JPS60500102A - 適応前方帰還サ−ボ装置 - 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】 適応前方帰還サーぎ装置 背景技術 本発明は適応前方帰還信号を利用してサーボモータが加速ないしは減速されてい るときの平均的な誤差を減少させるためのサーが装置に関する。更に詳述すれば 、本発明は低利得サーがループを用いてサーが装置の安定性および精度を最大に 設計することを可能にし、動力の消費を減少させ、製造ないしは現場での校正の 必要をなくして誤差を減少させそしてサーボ装置からサーが装置への性能のばら つき全減少させるサーボ装置における適応前方帰還信号を用いることに関する。

サーボモータを瞬間的な時間の間一定の割合で加速又は減速する必要があるよう な多くの用途が存在する。

一般的にはこのような用途において加速又は減速期間の終シにおいて角速度およ び角変位を所定の値にすることがまた必要である。

磁気テープを磁気テープ装置の読出／書込みヘッドを通過させて駆動するキャプ メタンサー？装置は前記の必要性を有するサーが装置の一つの例で、ある。加速 の期間、この期間中の角変位およびこの期間の終シにおける角速度は全て特にテ ープ上に書込まれたデータ記録の間の間隙を決定する。キャプスタンの加速、速 度又は変位・やラメータに大きなばらつきが存在するとある一つの装置において 書込まれたテープを他の装λ 置で読出すことができなくなる。

ＤＣサーボモータの加速度はモータを通る電流量に比例する。従って、前記の必 要性を有する典型的なサーボ装置は方形波の／Ｘ６ルス電流をモータに対して供 給する電流源からなっている。方形波の立上シおよび立下シ時間は瞬間的ではな いが装置のその他の時間に比較すれば短い。電流パルスの大きさ、極性および幅 は所望の長さの時間にわたって望ましい加速度を与えるようなものである。

摩擦、慣性、粘度などのようなモータおよび回転される物体の物理的特性のため にモータは所望通シに加速されない。従ってサーボ装置には「帰還」が用いられ 、すなわちモータの角速度又は角変位などのような特定のパラメータについて測 定が行われそしてこの測定された値が帰還されて基準値と比較される。次いでこ れらの測定値および所望の値の間の誤差が補正動作を行って誤差を最小にするよ うにモータを制御する補正信号として用いられる。この形式の補正装置（ここで は測定値が帰還されそして基準信号と比較される）は一般に「閉鎖ループシステ ム」とよばれる。

サーボ装置は所望の角速度又は時間に対する角変位に対応する信号を発生する回 路を使用する。電流入力は階段関数であシそして速度は加速度の積分であるから 、補正値についての簡単な積分回路によって階段関数を積分して所望の角速度に 対応する傾斜関数を発生させることができる。同様にして変位は速度の積分であ る。従って二段積分回路によって所望の角速度に対応する階段関数から放物曲線 を生成させる”ことができる。

前記のように、測定された帰還信号は（所望の）発生された基準信号から減算さ れて誤差信号を発生する。

この減算は連続的に又は標本化に基いて行われる。誤差信号もまた連続的にある いは標本化時点においてモータに対する電流入力を補正するために用いられる。

この補正は誤差信号を零に減少させるような態様で行われる。

不都合なことに、この形式の閉鎖ループサーボ装置は従来技術において一般的な ものではあるが固有のいくつかの欠点を有している。装置の精度と装置の安定性 との間にはトレードオフ（ｔｒａｄｅ　ｏｆｆ）が存在する。

すなわち迅速な過渡応答性および外乱の効果的な除去を得るためにはループの利 得が比較的大きくなければならない。一般的に、利得が増大すると精度、応答時 間および外乱除去性能も改善される。しかし、利得が増大するにつれて、装置の 安定性は低下する。従って、利得が増大するにつれて装置の発振的な応答が次第 に増大しついには装置）ヨ完全に発振して制御できなくなるような点に達する。

