JPS6235904A - Method for controlling machine system having dead zone - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To control a machine system highly stably with a high precision by detecting a dead zone in accordance with a feedback quantity of the machine system and adjusting the parameter of a compensating system according as a control system is switched and the machine system is in the dead zone or not. CONSTITUTION:The output from a backward compensating system 18 is subtracted from a target value by a command value operating system 10, and the output of the command value operating system 10 is supplied to a forward compensating system 12, and a motor 14 is driven by the output. A machine system 16 is driven by driving of the motor 14. The position signal of an output shaft of the motor 14 and that of the machine system 16 are supplied to the backward compensating system 18 and are compensated. The output of the backward compensating system 18 is supplied to the command value operating system 10. The position signal of the output shaft of the motor 14 and that of the machine system supply information, which indicates whether the motor shaft position and the table position are in the dead zone or not, to a detecting system 20 to change parameters of compensating systems 12 and 18 on demand. The quick responsiveness is kept by this change of parameters.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機械系の制御方法に関し、一層詳細には、駆動
装置、例えば、モータと、制御対象、例えば、テーブル
との間にバックラッシュ等の不感帯を含む機械系をサー
ボ機構によりフィードバック制御する制御方法に関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for controlling a mechanical system, and more particularly, the present invention relates to a method for controlling a mechanical system, and more particularly, the present invention relates to a method for controlling a mechanical system, and more specifically, a method for controlling a mechanical system that includes a dead zone such as backlash between a drive device, such as a motor, and a controlled object, such as a table. This invention relates to a control method that performs feedback control using a servo mechanism.

サーボ機構をフィードバック制御する場合、工作機械の
テーブルやロボットのハン１゛の先端等の最終的に制御
したい作用点にセンサを取り付け、その点の位置や速度
信号等をフィードバックすれば、最も６育実で精度の高
い制御が得られるはずである。ところが、実際には、駆
動力を作用点へ伝える機械系に起因する様々な要因によ
り、期待される制御が得られない場合が多い。When performing feedback control on a servo mechanism, attach a sensor to the point of action that you want to ultimately control, such as the table of a machine tool or the tip of a robot hand, and feed back the position and speed signal of that point. This should provide highly accurate control. However, in reality, the expected control often cannot be obtained due to various factors originating from the mechanical system that transmits the driving force to the point of application.

一般的に、作用点からフィードバック信号を得る方法を
フルクローズドループ制御と呼ぶ。Generally, the method of obtaining a feedback signal from the point of application is called full closed loop control.

この方法では、最終的な制御目標をｆＭｌ、密に実現出
来る可能性を有する反面、機械系が閉ループ内に取り込
まれるため、制御系の不安定性が増加する。従って、連
応性が得られず、オーパーンニート、ハンチング等の不
都合が住起し易くなる。Although this method has the possibility of realizing the final control target as closely as fMl, the instability of the control system increases because the mechanical system is incorporated into a closed loop. Therefore, continuity cannot be obtained, and problems such as open neatness and hunting tend to occur.

一方、作用点からではなく、機械系へ駆動力を伝達する
点である駆動点から制御信号をフィードバックする方法
としてセミクローズドループ制御がある。この方式では
ｉ織糸の制御がオープンループ制御となり、精度的には
些程の期待が出来ない。然しなから、安定した応答性の
早い制御が可能になる利点がある。On the other hand, there is semi-closed loop control as a method of feeding back control signals from a drive point, which is a point where driving force is transmitted to a mechanical system, rather than from a point of action. In this method, the control of the i-weaving yarn is open-loop control, and the accuracy cannot be expected at all. However, there is an advantage that stable control with quick response is possible.

そこで、フルクローズドループ ローズトループ制御の短所を補い、両者の長所を生かす
ために、折衷した方式として、ハイブリッド制御が案出
されている。このハイブリッド制御では、作用点からの
フィートハック信号に一次遅れフィルタをかけた後、駆
動点からのフィードバックに加え合わせるもので、鋭敏
な変化に対しては駆動点からのフィードバックが優勢と
なり、セミクローズドループ制御に近い制御になる。一
方、位置決め誤差など定常的な偏差に対しては作用点か
らのフィードバックが優勢となり、フルクローズドルー
プ制御に近い制御になる。この結果、連応性と精度的改
善が図られるはずであるが、駆動系や機械系の持つ特性
によっては、必ずしも所望の制御が得られるとは限らず
、かえって特性を悪くする場合も少なくない。Therefore, hybrid control has been devised as a compromise system to compensate for the shortcomings of full-closed-loop control and take advantage of the advantages of both. In this hybrid control, the foot hack signal from the point of action is applied with a first-order lag filter and then added to the feedback from the driving point, and the feedback from the driving point becomes dominant in response to sharp changes, resulting in a semi-closed signal. The control becomes close to loop control. On the other hand, for steady deviations such as positioning errors, feedback from the point of action becomes dominant, resulting in control close to full closed loop control. As a result, the coordination and accuracy should be improved, but depending on the characteristics of the drive system and mechanical system, desired control may not necessarily be obtained, and the characteristics may worsen.

すなわち、従来の方法では、機械系を含む制御ループに
よるサーボ系で所望の制御を行うことは困難な場合が多
い。例えば、モータからのフィードバックによる制御で
は、テーブルはオープンループ制御となり、モータから
テーブルまでの機械系に含まれる様々な要因により精密
な制御が達成されない。一方、テーブルからのフィード
バックによる制御では、クローズトループ制御となるが
、モータからテーブルまでの機械系が閉ループ内に取り
込まれるため、機械系に含まれる様々な要因が閉ループ
内に包含され、制御系の不安定性が増加するため、連応
性が得難くなると共に、オーバーシュート、ハンティン
グ等が惹起し易いという難点を露呈する。That is, in the conventional method, it is often difficult to perform desired control using a servo system using a control loop including a mechanical system. For example, when controlling by feedback from a motor, the table is under open loop control, and precise control cannot be achieved due to various factors included in the mechanical system from the motor to the table. On the other hand, control using feedback from the table results in closed-loop control, but since the mechanical system from the motor to the table is included in the closed loop, various factors included in the mechanical system are included in the closed loop, and the control system Due to the increased instability, it becomes difficult to obtain connectivity, and problems such as overshoot and hunting are likely to occur.

本発明は前記の不都合を悉く克服するためになされたも
のであって、不感帯を有する機械系を安定させ且つ高精
度で制御することを可能とした制御方法を提供すること
目的とする。The present invention has been made to overcome all of the above-mentioned disadvantages, and an object of the present invention is to provide a control method that allows a mechanical system having a dead zone to be stabilized and controlled with high precision.

本発明は機械制御系に含まれる問題の中、不偏的に存在
し且つ制御機能の達成に強く影響を与える不感帯に着目
し、これを検出し制御するためのものであって、この目
的を達成するために、本発明は機械系を駆動する駆動系
または／および機械系からのフィードバック量により、
または、フィードバック量が直接得られない時は数学モ
デルによってフィードバック量を推定することにより不
感帯を検出し、前記フィードバック量によりフィードバ
ック系を選択して制御方式を切り替え、制御方式の切り
替えおよび機械系が不感帯内に入っているか否かの状態
に応じて補償系のパラメータを調整し、切り替えられた
制御方式および検出不感帯の内外によって補償系の供給
する指定値を演算することを特徴とする。The present invention is aimed at detecting and controlling the dead zone, which exists uniformly among problems contained in machine control systems and has a strong influence on the achievement of control functions, and achieves this purpose. In order to
Alternatively, when the amount of feedback cannot be obtained directly, a dead zone is detected by estimating the amount of feedback using a mathematical model, and a feedback system is selected based on the feedback amount and the control method is switched, and the control method is switched and the mechanical system is set in the dead zone. The parameter of the compensation system is adjusted according to the state of whether the detection dead zone is within or not, and the specified value to be supplied by the compensation system is calculated depending on the switched control method and the inside/outside of the detection dead zone.

次に、本発明に係る機械系の制御方法についてそれを実
施する装置との関係において好適な実施例を挙げ、添付
の図面を参照しながら以下詳細に説明する。Next, the method for controlling a mechanical system according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, citing preferred embodiments in relation to the apparatus for implementing the method.

第１図は本発明を実施する際の装置の構成を示ずブロッ
ク図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for carrying out the present invention.

位置指令、すなわち、目標値は後記する後向き補償系１
８からの出力を指令値演算系ＩＯで減算し、指令値演算
系１０の出力は前向き補償系１２に供給して補償さ孔、
この補償された前向き補償系１２の出力は駆動系１４、
例えば、モータに供給されてこのモータ１４を駆動する
。モータ１４の駆動により機械系１６が駆動される。モ
ータ１４の出力軸の位置信号および機械系１６の位置信
号は後向き補償系１８に供給して補償する。後向き補償
系１８の出力は前記したように指令値演算系ＩＯに供給
される。The position command, that is, the target value is given by backward compensation system 1, which will be described later.
8 is subtracted by the command value calculation system IO, and the output of the command value calculation system 10 is supplied to the forward compensation system 12 to compensate for the hole,
The output of this compensated forward compensation system 12 is the drive system 14,
For example, it is supplied to a motor to drive this motor 14. The mechanical system 16 is driven by the motor 14 . The position signal of the output shaft of the motor 14 and the position signal of the mechanical system 16 are supplied to a backward compensation system 18 for compensation. The output of the backward compensation system 18 is supplied to the command value calculation system IO as described above.

