JPH04312106A - サーボ制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボ制御方法に係り
、特に、制御対象を高精度に制御するためのサーボ制御
方法に関する

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械、製図機等の機械を制御す
る制御装置において、高精度の加工または作図を行うた
めには、制御対象を時間的に変化する目標値（加工位置
または作図位置のデータ）に、正しく追従させ、細かく
制御する操作量を生成する必要がある。

【０００３】このような制御装置のサーボ制御方法は、
予め設定された単位時間（制御装置の処理速度等で決め
られる。）毎に、目標値記憶部から入力される目標値と
、制御対象から帰還するフィードバック量との差を制御
偏差として求める。この制御偏差と単位時間当りの目標
値の移動量との和を制御動作信号として求める。この制
御動作信号を設定されたゲインにより増幅することによ
り操作量を生成し、この操作量により、制御対象を移動
させる。そして、ゲインを適切に設定することにより、
目標値に対して追従特性の良い操作量を生成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のサーボ制御
方法においては、ゲインの設定後も、温度や湿度の環境
変化、経時変化等により、制御装置を構成する電子部品
の特性が変化するため、追従特性も変化する。従って、
定期的に、ゲインを変更し、追従特性を調整する必要が
あった。本発明の目的は、追従特性の調整作業を自動化
し、一定の追従特性を維持するサーボ制御方法を提供す
るにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明のサーボ制御方法を用いた制御回路の構成を実
施例に対応する図１を用いて説明する。

【０００６】同図において、３は制御対象。Ａは変換部
で、制御対象３の移動量をフィードバック量Ｌｐ、とし
て出力する。Ｂはサーボ制御部で、目標値Ｌｉと、変換
部Ａから入力されるフィードバック量Ｌｐとの差を制御
偏差Ｌとして求め、制御偏差Ｌと、単位時間Ｔ当りの目
標値Ｌｉの移動量（Ｖｐ×Ｔ）との和を制御動作信号ｄ
として求め、制御動作信号ｄを設定されたゲインＧによ
り増幅して操作量Ｖｓとして求める演算機能を有し、単
位時間Ｔ毎に、操作量Ｖｓを出力し、操作量Ｖｓにより
制御対象３を移動させる。Ｃは演算制御部で、単位時間
Ｔ、ゲインＧ０（前回調整時のゲインＧ）、定常速度偏
差Ｋｖ（前回調整時の移動速度Ｖｐと制御偏差Ｌの比）
を記憶する機能と、単位時間Ｔ、ゲインＧ０、定常速度
偏差Ｋｖ、移動速度Ｖｐ及び制御偏差Ｌに基づいて、定
常速度偏差がＫｖとなるように、ゲインＧｖを算出する
機能を有し、サーボ制御部Ｂから単位時間Ｔ当りの目標
値Ｌｉの移動量（Ｖｐ×Ｔ）と制御偏差Ｌが入力され、
サーボ制御部ＢにゲインＧｖを設定する。

【０００７】

【作用】目標値Ｌｉの移動速度Ｖｐ、単位時間Ｔ、予め
設定された定常速度偏差Ｋｖ、現状のゲインＧ０、制御
偏差Ｌから新たに設定するゲインＧｖを算出する原理を
説明する。

