In the above description, the limit value Eo is set to one and the gain setting is performed in two stages. However, a plurality of limit values may be provided, and the gain setting may be set in n stages. Further, although the processing device 11C of the numerical control section 11 performs the gain calculation, a dedicated calculation circuit may be provided separately.

以上説明した様に、本発明によれば、指令移動量とモー
タの回転量との位置誤差に設定されたゲインを乗算し指
令速度を発生する際に、位置誤差に応じたゲインを発生
する回路により位置誤差がXなら低ゲインを、位置誤差
が小なら高ゲインを設定しているので、モータの起動、
停止時(位置誤差が小)に高ゲインを設定し、停止精一
度を高めることかでき、速度変化の犬の時(位置誤差が
太)に低ゲインを設定し、振動を減少することができる
という′効果を奏する。従って、モータの起動、停止時
には、要求された停止精度を満たすに充分なゲインを振
動とは独立に設定でき、しかも速度変化の犬の時には、
振動を生じないのに充分なゲインを停止槍度とは独立に
設定できるので、ケインに対し相反する要求を満足する
ことが可能となる。これにより、特にロボット等のモー
タに対し負荷や慣性力の犬なものに対し、振動の発生を
防止し、又浄止稍度も向上することが出来る。
As explained above, according to the present invention, a circuit generates a gain according to the position error when multiplying the position error between the command movement amount and the rotation amount of the motor by a set gain to generate the command speed. If the position error is X, a low gain is set, and if the position error is small, a high gain is set.
A high gain can be set when stopping (position error is small) to increase stopping precision, and a low gain can be set when speed is changing (position error is large) to reduce vibration. It has the effect of Therefore, when starting and stopping the motor, sufficient gain can be set independently of vibration to satisfy the required stopping accuracy, and when the speed changes,
Since a gain sufficient to prevent vibrations from occurring can be set independently of the stopping angle, it is possible to satisfy contradictory requirements for the cane. As a result, it is possible to prevent vibrations from occurring, especially for motors such as robots that have a load or inertial force, and also to improve the degree of cleaning.

1司、本発明は一笑施例により説明したが、本発明:・
ま上述の実施例に限定されることなく、不発明の主旨:
(従い種々の変形が可能であり、これらを不発明の範囲
から排除するもので、−ない。
1. Although the present invention has been explained with a laughable example, the present invention:・
Without being limited to the above embodiments, the gist of the non-invention:
(Therefore, various modifications are possible, and these are not excluded from the scope of the invention.)

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は工業用ロボットの構成図、躬2図j・1本発明
の原理説明図、第ろ図(d本発明による位置誤差−ゲイ
ン特性図、第4[スは本発明による位置誤差−指令速度
特性図、第5図は本発明の一英施例ブロック図、第6図
は第5図実施例の要部構成図である。 図〒、15b・・・位置レジスタ、15C・・ゲインレ
ジスタ、15d・・・乗算器、11・・・数値制御部、
11c・・・処理装置、11b・・・データメモリ、1
7・・・速度制御回路、18・・・モータ、19・・・
パルスコーダ。 特許出願人 ファナック株式会社 代理人  弁理士  辻     實 外1名(〕三 基 算2Z 持閣で 第3 図 t−Oたr
Figure 1 is a configuration diagram of an industrial robot, Figure 2 is a diagram explaining the principle of the present invention, Figure 4 is a position error-gain characteristic diagram according to the present invention, and The command speed characteristic diagram, Fig. 5 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 6 is a main part configuration diagram of the embodiment of Fig. 5. Register, 15d... Multiplier, 11... Numerical control unit,
11c...processing device, 11b...data memory, 1
7...Speed control circuit, 18...Motor, 19...
pulse coder. Patent applicant Fanuc Co., Ltd. agent Patent attorney Minoru Tsuji and 1 other person

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] モータの回転量を検出する検出器と、指令移動量と該検
出された回転量との位置誤差を得る誤差レジスタと、該
位置誤差に設定されたゲインを乗算し指令速度を出力す
る回路と、該指令速度に応じて該モータを速度制御する
速度制御回路とを有するモータの位置制御方式において
、該位置誤差に応じたゲインを発生するゲイン変更回路
を備え1、該位置誤差が犬の時には′低ゲ゛了ンを、該
位置誤差が小の時には高ゲインを設定することを特徴と
するモータの位置制御方式。
a detector that detects the rotation amount of the motor; an error register that obtains a position error between the command movement amount and the detected rotation amount; and a circuit that multiplies the position error by a set gain and outputs a command speed; A motor position control method having a speed control circuit that controls the speed of the motor according to the command speed, comprising a gain change circuit that generates a gain according to the position error, and when the position error is small, A motor position control method characterized in that a low gain gain is set and a high gain is set when the position error is small.
JP58042947A 1983-03-15 1983-03-15 Control system of motor position Pending JPS59168515A (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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