そこで、モータ１４の出力軸の位置信号および機械系の
位置信号は、モータ軸位置、テーブル位置が不感帯内に
入っているかを検出する検出系２０に供給し、検出系２
０の出力は前向き補償系１２および後向き補償系１８に
供給して前記両位置の状態に応じて両補償系１２．１８
のパラメータを変化させる。このパラメータの変化によ
り連応性を維持すると共に、オーバーシュー１−やハン
チングの発住を防止する。Therefore, the position signal of the output shaft of the motor 14 and the position signal of the mechanical system are supplied to a detection system 20 that detects whether the motor shaft position and table position are within the dead zone.
The output of 0 is supplied to the forward compensation system 12 and the backward compensation system 18, and the compensation system 12.
change the parameters of By changing this parameter, coordination is maintained, and overshoeing and hunting are prevented from occurring.

検出系２０において不感帯を検出する際の一例としては
、機械系１６のモデルにモーター４の出力軸位置を入力
し、モデルの出力とテーブル位置とを比較することによ
って行われる例を掲げることが可能である。より単純な
方法としては、モーター４の出力軸位置が変化している
にも拘らず、テーブルの位置が一定であることがら不感
帯とする方法もある。As an example of detecting the dead zone in the detection system 20, it is possible to cite an example in which the detection is performed by inputting the output shaft position of the motor 4 into the model of the mechanical system 16 and comparing the output of the model with the table position. It is. A simpler method is to use a dead zone because the position of the table remains constant despite the change in the output shaft position of the motor 4.

次に、第２図に本発明の一実施例をさらに詳細に説明す
るブロック図を示す。Next, FIG. 2 shows a block diagram illustrating one embodiment of the present invention in further detail.

そこで、指令値演算系１０Ａは目標値と不感帯検出系２
ＯＡの出力から指令値を演算する。すなわち、指令値演
算系１０Ａは制御対象である機械ｙ４１６Ａの状態に従
って指令値を演算する。不感帯の存在により、目標値と
機械系１６Ａの応答との関係が非線形に変化する。よっ
て、この変化に対応し、且つ不感帯から速やかに翻脱す
るために、目標値に的確な補正を加えた指令値を得指令
値演算系１０Ａによって得られた指令値は補償系１２Ａ
に供給される。補償系１２Ａはフィードバック制御を行
うための補償系である。すなわち、位置や速度のフィー
ドバック信号と指令値により位置制御、速度制御を行う
。ここでは位置誤差、速度指令値、速度誤差を求め、さ
らに、ＰＩＤ制御要素により駆動系への操作量を得る。Therefore, the command value calculation system 10A uses the target value and the dead zone detection system 2.
The command value is calculated from the output of the OA. That is, the command value calculation system 10A calculates a command value according to the state of the machine y416A to be controlled. Due to the presence of the dead zone, the relationship between the target value and the response of the mechanical system 16A changes nonlinearly. Therefore, in order to respond to this change and quickly escape from the dead zone, the command value obtained by the command value calculation system 10A is obtained by adding an appropriate correction to the target value, and the command value obtained by the command value calculation system 10A is sent to the compensation system 12A.
is supplied to The compensation system 12A is a compensation system for performing feedback control. That is, position control and speed control are performed using position and speed feedback signals and command values. Here, the position error, speed command value, and speed error are determined, and furthermore, the amount of operation to the drive system is obtained using the PID control element.

補償系１２Ａで得られた操作量は駆動系１４Ａに供給さ
れ、機械系１６Ａを制御する制御量を前記駆動系１４Ａ
から出力する。駆動系１４Ａはモータとモータに電力を
供給するための電気回路およびその制御をする電子回路
より構成されている。The operation amount obtained by the compensation system 12A is supplied to the drive system 14A, and the control amount for controlling the mechanical system 16A is supplied to the drive system 14A.
Output from. The drive system 14A includes a motor, an electric circuit for supplying power to the motor, and an electronic circuit for controlling the motor.

なお、油圧モータや油圧シリンダなど電気回路に依存し
ない場合もあることは勿論である。Note that, of course, there may be cases where it does not depend on electric circuits such as hydraulic motors and hydraulic cylinders.

そこで、補償系１２Ａからの操作量は、ＰＷＭ増幅器や
サイクルコンバータ等により電力増幅されて、モータ１
’４Ａに供給される。前記モータ１４Ａの回転数や角速
度はパルスエンコーダ、しゾルハ、タコ−メータ等のセ
ンシング手段により検出されてフィー１″ハツク選ＩＲ
系２２Ａ、不感帯検出系２ＯＡにフィートハックされる
。駆動系！４Ａから出力された制？１ｌｉｔは、ｉ１ｍ
常、ギヤやボールネジを介して可動部分へ伝達される。Therefore, the operation amount from the compensation system 12A is power amplified by a PWM amplifier, cycle converter, etc.
'4A is supplied. The rotational speed and angular velocity of the motor 14A are detected by sensing means such as a pulse encoder, sensor, tachometer, etc.
The system 22A is foot-hacked by the dead zone detection system 2OA. Drive system! System output from 4A? 1lit is i1m
It is usually transmitted to moving parts via gears or ball screws.

本発明で問題にする不感帯は、主として、このギヤやボ
ールネジ等のバックラッシュなどの非線形性に起因して
惹起するものである。可動部分の応答、すなわち、位置
や速度はレゾルバ、マグネスケール等のセンサにより積
出されて、フィードバック選択系２２Ａ、不感帯検出系
２０Ａにフィードバックされることになる。The dead zone that is a problem in the present invention is mainly caused by nonlinearity such as backlash of gears, ball screws, etc. The response of the movable part, ie, the position and velocity, is detected by a sensor such as a resolver or a magnescale, and is fed back to the feedback selection system 22A and the dead zone detection system 20A.

そこで、フィードバック選択系２２Ａには駆動系１４Ａ
からの出力である制御量または／および機械系１６Ａか
らの出力である応答信号が入力される。この両人力信号
の用い方により制御方法が下記のように分かれる。Therefore, the feedback selection system 22A includes the drive system 14A.
The control amount that is the output from the mechanical system 16A and/or the response signal that is the output from the mechanical system 16A are input. Control methods are divided into the following depending on how to use the two-person force signal.

■　オープンループ制御 いずれのフィードバック信号も用いない制御方法である
。■ Open loop control This is a control method that does not use any feedback signals.

すなわち、補償系が重線で且つ安定した制御が得られる
が、一方、外乱やパラメータ変動に弱く、高い精度が望
めない。That is, although the compensation system is heavy and stable control can be obtained, on the other hand, it is vulnerable to disturbances and parameter fluctuations, and high accuracy cannot be expected.

■　セミクローズ１′ループ制御 駆動系＋４Ａの出力である制御量のみをフィードバック
として用いる制御方法である。この制御方法によれば、
比較的安定したサーボ系が構成されるため、連応性に優
れた制御が達成される。然しながら、機械系１６Ａから
のサーボ機構の部分がオープンループ制御となるため、
応答の精度は機械系によって左右されてしまう。また、
定常偏差をなくすことが出来ない不都合が存在する。(2) Semi-closed 1' loop control This is a control method that uses only the control amount, which is the output of the drive system +4A, as feedback. According to this control method,
Since a relatively stable servo system is constructed, control with excellent coordination is achieved. However, since the servo mechanism from the mechanical system 16A is under open loop control,
The accuracy of the response depends on the mechanical system. Also,
There is a disadvantage that the steady-state deviation cannot be eliminated.

■　フルクローズドループ制御 機械系１６Ａの出力である応答信号のみをフィードバッ
ク信号として用いる制御方法である。(2) This is a control method that uses only the response signal, which is the output of the full-closed loop control mechanical system 16A, as a feedback signal.

制御対象そのものの応答をフィードバックするので高い
精度が望める。一方、制御ループの中に機械系の信号が
含まれるため、機械系１６Ａに起因する不惑帯や時間遅
れ、外乱が制御ループ内に取り込まれるため、制御が不
安定になり易い。従って、連応性を高めることが困難な
場合が多い。High accuracy can be expected because the response of the controlled object itself is fed back. On the other hand, since signals from the mechanical system are included in the control loop, unsteady zones, time delays, and disturbances caused by the mechanical system 16A are incorporated into the control loop, making the control likely to become unstable. Therefore, it is often difficult to improve connectivity.

■　ハイブリッド制御 駆動系１４Ａの出力信号と、機械系１６Ａの出力信号を
両方ともフィードバック信号として用いる制御方法であ
る。前記両者のフィードバック信号を利用することによ
り、セミクローズドループ制御とフルクローズドループ
制御の欠点を補完し合い、両者の長所を合わせ持つこと
を目的とする。(2) This is a control method in which both the output signal of the hybrid control drive system 14A and the output signal of the mechanical system 16A are used as feedback signals. By using the feedback signals of both of the above, it is an object of the present invention to compensate for the shortcomings of semi-closed loop control and fully closed loop control, and to have the advantages of both.