不都合なことに、装置の精度条件を安定性の条件を維持しながら満足させること はできない。

ダ この形式の装置の別の欠点は加速度、速度および変位特性が設計仕様を満足させ るように製作された際に手動的に校正又は調節せねばならないことである。何ら かの保守が行われるとさらに校正が必要になる。また装置について時間が経過す るにつれて摩擦および粘性などのような特性も同様に変化しそれによって特定の 性能の水準を維持するためにサーが装置ｋｍ期的に校正することが必要になる。

磁気テープ装置に用いられるキャゾスタンモータの場合には、全ての磁気テープ 装置がある定められた公差の限界内で同一の加速度、速度および変位特性を有し 装置間のテープスプールの互換性が得られるようにし々ければなら々い。

発明の概要 本発明の目的は誤差信号の大きさを減少させそれによって行わなければならない 補正の度合を低下させるサーボ装置を提供することにある。

本発明の別の目的は低利得ルーｆを用いて安全性および精度を最大にするように なされたサーボ装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は電力消費を減少させ、手動調節又は校正をなくしそして 経時又は疲労によって生しる異ったサーボ装置間のパラメータのばらつきの影響 を最小にするようなサーボ装置を提供することにある。

前記およびその他の本発明の目的はモータに対して供給される電流の大きさを補 正する前方帰還信号を用いることによって得られる。モータが加速又は減速され る際にこのモード（加速又は減速）の間、の誤差信号の平均誤差が決定されかつ 記憶される。同一モードの次の動作の間に、前方帰還信号は予め決定された平均 誤差に従って適合又は修正され、閉鎖ループ装置において用いられる誤差信号を 減少させる。このようにして、与えられたモード中における数回の動作後には、 適応前方帰還信号が誤差信号の大きさを減少させそして所望のサーボ精度がサー ボの安定性に影響を及ぼすことなく得られる。更に、誤差信号が減少されるので 、低利得テープ全周いることができそして電力消費が減少される。更に、前方帰 還信号は予め測定された平均誤差に応じて「適応」するので、・ぐラメータの変 動の影響（それが異なった装置又は経時変化あるいは疲労のいずれに基づくもの であっても）は適応前方帰還補償に含まれることになる。

図面の簡単な説明 前記の本発明ならびにその目的、特色および利点についての完全な理解は添付の 図面について与えられる好ましい具体例についての以下の記載によってより十分 に与えられる。図中、第１図は理想的なサーボ装置てついての電流、加速度、速 度および変位の時間に対するグラフを示す。第２図は本発明を使用するサーボ装 置のブロック図である。第３図は本発明の前方帰還乙 信号が発生される態様を示す簡略化した流れ図である。

そして第り図は第３図の更に詳細な流れ図である。

好ましい具体例の説明 以下は本発明を実施するための最適に意図された態様についての説明である。こ の説明は本発明の原理、目的、特色および利点を説明するためのみのものであっ て何ら限定的な意味金有するものではない。本発明の本質的な範囲は添付の請求 の範囲を参照することによって与えられる。

第１図は電流人力−に対する理想的なサーボモータの応答を示す。第１図中には 加速度ａ１角速度Ｖおよび変位Ｘが理想的なサーボ装置中の理想的なモータの応 答として含まれている。全ての曲線は時間に対して描かれている。

電流Ｉは第１図中において時間ｔ１およびｔ２の間の正のステップとしてそして 時間ｔ３およびｔ４の間の負のステップとして示されている。加速度ａは電流に 比例しておシ時間ｔ、およびｔ２の間では一定の加速度をそして時間ｔ３および ｔ４の間では一定の減速度を有している。

速度Ｖは加速度の積分であってｔ□およびｔ２の間では正の勾配を有する傾斜線 であシ、ｔ３およびｔ４の間では負の勾配を有する傾斜線である。

変位Ｘは速度の積分であってｔ８およびｔ２の間では放物線の形状を有している 。ｔ２およびｔ３の間では変位曲線は速度が一定である限り傾斜線となる。変位 は速度とともに連続的に増加する関数でおるから第１図中ではｔ２ｅ越えては示 されていない。