この場合、フィードバック方法の例として、−次遅れフ
ィルタを用いるものがある。すなわち、機械系からのフ
ィードバック信号を一次遅れフィルタに通した後で駆動
系１４Ａからのフィードバック信号に加える方法で、次
のような特性を持つ。すなわち、迅速な変化に対しては
駆動系１４Ａからの制？１１量がフィードバックされ、
このため、連応性が得られ、定常偏差などの比較的緩慢
な変化に対しては機械系１６Ａからの応答信号がフィー
ドバックされるため、精度の向上が図られる。In this case, an example of a feedback method is one that uses a -order lag filter. That is, this is a method in which the feedback signal from the mechanical system is passed through a first-order lag filter and then added to the feedback signal from the drive system 14A, and has the following characteristics. In other words, is there any control from the drive system 14A against rapid changes? 11 quantities are fed back,
Therefore, coordination is achieved, and the response signal from the mechanical system 16A is fed back for relatively slow changes such as steady-state deviations, thereby improving accuracy.

しかし、機械系１６Ａの特性によっては上記の効果が期
待出来ないのみならず、かえって悪影響をおよぼす場合
もあること前記の通りである。However, as described above, depending on the characteristics of the mechanical system 16A, not only can the above effects not be expected, but there may even be adverse effects.

従って、フィードバック選択系２２Ａでは、システムの
状態が不感帯のどこにあるかによってフィードバック信
号を選択し、■乃至■のいずれかの制御方法への切り替
えを行う。Therefore, the feedback selection system 22A selects the feedback signal depending on where the system state is in the dead zone, and switches to one of the control methods (1) to (2).

すなわち、不感帯検出系２０Ａからの出力はパラメータ
調節系節系２４に供給されて、そのパラメータを制御す
る。前記パラメータ調節系２４はシステムの状態に適応
するため、補償系１２Ａに含まれる位置ループゲイン、
速度ループゲイン、Ｐ１０制御定数等のパラメータを自
動調節する。That is, the output from the dead zone detection system 20A is supplied to the parameter adjustment system 24 to control its parameters. In order to adapt the parameter adjustment system 24 to the system state, the position loop gain included in the compensation system 12A,
Parameters such as speed loop gain and P10 control constant are automatically adjusted.

この適応機能により、システムは不感帯の影響を極力排
除した優れた制御性を確保することが可能になる。This adaptive function allows the system to ensure excellent controllability by minimizing the effects of dead zones.

本発明の一実施例では不感帯を検出するための機械系１
６Ａの数学的モデル（以下単にモデルと記す）を必要と
する。以下、これらのモデルを導く。In one embodiment of the invention, a mechanical system 1 for detecting a dead zone
6A mathematical model (hereinafter simply referred to as model) is required. We derive these models below.

先ず、駆動系１４Ａのモデルを導くためにモータの回転
運動系を第３図に示す。そこで、ニュートンの運動の第
二法則によって次式が成立する。First, in order to derive a model of the drive system 14A, the rotational movement system of the motor is shown in FIG. Therefore, the following equation holds according to Newton's second law of motion.

ここで、Ｊはモータの慣性モーメント、θは回転角度、 τ８はモータの発生するトルク、 Ｄ、は粘性摩擦係数 を示す。そこで、両辺をラプラス変換して、θについて
解く。Here, J is the moment of inertia of the motor, θ is the rotation angle, τ8 is the torque generated by the motor, and D is the viscous friction coefficient. Therefore, we apply Laplace transform to both sides and solve for θ.

ＪＳ２０−む−ＤＭＳ　Ｑ 式２より、駆動系１４Ａのブロック線図が導かれる。JS20-MU-DMS Q From Equation 2, a block diagram of the drive system 14A is derived.

すなわち、第４図において、 τはトルク、 τ４は摩擦トルク、 αは角加速度、 ωは角速度 を示す。そこで、第４図から次式が成立する。That is, in Figure 4, τ is torque, τ4 is friction torque, α is the angular acceleration, ω is angular velocity shows. Therefore, from FIG. 4, the following equation is established.

Ｔ　＝　Ｔｓ　−Ｔｄ Ｔｄ＝ＤＨω よって、次の関係が導かれる。T = Ts - Td Td=DHω Therefore, the following relationship is derived.

故に、 次に、機械系１６Ａのモデルを導くためにこの機械系１
６Ａの運動系を第５図に示す。Therefore, next, in order to derive the model of mechanical system 16A, this mechanical system 1
The motor system of 6A is shown in Figure 5.

ニュートンの運動の第二法則によって次式が成立する。The following equation holds according to Newton's second law of motion.

ここで、Ｍは慣性質量、 Ｘは位置、 ｆ、は外力、 ＤＬは粘性摩擦係数 である。式４の両辺をラプラス変換してＸについて解く
。Here, M is the inertial mass, X is the position, f is the external force, and DL is the viscous friction coefficient. Laplace transform both sides of equation 4 and solve for X.

ＭＳ２Ｘ”ｋ　　ＤＬＳＸ 故に 式５より機械系１６Ａのブロック線図が第６図に示すよ
うに導かれる。MS2X"k DLSX Therefore, from equation 5, a block diagram of the mechanical system 16A is derived as shown in FIG.

第６図において、 ｆは力、　　　　□ ｆ４は摩擦力、 ａは加速度、 υは速度 を示す。そこで、第６図から、次式が成立する。In Figure 6, f is force, □ f4 is frictional force, a is acceleration, υ is speed shows. Therefore, from FIG. 6, the following equation holds true.

０−一丁 ■ ｆ＝ｆＬ−ｆｄ ｆｄ”ＤＬ？、／ よって、次の関係が導かれる。0-one ■ f=fL-fd fd"DL?,/ Therefore, the following relationship is derived.

次に、駆動系１４Ａと機械系１６Ａとを結合した系につ
いてモデルを導く。Next, a model is derived for a system that combines the drive system 14A and the mechanical system 16A.

この場合、前記した通り、駆ｖｊ系１４Δと機械系１６
Ａの夫々のモデルを既に導いた。従って、駆動系１４Ａ
と機械系１６Ａとが不感帯によって分離されている時は
、既に導いた夫々のモデルが有効である。そこで、さら
に駆動系１４Ａと機械系１６Ａとがギヤやボールネジを
介して密接に結合された時のモデルを導く。これは不感
帯が存在しない場合、若しくは、動作状態が不感帯から
外れ、線形領域に入った場合に相当する。In this case, as described above, the driving vj system 14Δ and the mechanical system 16
We have already derived each model of A. Therefore, drive system 14A
When the mechanical system 16A and the mechanical system 16A are separated by a dead zone, the respective models already derived are valid. Therefore, a model is derived in which the drive system 14A and the mechanical system 16A are closely coupled via gears and ball screws. This corresponds to a case where there is no dead zone or a case where the operating state deviates from the dead zone and enters a linear region.

この運動系を第７図に示す。This motion system is shown in FIG.

第７図において、先ず、慣性モーメントＪに着目すると
、次式が成立する。In FIG. 7, when first focusing on the moment of inertia J, the following equation holds true.

ここで、θＬは機械側のボールネジの回転角度、τ目は
ボールネジに発生するトルク を示す。従って、ＴＢは ｒｅ　＝　Ｋ（ｆ９−ＯＬ　）　　　　　’弐８）とし
て求めることが可能である。この場合、Ｋはボールネジ
のねしり剛性を示す。Here, θL indicates the rotation angle of the ball screw on the machine side, and τ indicates the torque generated in the ball screw. Therefore, TB can be obtained as re=K(f9-OL)'28). In this case, K represents the torsional rigidity of the ball screw.

そこで、両辺をラプラス変換してθについて解く。Therefore, we apply Laplace transform to both sides and solve for θ.

ＪＳ２Ｑ＝Ｔ＋　−ＤＭＳＱ　−ＴＢ （ＪＳ２＋ＤＮＳ　）１９　＝籟−ＴＥ３従って・ よって、前記式９より、第８図に示すプロ・ツク図が導
かれる。JS2Q=T+ -DMSQ-TB (JS2+DNS)19=籟-TE3Thus, from the above equation 9, the program diagram shown in FIG. 8 is derived.

次に、ボールネジによる変位と駆動力の変換式を導く。Next, we derive a conversion equation between displacement and driving force due to the ball screw.

先ず、変位に関してはボールネジの回転角度θＬと機械
系１６Ａの移動量Ｘとの間に次式が成立する。First, regarding displacement, the following equation holds true between the rotation angle θL of the ball screw and the amount of movement X of the mechanical system 16A.

ここで、Ｐはボールネジのピ・ノチを示す。Here, P indicates the pin/notch of the ball screw.

従って、式９より、第９図に示すブロックが導かれる。Therefore, the block shown in FIG. 9 is derived from Equation 9.

次に、ボールネジに加わるトルクτ８、力ｆＬ、回転角
θ４、変位Ｘを用いて、ボールネジの達成する仕事Ｗを
求め、駆動力の変換式を求める。回転力によりなされる
仕事（よ次式で表される。Next, using the torque τ8 applied to the ball screw, the force fL, the rotation angle θ4, and the displacement X, the work W accomplished by the ball screw is determined, and a conversion formula for the driving force is determined. Work done by rotational force (expressed by the following equation)

ｗ　＝　Ｔ８ＱＬ　　　　　　　　　（式’　１　）一
方、位置変位によりなされる仕事は次式で表される。w = T8QL (Equation '1) On the other hand, the work done by positional displacement is expressed by the following equation.

Ｗ＝ｆｔＸ　　　　　　　　（式１２）従って、式１１
、式１２よりＷを消去し、ｆ　ｔを求めると、 ０Ｌ ｆＬ−￥−Ｔ８ となる。さらに、式１０を代入してＸ、ＯＬを消去する
。この結果、次の弐１３が得られる。W=ftX (Equation 12) Therefore, Equation 11
, by eliminating W from Equation 12 and finding f t, it becomes 0L fL-\-T8. Furthermore, by substituting Equation 10, X and OL are eliminated. As a result, the following 213 is obtained.

ｋ＝’　ＴＢ　　　　　　　（式１３）よって、ボール
ネジに発生するトルクτＢは、前記変換式１３により力
ｆ、に変換されることが導かれる。k=' TB (Equation 13) Therefore, it is derived that the torque τB generated in the ball screw is converted into a force f according to the conversion equation 13.

次に、ボールネジのピッチＰの逆数φを導入することに
より、前記式１３は次のように表される。Next, by introducing the reciprocal number φ of the pitch P of the ball screw, Equation 13 can be expressed as follows.

（９ｔ＝ΦＸ　　　　　　（式１４） ｆＬ−Φｒｅ　　　　　　　　　（式１５）そこで、式
Ｉ５に式８を代入してτ８を消去すると、ボールネジの
撓みにより慣性質量Ｍに加わる力ｆＬは次式で表される
ことになる。(9t= Φ become.

ｆＬ＝ΦＫ（（９−ＱＬ）（弐１６） この結果、前記式１６により第１０図に示すブロック図
が導かれる。fL=ΦK((9-QL)(216) As a result, the block diagram shown in FIG. 10 is derived from the above equation 16.

次に、慣性質量Ｍに着目して機械系１６Ａの運動方程式
を導く。Next, focusing on the inertial mass M, an equation of motion for the mechanical system 16A is derived.

これに式１６を代入すると、次式が導かれる。By substituting equation 16 into this, the following equation is derived.

この式１７の両辺をラプラス変換して、Ｘについて解く
。Both sides of Equation 17 are Laplace transformed and solved for X.

ＭＳ２Ｘ−φＫ（Ｏ−ＯＬ　）−ＤＬＳＸ（ＭＳ２＋Ｄ
ＬＳ）Ｘ＝φＫ（Ｑ−（９ｔ）これに式１４を代入し、
θＬを消去する。MS2X-φK(O-OL)-DLSX(MS2+D
LS)X=φK(Q-(9t)Substituting equation 14 into this,
Eliminate θL.

すなわち、 よって、前記式１８より、第１１図に示すブロック図が
導かれる。That is, the block diagram shown in FIG. 11 is derived from Equation 18 above.

次に、第８図乃至第１１図を合わせて不感帯を有するシ
ステムのブロック図を求める。Next, a block diagram of a system having a dead zone is obtained by combining FIGS. 8 to 11.

不感帯がボールネジのバックラッシュに起因するものと
し、ボールネジの剛性による伝達特性を第１２図のよう
に表す。ここで、Ｗは不感帯の幅を意味し、入力θ−θ
Ｌが不感帯をはずれた時（｜θ−θＬ１≧Ｗ／２）の線
形部分の傾きはボールネジのねしり剛性にで表される。It is assumed that the dead zone is caused by the backlash of the ball screw, and the transmission characteristics due to the rigidity of the ball screw are expressed as shown in FIG. Here, W means the width of the dead zone, and the input θ−θ
The slope of the linear portion when L is out of the dead zone (|θ-θL1≧W/2) is expressed by the torsional rigidity of the ball screw.

系の状態が不感帯の内部に入った時、ボールネジの発生
するトルクτ８が零となるので、駆動系１４Ａへのフィ
ードバックτ、およびＸからθＬへのフィードバックの
効果も零となり、駆動系と機械系は完全に分離される。When the state of the system enters the dead zone, the torque τ8 generated by the ball screw becomes zero, so the feedback τ to the drive system 14A and the feedback effect from X to θL also become zero, and the drive system and mechanical system are completely separated.

よって、求めるシステムのブロック図は第１３図のよう
に表される。Therefore, the block diagram of the desired system is expressed as shown in FIG.

不感帯はその不惑帯を生じる部分の両側の位置を観測す
ることによって検出することが出来る。ずなわち、ボー
ルネジやギヤのバックラッシュによって不感帯が生しる
場合は、駆動系１４Ａの角度θと機械系１６Ａの角度θ
１より不感帯を検出することが出来る。The dead zone can be detected by observing the positions on both sides of the part where the dead zone occurs. That is, if a dead zone occurs due to backlash of the ball screw or gear, the angle θ of the drive system 14A and the angle θ of the mechanical system 16A
1, it is possible to detect the dead zone.

駆動系１４Ａの角度θはモータに接続されたパルスジェ
ネレータ、インダクトシン（商標）、レゾルバ等の位置
センサによって検出される。The angle θ of the drive system 14A is detected by a position sensor such as a pulse generator, Inductosyn (trademark), or resolver connected to the motor.

同様に、機械系１６Ａの位置Ｘは移動テーブルなどに取
り付けられたインダクトシン（商標）、マグネスケール
等の位置センサによって検出される。従って、両者が共
に検出可能な場合には、変位に関する変換式（式１４）
θＬ−φＸを用いて機械系の位置Ｘをボールネジの回転
角度θ。Similarly, the position X of the mechanical system 16A is detected by a position sensor such as Inductosin (trademark) or Magnescale attached to a moving table or the like. Therefore, if both can be detected, the conversion formula for displacement (Equation 14)
Using θL-φX, the position X of the mechanical system is determined by the rotation angle θ of the ball screw.

に換算し、これとモータの回転角度θと比較すればよい
ことになる。第１２１Ｆに示すように、θとθＬの差の
絶対値がＷ／２以下の時は、不感帯の内部に在るものと
結論される。, and compare this with the rotation angle θ of the motor. As shown in No. 121F, when the absolute value of the difference between θ and θL is less than W/2, it is concluded that the object is within the dead zone.

このように、モータの回転角度θや機械系の位置Ｘが直
接検出可能な場合には容易に不感帯が検出されるわけで
あるが、センサがない場合あるいは角度や位置が直接検
出可能な場合にはモデルを用いてこれらの値をｔｌＩ定
しなければならない。In this way, if the rotation angle θ of the motor or the position X of the mechanical system can be directly detected, the dead zone can be easily detected. must define these values using a model.

すなわち、前記で導いた系のモデル第１３図に、既知の
変数（例えば、モータより発生されるトルクτ、等）を
入力してやることにより、駆動系の角度θや機械系の位
置Ｘが推定可能である。That is, by inputting known variables (for example, torque τ generated by the motor, etc.) into the model of the system derived above (Fig. 13), it is possible to estimate the angle θ of the drive system and the position X of the mechanical system. It is.

第１３図に示すモデルはオペアンプ等を用いてハードウ
ェアによっても実現出来るが、ここでは、ディジタルコ
ンピュータによって実現する場合の例を示す。Although the model shown in FIG. 13 can be realized by hardware using an operational amplifier or the like, an example in which it is realized by a digital computer will be shown here.

先ず、駆動系の角度の推定について説明する。First, estimation of the angle of the drive system will be explained.

機械系１６Ａに位置センサが取り付けられているものと
すると、前記機械系１６Ａの位置Ｘ、モータより発生す
るトルクτイが既知であるために第１３図より第１４図
のモデルが導かれる。Assuming that a position sensor is attached to the mechanical system 16A, the model shown in FIG. 14 is derived from FIG. 13 because the position X of the mechanical system 16A and the torque τ generated by the motor are known.

積分演算部分をデジタル化するため番こ、サンプラーと
零次ボールドを導入する。すなわち、第１５図において
、Ｔはサンプリングタイム、Ｚ、Ｏ，Ｈ，は零次ホール
ドである。In order to digitize the integral calculation part, we introduce a counter, sampler, and zero-order bold. That is, in FIG. 15, T is the sampling time, and Z, O, and H are zero-order holds.

そこで、第１５図のシステムに関して次式が成立する。Therefore, the following equation holds true for the system shown in FIG.

ここで、ＺはＺ変換系での複素変数、 ）（）はＺ変換を示す。Here, Z is a complex variable in the Z transformation system, )() indicates Z transformation.