すでに述べたようにモータならびに回転される物体の物理的特性のために、物理 的なサーボ装置の加速度、速度および変位曲線は第１図に示す理想的な装置の曲 線とは同一ではない。むしろ全ての三つの曲線はサーボ装置が誤差信号を零に維 持するようＫなされているので不規則性を有する。

第氾図は本発明を用いた閉鎖ループサーブ装置を示すブロック図である。この閉 鎖ルーゾサーボ装置はブロック２０−２７からなシそして従来技術、の一部とし て考えるべきものである。図示の装置はルーゾ中で正帰還を用いている。位置信 号がシャフトエンコーダ、２Ａによって与えられそして位置誤差信号が加算装置 ２／によって発生される。閉鎖ループサーボ装置２０−２７の動作および性能は 当業者にとっては十分に理解されかつ文献に記載されているものである。

第２図に示す装置はクロック（図示せず）によって制御されるデジタル装置であ る。この装置が加速又は減速モードで用いられているときには、トランスジュー サ論理回路、２７の出力（測定された角位置）、放物縁位置基準器２０の出力す なわち所望の角位置が所定のクロック期間でサンプルされそして加算回路網２／ に供給されて誤差信号を発生する。非連続時間位置割脚装置２２はこの誤差信号 を用いてデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）　２３への入力を変化させる 。

ＤＡＣ２３は電力増幅器２ダに異なった電圧を供給しそれによってモータに供給 される電流を変化させる。

このようにして各サンプリング時点において次のサンプルされる位置を次のサン プルされる所望の位置に等しくするようにすなわち誤差信号を零にするようにし てモータに対して供給される電流についての補正が行われる。

本発明の適応前方帰還信号は誤差アキームレータ３０、平均値発生器３／および 前方帰還発生器３２からなる前方帰還経路中において生成される。誤差アキュム レータ３０はまた各動作ごとに誤差信号を読み取る（加速モードなどのような特 定のモードの動作は多くのサンプリング時点にわたって持続する）。平均値発生 器３／は前記のモードの動作中ｆ生じた平均誤差の値を決定する。この平均誤差 の値は将来の基準値としてセーブすなわち記憶される。次いで前方帰還発生器３ ２がこれも外来の基準値として記憶される前方帰還信号を発生しこれは前記のモ ード中の最後の動作の間に決定された平均誤差信号に基づいている。このように して前方帰還信号は装置の特性に合致するように「適応」される。前方帰還信号 は加算回路網３３によって非連続時間位置制御器２．２の出力て加算されモータ に送出される電流を修正する。

この装置の動作は以下のように考えられる。誤差が補正をもたらしそして補正に よって誤差が生じる。前方帰還信号は特定のモードの加速又は減速中における先 行する動作の平均誤差に基づくものであって現在の動作モードの間における平均 誤差を減少させるために補正値に対して加算される。サーボが最初に特定のモー ドで動作されると、平均誤差は比較的大きなものとなシ得る。このモードでの引 き続く各動作においては、適応前方帰還信号によって誤差が最小に減少するまで 低下させられる。

小さな平均誤差を得ることができれば低利得ループを用いることができそれによ って電力消費が減少される。更にこのサーボ装置は安定性が最大となるように設 計することができる。一旦組立てられかつ試験された後では、適応前方帰還信号 が平均誤差を最小に減少させることにより装置を自動的に校正する。全てのサー ボ装置が同一の基準で製作されかつ試験されるものとすれば、適応前方帰還信号 によって装置間のばらつきを所定の基準値内に保持させることができる。

本発明の誤差アキュムレータ３０、平均値発生器３／および前方帰還発生器３２ は好ましい実施例ではマイクロプロセッサによって与えられる。第３図はマイク ロプロセッサを用いて前方帰還信号を発生させる段階のフロー図である。本発明 の好ましい具体例においてはザイログ社、モスチック社およびその他のメーカー １０ から市販されているｚｇＯ型のマイクロプロセラサラ用いてストレッジ・テクノ ロジー社ｆよって製造される２９２０テープサブシステムなどのようなテープ装 置を制御することができる。ここに本発明の方法についての「偽コード」の解釈 が付記Ａとして添付され参考までに引用されている。この「偽コード」は実際の マイクロコード命令および本来のプログラマ以外のものが前方帰還信号を発生さ せるために用いられたプログラムを理解することができるようになされているド キュメントの注釈を含んでいる。ここに示されたドキュメントによれば当業者が 本発明を実施することは何ら困難ではない。