この結果、次の式が導かれる。As a result, the following formula is derived.

故に、 ０（Ｚ）−Ｚ’Ｑ（Ｚ）＝　ＴＺ４ω（Ｚ）ここで、ｚ
　−１はサンプリングタイムＴに相当する時間遅れを意
味するので、次のように表される。Therefore, 0(Z)−Z'Q(Z)=TZ4ω(Z)where, z
Since -1 means a time delay corresponding to sampling time T, it is expressed as follows.

０ｋ−Ｏｋ−１＝Ｔωに−１ 故に、 Ｏｋ二〇に一１土工ωに−１（式２０）ここで、θＬは
時刻ＫＴ、（ｋ　＝Ｏ１１，２）・・・）におけるθ（
（）の値を意味する。0k-Ok-1=-1 to Tω Therefore, -1 to Ok20-11 earthwork ω (Equation 20) Here, θL is θ( at time KT, (k = O11, 2)...)
() means the value.

従って、第１４図のシステムは以下の漸化式で表される
。Therefore, the system of FIG. 14 is expressed by the following recurrence formula.

０Ｌｋ−１＝Φ×に−１（式２１） （式２２） Ｔｄｋ−４＝ＤＭωに−１（式２３） Ｔｋ−１＝　ＴＭｋｒｓｋ−１−ｒｄｋ−１（式２４）
Ｏｋ−〇ｂ−ｔ　＋　Ｔ（Ｌ）ｋ−１（式２６）式２１
乃至２６により駆動系１４Ａの角度θが推定される。0Lk-1=-1 to Φ× (Formula 21) (Formula 22) Tdk-4=-1 to DMω (Formula 23) Tk-1= TMkrsk-1-rdk-1 (Formula 24)
Ok-〇b-t + T(L)k-1 (Formula 26) Formula 21
to 26, the angle θ of the drive system 14A is estimated.

次に、機械系１６Ａの位置の推定について説明する。Next, estimation of the position of the mechanical system 16A will be explained.

駆動系１４Ａには位置センサが取り付けられているもの
とすると、駆動系１４Ａの角度θが既知であるので、第
１６図に示すモデルにより機械系１６Ａの位置Ｘが推定
される。Assuming that a position sensor is attached to the drive system 14A, since the angle θ of the drive system 14A is known, the position X of the mechanical system 16A can be estimated using the model shown in FIG.

前記の場合と同様に、第１６図のシステムは以下の漸化
式で表される。As in the previous case, the system of FIG. 16 is expressed by the following recurrence formula.

（９Ｌｋ−１＝φＸｋ−１（式２７） ｆＬｋ−１＝Φτ８に−１（式２９） ｆｄｅ、−１＝　ＤＬＺ／に−４（弐３０）毎−１＝ｆ
Ｌｈ−１−ｆｄｋ−ｓ　　　　（式３１）Ｘｂ＝Ｘｋ−
１＋Ｔｖｌ−ｔ　　　　　（式３３）従って、弐２７乃
至３３により機械系１６Ａの位置Ｘが推定される。(9Lk-1 = φXk-1 (Formula 27) fLk-1 = -1 for Φτ8 (Formula 29) fde, -1 = DLZ / -4 (230) every -1 = f
Lh-1-fdk-s (Formula 31) Xb=Xk-
1+Tvl-t (Formula 33) Therefore, the position X of the mechanical system 16A is estimated from 227 to 33.

次に、駆動系１４Ａおよび機械系１６Ａからのフィード
バック信号によってフイードノイ・ツク制御を行う場合
のブロック図を第１７図に示す。Next, FIG. 17 shows a block diagram when feed noise control is performed using feedback signals from the drive system 14A and the mechanical system 16A.

ここで、 指令値を駆動系の角度に相当する量θ１、操作量をモー
タから発生するトルクｒＨ１制御量を駆動系の角度θＬ 応答を機械系の位置Ｘ、 駆動系からのフィードバックを角度θと角速度ω、 機械系からのフィードバックを位置Ｘと速度υとすると
、 補償系１２Ａは、第１８図で表される。Here, the command value is the amount θ1 corresponding to the angle of the drive system, the manipulated variable is the torque rH1 generated by the motor, the control amount is the drive system angle θL, the response is the mechanical system position X, and the feedback from the drive system is the angle θ. Assuming that the angular velocity ω is the position X and the velocity υ are the feedback from the mechanical system, the compensation system 12A is shown in FIG.

ここで、 θＬは角度指令値、 θ。は角度誤差、 ω、は角速度指令値、 ω、は角速度誤差、 ＧＰは位置ループゲイン、 Ｇ８は速度ループゲインである。here, θL is the angle command value, θ. is the angle error, ω is the angular velocity command value, ω is the angular velocity error, GP is position loop gain, G8 is the velocity loop gain.

一方、ＰＩＤ制御を併用する場合は、位置または速度ル
ープゲインの代わりに第１９図に示す系を用いればよい
。On the other hand, when PID control is used in combination, the system shown in FIG. 19 may be used instead of the position or velocity loop gain.

ここで、ｋ、は比例制御定数、 ｋ、は積分制御定数、 ｋｌは微分制御定数である。Here, k is a proportional control constant, k is an integral control constant, kl is a differential control constant.

なお、第１９図の伝達関数は次式で表される。Note that the transfer function in FIG. 19 is expressed by the following equation.

ω１−（ｇ＋ｓ看−＋）＝Ｋｐ（１＋”＋ＫｄＳ）Ｏｅ
（ｓｚ＋＝ｔωｅ）（式３４） そこで、第１８図および第１９図に示した補償系を用い
ることによって、システムはフィードバック制御される
。この場合、不感帯が存在する際の制御を一層効果的な
ものとするため、本発明方法ではさらに以下の系が導入
される。ω1-(g+s-+)=Kp(1+"+KdS)Oe
(sz+=tωe) (Formula 34) Therefore, the system is feedback-controlled by using the compensation system shown in FIGS. 18 and 19. In this case, in order to make the control even more effective when a dead zone exists, the following system is further introduced in the method of the present invention.

（１）不感帯検出系　２ＯＡ （２）　　フィードバック選択系　２２Ａ（３）　　パ
ラメータ調節系　２４ （４）指令値演算系　１０Ａ これらの（１１乃至（４１系を用いた制御について以下
に詳細に説明する。(1) Dead band detection system 2OA (2) Feedback selection system 22A (3) Parameter adjustment system 24 (4) Command value calculation system 10A Control using these (11 to (41) systems will be described in detail below.

ボールネジやギヤのバンクラッシュに起因する不感帯で
は、通常、加速中や減速中に制御量θと応答Ｘ、すなわ
ち、θＬの差が不感帯の幅Ｗを超えるため系の状態が線
形領域に入り、不惑帯による影響はなくなる。一方、定
常速度で移動中も摩擦による速度の減少を補償するため
に常に加速制御するので、加速中と同様に考えることが
可能である。従って、不感帯が問題になるのは、移動方
向が変わったり、加速から減速に転した場合と言える。In a dead zone caused by bank lash in a ball screw or gear, the difference between the controlled variable θ and the response The influence of the belt disappears. On the other hand, even when moving at a steady speed, acceleration control is always performed to compensate for the decrease in speed due to friction, so it can be considered in the same way as during acceleration. Therefore, it can be said that the dead zone becomes a problem when the direction of movement changes or when there is a change from acceleration to deceleration.

そこで、このような場合に、所望の応答を得るために、
駆動系１４Ａや機械系１６Ａになるべく衝撃を与えない
ように滑らかにしかも出来る限り速く不感帯を脱出する
ことが好ましい。Therefore, in order to obtain the desired response in such a case,
It is preferable to escape from the dead zone as smoothly and as quickly as possible so as to minimize impact on the drive system 14A and mechanical system 16A.

そこで、定常速度で移動後、減速する場合を例に制御方
法を説明する（第２０図ａ、ｂ参照）。Therefore, the control method will be explained by taking as an example the case where the robot moves at a steady speed and then decelerates (see FIGS. 20a and 20b).

図において、 （１１時刻ｔ１までは定常速度で移動しでいる。In the figure, (It continues to move at a steady speed until time t1.

機械系１６Ａも駆動系１４Ａと同じ速度（ω−ωハにな
るが、機械系１６Ａは摩擦力により絶えず減速しようと
する。従って、これに打ち勝って定常速度を維持するた
め、駆動系１４Ａは機械系１６ＡよりもＷ／２だけ回転
が進み、不感帯からはずれた状態が保たれる。The mechanical system 16A also has the same speed (ω-ωc) as the drive system 14A, but the mechanical system 16A constantly tries to decelerate due to frictional force. Therefore, in order to overcome this and maintain a steady speed, the drive system 14A The rotation is advanced by W/2 compared to the system 16A, and the state is maintained outside the dead zone.

（２）時刻１．で減速が指令されると、駆動系１４Ａは
可能な限り速く減速する。先行していた駆動系１４Ａの
θが減速するので、機械系＋６Ａのθ。(2) Time 1. When deceleration is commanded, the drive system 14A decelerates as quickly as possible. The θ of the preceding drive system 14A is decelerated, so the θ of the mechanical system +6A.

との差θ−θ１はＷ／２よりも小さくなり、不感帯の内
部に入る。よって、駆動系１４Ａから機械系１６Ａへの
動力の伝達はなくなり、ｖｓ械系１６Ａは自由運動する
ことになる。結局、機械系１６Ａの角速度ω、は摩擦力
によって徐々に減速する。The difference θ-θ1 between the two is smaller than W/2 and falls within the dead zone. Therefore, power is no longer transmitted from the drive system 14A to the mechanical system 16A, and the mechanical system 16A moves freely. As a result, the angular velocity ω of the mechanical system 16A gradually decelerates due to the frictional force.

（３）次いで、θＬとθの前後関係が逆転し、θ。(3) Next, the relationship between θL and θ is reversed, and θ.

がθに先行する。θとθＬの差θ−θ１が＝Ｗ／２に達
する前の時刻ｔ２において、駆動系１４Ａと機械系１６
Ａとが激しく衝突しないように、駆動系１４Ａの角速度
ωを機械系１６Ａの角速度ωＬに漸近させる。precedes θ. At time t2 before the difference θ-θ1 between θ and θL reaches = W/2, the drive system 14A and the mechanical system 16
The angular velocity ω of the drive system 14A is asymptotically approached to the angular velocity ωL of the mechanical system 16A to prevent violent collision between the drive system 14A and the mechanical system 16A.

（４）　　さらに、時刻ｔ３においては、駆動系１４Ａ
と機械系１６Ａの角速度ωとω、を一致させると共に、
両者の角度差θ−θＬが丁度−Ｗ’／２に等しくなるよ
うにし、駆動系１４Ａと機械系＋６Ａとを再び接触させ
る。(4) Furthermore, at time t3, the drive system 14A
While matching the angular velocities ω and ω of the mechanical system 16A,
The angular difference θ-θL between the two is made to be exactly equal to -W'/2, and the drive system 14A and the mechanical system +6A are brought into contact again.

（５）駆動系１４Ａを所定の速さで減速させ、機械系１
６Ａの位置θＬを所望の位置に制御する。この間、両者
の位置の差θ−θＬは−Ｗ／２に保たれ、両者の速度ω
およびω、は常に等しくなる。(5) The drive system 14A is decelerated at a predetermined speed, and the mechanical system 1
Control the position θL of 6A to a desired position. During this time, the difference between their positions θ−θL is maintained at −W/2, and their speed ω
and ω are always equal.

フィードバック選択系２２Ａは前記のような制御方法を
実現するために、次のような制御を行つ０ １１１　　定常速度制御時（時刻０より時刻ｔ１まで）
は、セミクローズドループ制御またはフルクローズドル
ープ制御を行う。位置精度が必要でなく、移動速度だけ
が問題になる場合は、駆動系１４Ａからのフィードバッ
クを用いて、セミクローズドループ制御を行う（第２１
図ａ参照）。これにより、機械系１６Ａが制御ループ内
に含まれないため、安定した制御が達成され、また、速
度変動等をもたらす外乱に対しても速やかに応答する制
御が実現される。In order to realize the control method described above, the feedback selection system 22A performs the following control. 0 111 During steady speed control (from time 0 to time t1)
performs semi-closed loop control or full closed loop control. If positional accuracy is not required and only the moving speed is an issue, semi-closed loop control is performed using feedback from the drive system 14A (21st
(see figure a). As a result, since the mechanical system 16A is not included in the control loop, stable control is achieved, and control that quickly responds to disturbances that cause speed fluctuations and the like is realized.

移動軌跡等時々刻々変化する位置や位置決め等を含む位
置制御が必・要な場合は、機械系１６Ａからのフィード
バック信号を用いてフルクローズドループ制御を行う（
第２１図す参照）。If position control including positioning or positioning that changes from time to time, such as a movement trajectory, is required, full closed loop control is performed using the feedback signal from the mechanical system 16A (
(See Figure 21).

（２）時刻【１からｔ３までの間は不感帯の内部に入る
ので、駆動系＋４Ａからのフィードバック信号を用いて
、セミクローズ１′ループ制御を行う。また、機械系１
６Ａは制御出来ない状態であるので、自由運動すること
になる。(2) Since the period from time [1 to t3 is inside the dead zone, semi-closed 1' loop control is performed using the feedback signal from the drive system +4A. Also, mechanical system 1
Since 6A is in an uncontrollable state, it will move freely.

（３）時刻ｔ、以後も（１１と同様に、セミクローズド
ループ制御またはフルクローズドループ制御を行う。減
速後位置決めを行う場合はフルクローズドループ制御に
なる。(3) From time t onwards, semi-closed loop control or full closed loop control is performed as in (11). When positioning is performed after deceleration, full closed loop control is performed.

従って、前記（１）乃至（３）の制御プロセスによりフ
ィードバック選択系２２Ａでは、不感帯検出系２ＯＡか
らの情報をもとに次の制御を行う。Therefore, according to the control processes (1) to (3) above, the feedback selection system 22A performs the following control based on the information from the dead zone detection system 2OA.

■　不感帯の内部に在る時は、駆動系１４Ａからのフィ
ードバック信号を選択し、セミクローズドループ制御を
行う。- When it is inside the dead zone, the feedback signal from the drive system 14A is selected and semi-closed loop control is performed.

■　不感帯の外部に在る時は、制御目的に応じて、駆動
系１４Ａあるいは機械系１６Ａからのフィードバック信
号を選択し、セミクローズドループ制御あるいはフルク
ローズドループ制御を行う。(2) When it is outside the dead zone, the feedback signal from the drive system 14A or the mechanical system 16A is selected depending on the control purpose, and semi-closed loop control or full closed loop control is performed.

次に、パラメータ調節系２４について説明する。Next, the parameter adjustment system 24 will be explained.

不感帯の存在により機械系＋６Ａの特例が非線形に変化
するので、これに対応して補償系のパラメータを動的に
調整し、常に、最適な特１りが得られるようにする。す
なわち、 ｆｉｌ　　不感帯の内部番こ在る時は、前記のように、
駆動系１４Ａからのフィードバック信号によるセミクロ
ーズドループ制御を行う。従って、第４図および第１８
図より第２２図に示すセミクローズドループ制御用のブ
ロック図が導かれる。Since the mechanical system +6A special case changes non-linearly due to the presence of the dead zone, the parameters of the compensation system are dynamically adjusted in response to this, so that the optimum special case can always be obtained. That is, when there is an internal number of fil dead zone, as mentioned above,
Semi-closed loop control is performed using a feedback signal from the drive system 14A. Therefore, FIGS. 4 and 18
From the figure, a block diagram for semi-closed loop control shown in FIG. 22 is derived.

そこで、次式（式３５）および第２２図より次の関係が
成立する。Therefore, from the following equation (Equation 35) and FIG. 22, the following relationship is established.

故に、 （式３６） よって、セミクローズドループ制御の伝達関数Ｗｓ（Ｓ
）は次式で表される。Therefore, (Equation 36) Therefore, the transfer function Ws(S
) is expressed by the following formula.

従って、システムが安定して作用するためのパラメータ
の範囲は、特性多項式Ｆ、（Ｓ）の根が全てＳの左半平
面に存在する条件より、次のように導かれる。Therefore, the range of parameters for the stable operation of the system is derived from the condition that all roots of the characteristic polynomial F, (S) exist in the left half plane of S, as follows.

Ｆｓ（Ｓ）＝ＪＳ２＋（ＤＭ＋Ｇｓ）Ｓ＋ＧｐＧｓ　　
　（式３９）ここで、ＣＰ　、　Ｇｓ　、’ＤＨ１Ｊは
全て常に１値であるので、（式４０）の条件は常に成立
する。Fs(S)=JS2+(DM+Gs)S+GpGs
(Formula 39) Here, since CP, Gs, and 'DH1J are all always 1 value, the condition of (Formula 40) is always satisfied.

従って、セミクローズドループ制御は常に安定している
ことは容易に諒解されよう。Therefore, it is easily understood that semi-closed loop control is always stable.

さらに、制御量が振動せずに、速や力弓こ収束する条件
は、特性多項式Ｆｓ（Ｓ）の根が全てＳの負の実軸上に
存在する条件により、次のように導かれる。Furthermore, the conditions for speed and force convergence without oscillation of the control amount are derived as follows based on the condition that all roots of the characteristic polynomial Fs(S) exist on the negative real axis of S.

（ＤＭ＋ＧＳ）２−４ＪＧＰＧＳ’：＞○　　（式４１
）ここで、粘性摩擦計数り、４が無視出来る程小さい場
合には、位置ループゲインＧＰと速度ループゲインＧ、
の間に、次の関係が成立すればよい。(DM+GS)2-4JGPGS':>○ (Formula 41
) Here, if the viscous friction coefficient 4 is negligibly small, the position loop gain GP and velocity loop gain G,
The following relationship should be established between them.