第３図の簡略化された流れ図について説明すると、ブロックグ０においては全て のサンプルされた誤差を加算しそしてこの合計をサンプル数によって除算するこ とによシ平均誤差値の得られることが示されている。

次いで適応項はこの平均誤差に利得係数を乗算することによって発生される。こ の利得係数は以下の理由のために／よシ小さい＝（１）サンプルされた誤差は固 有の可能な誤差を最下位ビットにプラス又はマイナスしたものを有する二進数で ある；（２）本発明の目的は誤差信号を減少させることにあシ従って最下位ビッ トは測定値の重要な部分となシ得る；そして（３）／よりも小さい数を乗算する ことによって適応項についての最下位ビットの影響が減少される。好ましい具体 例においては利得は０．りＳに設定される。

前方帰還信号は第３図のプロ、り１１．．２に示すようにして決定される。本発 明における前方帰還信号（ｋ）、すなわち与えられたモードの次の動作に使用さ れる前方帰還信号は予め計算された適応信号を最後の前方帰還信号（ｋ−＋）す なわち与えられたモードの最後の動作の間に用いられた前方帰還信号に加えるこ とによって見出される。

好ましい具体例について本明細書中に与えられた記載は位置制御を用いるサー？ 装置について説明したものである点に注意すべきである。速度制御を用いる他の 具体例も存在する。第２図中において位置トランスノー−サの代りに速度トラン スジー−サを用い（シャフトエンコーダまたはタコメータのいずれかを速度トラ ンスジューサとして用いることができる）、放物線位置基準器２０を傾斜線位置 基準器に変更しそして非連続時間位置制御装置２２を非連続時間速度制御に変更 し、第３図中において項ｘ２ｖに変更し、そして本明細書中で帰還ループおよび 誤差信号について用いられている位置および変位という用語を速度に変更すれば 本発明の記載はかかる具体例に適用される。