Ｇｓ　　Ｉ Ｇｐ＜４Ｊ〜−４ωＣ（弐４２） なお、この場合、ωｃ　−Ｇｓ／Ｊ４よセミクローズド
ループ系のカットオフ周波数である。Gs I Gp<4J~-4ωC (242) In this case, ωc - Gs/J4 is the cutoff frequency of the semi-closed loop system.

従って、位置ループゲインはカットオフ周波数の１／４
以下であることが好ましく、また、この時、機械系の応
答は自由運動になり、機械系１６Ａの伝達関数Ｗｏ（Ｓ
）は式６により、−双＝　１ ＷＯ（Ｓ）−ｆＬＭｓ＋ＤＬ（式４３）と表され、安定
した一次遅れであることが示される。Therefore, the position loop gain is 1/4 of the cutoff frequency.
In this case, the response of the mechanical system becomes free motion, and the transfer function Wo(S
) is expressed by Equation 6 as −bi=1 WO(S)−fLMs+DL (Equation 43), which indicates that it is a stable first-order lag.

（２）不感帯の外部に在る時は、セミクＩ：］−ズドル
ーブ制御あるいはフルクローズドループ制御のいずれか
が選択されるので、こ、二ではフルクローズドループ制
御について説明する。(2) When the sensor is outside the dead zone, either semik I:]-Zdrube control or full closed loop control is selected, so in this section, full closed loop control will be explained.

第１３図および第１８図によってフルクローズドループ
制御を示すプロ・ツク図（第２３図）が導かれる。A program diagram (FIG. 23) showing full closed loop control is derived from FIGS. 13 and 18.

この第２３図によって次の関係式が得られる。From this FIG. 23, the following relational expression can be obtained.

Ｔ８＝　Ｋ（ｆ９−ＯＬ） よって・ ＴＨ二Ｇｓ（ωｒ−Φυ） よって、 ωｒ＝Ｇｐ（１９ｒ−ヴ） （式４９） 式４６乃至４９より、 （弐５０） となる。従って、フルクローズドループ制御の伝達関数
Ｗ　、　（Ｓ）は次代で表される。T8=K(f9-OL) Therefore, TH2Gs(ωr-Φυ) Therefore, ωr=Gp(19r-V) (Equation 49) From Equations 46 to 49, (250). Therefore, the transfer function W, (S) of full closed loop control is expressed by the following equation.

結局、システムが安定するためのパラメータの範囲は特
性多項式Ｆｆ（Ｓ）により、次のように導かれる。In the end, the parameter range for the system to be stable is derived from the characteristic polynomial Ff(S) as follows.

［ｆ（Ｓ）＝ＪＭＳ’＋ＪＤＬＳ’＋　Ｋ（Φ２Ｊ＋Ｍ
）Ｓ２＋Ｋ（ＤｕＧｓΦ２）Ｓ　＋Ｇ　ｐＧｓ　Ｋ４１
Ｊ（式５２） ％式％） 条件は、特性多項式１”ｒ（Ｓ）を Ｆｌ（Ｓ）＝Σα１Ｓｎ−’ と表すことにより、次のように導かれる。[f(S)=JMS'+JDLS'+K(Φ2J+M
)S2+K(DuGsΦ2)S+G pGs K41
J (Formula 52) %Formula%) The conditions are derived as follows by expressing the characteristic polynomial 1''r(S) as Fl(S)=Σα1Sn-'.

■　α０α１（α１α２−αα３）〉Ｏこれは式５３の
条件と等しい。■ α0α1(α1α2−αα3)〉OThis is equivalent to the condition of Equation 53.

α０（α１α２−α０α３）（α１α２α３−α１α４
−α０αｘ）〉０これは弐５３、式５４と等しい。α0(α1α2-α0α3)(α1α2α3-α1α4
−α0αx)〉0This is equivalent to 253 and Equation 54.

■α０α４（α、α２α３−ａ：α４−α０α星）２＞
０これは常に成立する。■α0α4 (α, α2α3-a: α4-α0α star) 2>
0 This is always true.

よって、セミクローズドループ制御は安定ならば常に振
動せずに収束することが諒解されよう。Therefore, it can be understood that if the semi-closed loop control is stable, it will always converge without oscillation.

以上、ｉｌｌ、（２）で示したように、セミクローズド
ループ制御とフルクローズドループ制御では、補償系の
パラメータの取り得る範囲が異なる。As shown above in (2), the possible ranges of compensation system parameters are different between semi-closed loop control and fully closed loop control.

従って、不感帯が検出され、制御方式が換えられた時は
、パラメータ調節系によって補償系のパラメータが最適
なものに調節される。Therefore, when a dead zone is detected and the control method is changed, the parameters of the compensation system are adjusted to optimal values by the parameter adjustment system.

また、速度制御を目的とする場合は、位置制御のための
位置フィードバックループが不要になるので、この場合
にも、パラメータの変更が必要になる。Furthermore, if the purpose is speed control, a position feedback loop for position control is not required, so parameters need to be changed in this case as well.

次に、指令値演算系１０Ａについて説明する。Next, the command value calculation system 10A will be explained.

前記した制御方法で示したように、不感帯の内部に入っ
た時は、駆動系１４Ａ系をセミクローズドループ制御で
急加減速し、迅速に不感帯から脱出するように制御する
必要がある。以下、この間の制御に必要な指令値を作り
出す指令値演算系１０Ａについて述べる。As shown in the above control method, when the vehicle enters the dead zone, it is necessary to rapidly accelerate and decelerate the drive system 14A using semi-closed loop control to quickly escape from the dead zone. The command value calculation system 10A that generates command values necessary for control during this period will be described below.

（１）　　分配により加減速制御を行う場合、先ず、不
感帯の内部に在る時の駆動系１４Ａの制御量θと機械系
１６Ａの応答θＬを比較し、有効な制御の可能性を調べ
る。(1) When performing acceleration/deceleration control by distribution, first compare the control amount θ of the drive system 14A when it is inside the dead zone with the response θL of the mechanical system 16A to check the possibility of effective control.

不感帯の内部に入り、自由運動となった時の機械系１６
Ａの応答は、式４４で外力ｆＬをステップ入力とした場
合に相当する。Mechanical system 16 when it enters the dead zone and becomes free motion
The response of A corresponds to the case where the external force fL is a step input in Equation 44.

式５６より、機械系１６υの応答υ（１）は第２４図で
表される。From Equation 56, the response υ(1) of the mechanical system 16υ is expressed as shown in FIG.

同様に、駆動系の制御量ω（１）は、式３６よりと表さ
れる。ここで、駆動系１４Ａの粘性摩擦係、　数ＤＭが
無視出来る程小さいとすると、ω（１）は次のように導
かれる。Similarly, the control amount ω(1) of the drive system is expressed by Equation 36. Here, assuming that the viscous friction coefficient DM of the drive system 14A is negligibly small, ω(1) is derived as follows.

前記式５８より、駆動系１４Ａの制御量ω（【）は第２
５図で表される。From Equation 58 above, the control amount ω([) of the drive system 14A is the second
This is shown in Figure 5.

よって、駆動系１４Ａの時定数１／ωｃ　＝　Ｊ　／　
ｃ　ｓに比較して機械系１６Ａの時定数Ｍ　／　Ｄ　ｔ
が十分に大きく、且つ不惑帯内にとどまる時間が極く短
ければ、機械系１６Ａの自由運動による速度の減衰は無
視出来ると考えられる。Therefore, the time constant of the drive system 14A is 1/ωc = J/
The time constant M/D t of the mechanical system 16A compared to c s
If is sufficiently large and the time it stays in the dead zone is extremely short, it is considered that the attenuation of the speed due to the free movement of the mechanical system 16A can be ignored.

そこで、駆動系１４Ａの加減速を直線加減速で行うもの
として、第２６図ａおよび第２６図すに示す制御を検討
する。Therefore, the control shown in FIGS. 26a and 26s will be considered, assuming that the drive system 14A is accelerated and decelerated in a linear manner.

時間Ｔ＝ｔ、−ｔ、のθＬの移動量は、１９Ｌ（ｂ）−
０Ｌ（１１）二ωＬＴ　　　　　　（式５９）となる。The amount of movement of θL at time T=t, -t is 19L(b)-
0L(11)2ωLT (Formula 59).

一方、θの移動量は、加速度をαとして、 に等しくなのるで、次式が成立する。On the other hand, the amount of movement of θ is given by α, The following equation holds true.

従って、不惑帯の幅Ｗと加速度αを式６２に代入して時
間Ｔを求め、Ｔ／２時間減速し、Ｔ／２時間加速すれば
よいことになる。Therefore, by substituting the width W of the fuwaza zone and the acceleration α into Equation 62 to find the time T, it is sufficient to decelerate for T/2 hours and accelerate for T/2 hours.

すなわち、速度制御、位置制御の場合の指令値演算系は
、夫々次の■速度制御、■位置制御のように導かれる。That is, the command value calculation systems for speed control and position control are derived as shown in the following (1) speed control and (2) position control, respectively.