第４図は第３図に概要を示すステップを実施するために本発明によって用いられ る過程のより詳細な流れ図を示す。付記Ａ中に記載された偽コード中に用いられ るステップは第９図中に示されるステップに対応す国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）加速又は減速のモードの間においてモータ軸などのような可動体の角位置 あるいは角速度などのような所望のパラメータを制御する方法において、（、） 　選択されたモードの動作のために前記選択されたモードの動作の間における前 記可動体の動きを制御するための第一の信号を発生させ、 （ｂ）　前記第一の信号を前記可動体に対して結合された駆動装置に与えて前記 選択されたモードの動作を行わせ、 （ｃ）　前記可動体に関連する角位置あるいは角速度などのような所望のノクラ メータについての値を表わス多数の基準値を前記選択されたモードの動作の間に おいて所定の時点で発生させ、 （ｄ）　前記選択されたモードの動作の間における前記各所定の時点で前記可動 体に関する前記パラメータの実際の値を測定し く、）　前記各所定の時点において前記実際の・ぐラメーヲ値を前記所望の７４ ラメータ値と比較しそして前記各所定の時点において前記二つの値の間における 差を表わすパラメータ誤差信号を発生させ （ｆ）　前記誤差信号を前記各所定の時点において前記第一の信号に加えて前記 選択されたモードの間における前記゛パラメータ誤差を補正し、 （ｇ）前記比較段階（、）の結果として前記選択されたモ発生させ、そして （ｈ）　前記選択されたモードの動作の次の生起の間に段階０）中において決定 された前記累算位置誤差値の関数として前記第一信号を修正し、それによって前 記次のモードの間の誤差信号を最小にする各段階を含むことを特徴とする前記方 法。
2. （２）累算・ぐラメータ誤差値を決定する段階ωが前記選択されたモードの動作 の間における・ぐラメータ誤差値を平均化することを含む前記請求の範囲第１項 記載の方法。
3. （３）段階（ｇ）が前記平均化されたパラメータ誤差信号を利得係数によって乗 算することを更に含む前記請求の範囲第２項の方法。
4. （４）前記利得係数が／、θ以下である前記請求の範囲第３項の方法。
5. （５）　少なくとも段階伝）および（ｈ）がマイクロプロセッサの制御下に行わ れる前記請求の範囲第ｑ項の方法。
6. （６）　制御されるノ４ラメータがテープ駆動サブシステムのキャプスタンの角 位置である前記請求の範囲第Ｓ項記載の方法。
7. （７）　制御されるノ４ラメータがテープ駆動サブ装置のキャプスタンの角速度 である前記請求の範囲第Ｓ項記載の方法。 ／Ｓ 体に供給される制御信号を適応的に制御するための装置において、前記制御信号 が前記可動体に関連する位置又は速度などのような所望のｉ４ラメータを測定す る測定手段、前記測定された・ぐラメータを基準／？パラメータ比較しそしてそ れらの間の差を示す誤差信号を発生するための比較手段、前記制御信号を前記誤 差信号の関数として発生させるための制御手段および前記可動体を移動させるた めに前記誤差信号に対して応答する駆動装置を含む閉鎖ループ装置によって発生 され、そして前記制御信号を適応的に修正するための前記装置が、前記加速又は 減速車ニドの間における前記誤差信萼の値を表わす誤差値を累算す′るための手 段、前記累算された誤差値の平均誤差値を決定ｉるための手段、前記平均誤差値 の関”数である前方帰還信号を発生させるための手段、そして前記前方帰還信号 を前記制御信号と組合わせて前記誤差信号を減少゛させるようにするための手段 を含んでいることを特徴とする前記装置。 ゛（９）前記測定手段が前記モードの動作の間における所定の時点において所望 のｉ４ラメータの非連続的な測定を行い、そして前記比較手段が前記各測定ごと に動作しそれ゛によって一群のサンプルされた誤差信号を与え、前記一群の各サ ンプルされた誤差信号が測定が樫ゞされた際のモードの動作の間における所定の 時点に対応する前記請求の範囲第ｇ項記載の装置。 （１０前記誤差累算手段が前記加速又は減速モードの間において前記比較手段に よって発生された前記サンプルされた誤差信号をリアルタイムで合計するための 合計手段を”含み、前記合計手段はそれによって累算された誤差信号を与える前 記請求の範囲第９項記載の装置。 α力　前記平均誤差決定手段が前記累算された誤差信号をその中に含まれる累算 された誤差信号の数によって除算するための除算手段を含み、前記除算手段はそ れによって平均誤差信号を与える前記請求の範囲第７０項記載の装置。 得係数によって乗算して一応項を発生させるための乗算器手段を含み、前記前方 帰還信号が前記適応項から得られる前記請求の範囲第１／項記載の装置。 （ト）前記利得係数が／、θ以下である前記請求の範囲　′第１２項記載の装置 。 ａ４　現在のモードの動作のための前方帰還信号が最砿新しい同一のモードの動 作からめ前方帰還信号に前記適応項を加えたものに等しい前記請求の範囲第１２ 項記載の装置。 −前脆組谷せ手段が前記前方帰還信号を前記制御□　信号に対して加算する゛た めの加算手段を含む前記請求の範囲第１１Ｉ項記載の装置。 Ｃ１→　前記誤差累算手段、誤差平均手段および前方帰還信号発生手段がマイク ロプロセッサ中において与え／７ られる前記請求の範囲第７０項記載の装置。 α力　前記可動体がテープキャプスタンを含みそして制御されるパラメータが前 記テープキャプスタンの角位置である前記請求の範囲第７乙項記載の装置０α樽 　前記可動体がテープキャプスタンを含みそして制御されるノクラメータが前記 テープキャプスタンの角速度である前記請求の範囲第１乙項記載の装置。 ／　９