■　速度制御の場合の補償系は、第２７図のように表さ
れる。ここで、ω４は速度の目標値である。(2) The compensation system for speed control is expressed as shown in FIG. Here, ω4 is the target value of speed.

従って、指令値ω、は次式で与えられる。Therefore, the command value ω is given by the following equation.

■位置制御 位置制御の場合はＤＤ八によりサンプリング時間毎の移
動量を分配することになるので、補償系１２ａは第２８
図のように表される。ここで、θ４は位置の目標値であ
る。通常の→ノ゛−ボでは、位置の目標値θＬもサンプ
リング時間毎の位置の増分を累積したもので与えられる
ので、指令値θＬは次式で与えられる。■Position Control In the case of position control, the amount of movement for each sampling time is distributed by DD8, so the compensation system 12a is
It is represented as shown in the figure. Here, θ4 is the target value of the position. In a normal → node, the target position value θL is also given by the accumulation of position increments for each sampling time, so the command value θL is given by the following equation.

Ｏｒ　＝　（９ｄ−ω「 （２）　　ステップ入力により制御を行う場合速度指令
を分配によらずステップ入力により行う場合には、速度
の指令値ω、は次式で与えられる。Or = (9d-ω" (2) When performing control by step input When the speed command is performed by step input without distribution, the command value ω of the speed is given by the following equation.

また、時間Ｔ＝Ｌｘ　　Ｌ＋は次式で与えられる。Further, the time T=Lx L+ is given by the following equation.

ω［＊Ｔ＝Ｗ 従って、この場合の制御は、第２９図ａ、ｂのようにな
る。ω[*T=W Therefore, the control in this case is as shown in FIGS. 29a and 29b.

また、位置指令値の変更を分配によらずステップ入力で
行う場合には、指令値は次式によって与えられる。Furthermore, when changing the position command value by step input without distribution, the command value is given by the following equation.

Ｑｒ　＝　Ｑｄ　−Ｗ　　　　　　　　（弐６７）ここ
で、１＝１．以前では、目標値θ４には制御量θΦ値、
すなわち、θＬ＋Ｗ／２が分配されているものとする。Qr = Qd -W (267) Here, 1=1. Previously, the target value θ4 included the control amount θΦ value,
That is, it is assumed that θL+W/2 is distributed.

従って、この場合の制御は第３０図ａ、ｂのようになる
。Therefore, the control in this case is as shown in FIGS. 30a and 30b.

以上説明したように本発明によれば、適切な指令値を指
令値演算系で求め、補償系のパラメータをパラメータ調
節系により調節し、系の状態を不感帯検出系により検出
し、この検出出力に基づいてフィードバック信号をフィ
ードバック選択系で選択することにより、不感帯の影響
に対処した制御が行われ、精度の高い迅速且つ確実な制
御がなされる効果が得られる。As explained above, according to the present invention, an appropriate command value is determined by the command value calculation system, parameters of the compensation system are adjusted by the parameter adjustment system, the state of the system is detected by the dead zone detection system, and the detected output is By selecting the feedback signal based on the feedback selection system, control is performed that takes into account the influence of the dead zone, and the effect of highly accurate, quick, and reliable control can be obtained.

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various improvements and changes in design can be made without departing from the gist of the present invention. Of course.

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

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示すブロック図、第３図、第５図
および第７図は本発明の一実施例の作用説明に供する運
動系を示す等価回路、第４図、第６図、第８図乃至第１
１図、第１３図乃至１９図、第２１図ａ、第２１図ｂ、
第２２図、第２３図、第２７図および第２８図は本発明
の一実施例の作用説明に供するブロック図、第１２図、
第２０図ａ、第２０図ｂ、第２４図、第２５図、第２６
図ａ、第２６図ｂ、第２９図ａ１第２９図ｂ、３０図ａ
および３０図すは本発明の一実施例の作用説明に供する
線図である。 １０、ＩＯＡ・・・指令値演算系 １２・・・前向き補償系　　　１２Ａ・・・補償系１４
・・・モータ　　　　　　１４Ａ・・・駆動系１６．１
６Ａ・・・機械系　　　１８・・・後向き補償系２０・
・・検出系　　　　　　２ＯＡ・・・不感帯検出系２２
Ａ・・・フィードバック選択系 ２４・・・パラメータ調節系FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the present invention, and FIGS. 3, 5, and 7 are operation diagrams of one embodiment of the present invention. Equivalent circuits showing the motor system for explanation, Figures 4, 6, 8 to 1
Figure 1, Figures 13 to 19, Figure 21a, Figure 21b,
22, 23, 27, and 28 are block diagrams for explaining the operation of an embodiment of the present invention;
Figure 20a, Figure 20b, Figure 24, Figure 25, Figure 26
Figure a, Figure 26 b, Figure 29 a1 Figure 29 b, Figure 30 a
FIGS. 30 and 30 are diagrams for explaining the operation of an embodiment of the present invention. 10, IOA... Command value calculation system 12... Forward compensation system 12A... Compensation system 14
...Motor 14A...Drive system 16.1
6A... Mechanical system 18... Rearward compensation system 20.
...Detection system 2OA...Dead zone detection system 22
A...Feedback selection system 24...Parameter adjustment system

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）機械系を駆動する駆動系または／および機械系か
らのフィードバック量により、または、フィードバック
量が直接得られない時は数学モデルによってフィードバ
ック量を推定することにより不感帯を検出し、前記フィ
ードバック量によりフィードバック系を選択して制御方
式を切り替え、制御方式の切り替えおよび機械系が不感
帯内に入っているか否かの状態に応じて補償系のパラメ
ータを調整し、切り替えられた制御方式および検出不感
帯の内外によって補償系の供給する指定値を演算するこ
とを特徴とする不感帯を有する機械系の制御方法。(1) The dead zone is detected by the feedback amount from the drive system and/or the mechanical system that drives the mechanical system, or by estimating the feedback amount using a mathematical model when the feedback amount cannot be directly obtained, and the feedback amount is to select the feedback system and switch the control method, adjust the parameters of the compensation system according to the switching of the control method and the state of whether the mechanical system is within the dead zone, and adjust the parameters of the switched control method and detection dead zone. A control method for a mechanical system having a dead zone, characterized in that a designated value supplied by a compensation system is calculated based on internal and external values. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、不感
帯は駆動系の角度θと機械系の角度θ＿Ｌの差と不感帯
の幅Ｗとから｜θ−θ＿Ｌ｜≦Ｗ／２の範囲内に在る時
、前記不感帯の内部に在ると判別してなる不感帯を有す
る機械系の制御方法。(2) In the method described in claim 1, the dead zone is determined within the range of |θ-θ_L|≦W/2 from the difference between the drive system angle θ and the mechanical system angle θ_L and the width W of the dead zone. A method for controlling a mechanical system having a dead zone, which determines that the dead zone exists when the dead zone exists. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法に
おいて、フィードバック選択系は定常速度制御時におい
て、駆動点から制御信号をフィードバックするセミクロ
ーズドループ制御または作用点から制御信号をフィード
バックするフルクローズドループ制御を選択して移動速
度の制御を行うことからなる不感帯を有する機械系の制
御方法。(3) In the method according to claim 1 or 2, the feedback selection system performs semi-closed loop control that feeds back a control signal from a driving point or feeds back a control signal from a point of action during steady speed control. A control method for a mechanical system having a dead zone, which comprises selecting full closed loop control to control the moving speed. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
載の方法において、フィードバック選択系は可変速度制
御時において、機械系からのフィードバック信号により
フルクローズドループ制御を選択して位置制御を行うこ
とからなる不感帯を有する機械系の制御方法。(4) In the method according to any one of claims 1 to 3, the feedback selection system selects full closed loop control based on the feedback signal from the mechanical system to control the position during variable speed control. A method for controlling a mechanical system having a dead zone, which comprises performing the following steps. （５）特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記
載の方法において、不感帯の内部に在る時は駆動系から
のフィードバック信号によりセミクローズドループ制御
を行うことからなる不感帯を有する機械系の制御方法。(5) The method according to any one of claims 1 to 4 has a dead zone in which semi-closed loop control is performed by a feedback signal from the drive system when the method is inside the dead zone. Mechanical system control method. （６）特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
載の方法において、パラメータ調節系は不感帯の内部に
在る時は駆動系からのフィードバック信号によるセミク
ローズドループ制御を行うことからなる不感帯を有する
機械系の制御方法。(6) In the method according to any one of claims 1 to 5, the parameter adjustment system performs semi-closed loop control using a feedback signal from the drive system when it is inside the dead zone. A method for controlling a mechanical system that has a dead zone. （７）特許請求の範囲第１項乃至第５項記載の方法にお
いて、パラメータ調節系は不感帯の外部に在る時は駆動
系からのフィードバック信号によるセミクローズドルー
プ制御またはフルクローズドループ制御のいずれかを選
択することからなる不感帯を有する機械系の制御方法。(7) In the method described in claims 1 to 5, when the parameter adjustment system is outside the dead zone, either semi-closed loop control or full closed loop control is performed using a feedback signal from the drive system. A control method for a mechanical system having a dead zone, which comprises selecting a dead zone.