【０００８】制御対象３が一定の速度Ｖで移動している
とき、目標値Ｌｉとフィードバック量Ｌｐとの差である
制御偏差Ｌは、 　　　　　　Ｌ＝Ｌｉ−Ｌｐ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（１）で求められる。制御偏差Ｌと
、単位時間Ｔ当りの移動量（Ｖｐ×Ｔ）との和である制
御動作信号ｄは、　　　　　　ｄ＝Ｌ＋Ｖｐ×Ｔ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　（２）で求められる
。制御動作信号ｄをゲインＧにより増幅した操作量Ｖｓ
は、 　　　　　　Ｖｓ＝Ｇ×ｄ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（３）で求められる。移動速度Ｖ
ｐと、制御偏差Ｌの比である定常速度偏差Ｋは、 　　　　　　Ｋ＝Ｖｐ／Ｌ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（４）で求められる。定数Ｍ（制
御対象３の駆動系と変換部Ａにより決まる定数）と操作
量Ｖｓと単位時間Ｔとの積である単位時間Ｔ当りのフィ
ードバック量Ｌｐは、　　　　　　Ｌｐ＝Ｍ×Ｖｓ×Ｔ
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）で求められ
る。制御対象３が一定の速度Ｖで移動しているとき、単
位時間Ｔにおける移動量（Ｖｐ×Ｔ）とフィードバック
量Ｌｐは等しいので、式（５）より　　　　　　Ｖｐ×
Ｔ＝Ｍ×Ｖｓ×Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）の
関係が成立する。式（６）より操作量Ｖｓは、　　　　
　　Ｖｓ＝Ｖｐ／Ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（７）で求められる。一方、式（４）より 　　　　　　Ｌ＝Ｖｐ／Ｋ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（８）の関係が成立する。そして
、式（２）に式（８）を代入すると、制御動作信号ｄは
、 　　　　　　ｄ＝Ｖｐ／Ｋ＋Ｖｐ×Ｔ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　（９）で求められる。式（３）は式（９）を
代入すると、操作量Ｖｓは、 　　　　　　Ｖｓ＝Ｇ×（Ｖｐ／Ｋ＋Ｖｐ×Ｔ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（１０）で求められる。式（１０）に式（７）を代入す
ると、移動速度Ｖｐと定数Ｍの比であるＶｐ／Ｍは 、　　　　Ｖｐ／Ｍ＝Ｇ×（Ｖｐ／Ｋ＋Ｖｐ×Ｔ）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１１
）で求められる。式（１１）より 　　　　　　Ｍ＝１／｛Ｇ×（１／Ｋ＋Ｔ）｝　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（１２）の関係が成立する。現状のゲインをＧ０、現
状の定常速度偏差をＫ０として式（１２）に代入すると
、　　　　　　Ｍ＝１／｛Ｇ０×（１／Ｋ０＋Ｔ）｝　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（１３）の関係が成立する。修正後のゲインをＧｖ
、予め設定された定常速度偏差をＫｖとして式（１２）
に代入すると、　　　　　　Ｍ＝１／｛Ｇｖ×（１／Ｋ
ｖ＋Ｔ）｝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（１４）の関係が成立する。式（１４）よ
り 　　　　　　Ｇｖ＝１／｛Ｍ×（１／Ｋｖ＋Ｔ）｝　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
１５）の関係が成立する。式（１５）に式（１３）を代
入すると、新たに設定するべきゲインＧｖは、 　　　　　　Ｇｖ＝Ｇ０×（１／Ｋ０＋Ｔ）／（１／Ｋ
ｖ＋Ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　　（１６）で
求められる。式（４）より現状の定常速度偏差Ｋ０は、 　　　　　　Ｋ０＝Ｖｐ／Ｌ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（１７）で求められる。式（１６
）に式（１７）を代入すると、ゲインＧｖは、 　　　　　　Ｇｖ＝Ｇ０×（Ｌ／Ｖｐ＋Ｔ）／（１／Ｋ
ｖ＋Ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　（１８）で求
められる。

【０００９】上記原理を用いて、動作を説明する。制御
対象３は、サーボ制御部Ｂから出力される操作量Ｖｓに
基づいて、移動する。変換部Ａは、制御対象３の移動量
をフィードバック量Ｌｐとしてサーボ制御部Ｂに出力す
る。制御対象３が一定の速度Ｖで移動しているとき、サ
ーボ制御部Ｂは、目標値Ｌｉと変換部Ａから入力される
フィードバック量Ｌｐに基づいて、操作量Ｖｓ、単位時
間Ｔ当りの移動量（Ｖｐ×Ｔ）及び制御偏差Ｌを求め、
操作量Ｖｓを駆動回路２に出力し、移動量（Ｖｐ×Ｔ）
と制御偏差Ｌを演算制御部Ｃに出力する。演算制御部Ｃ
は、記憶された単位時間Ｔ、ゲインＧ０及び定常速度偏
差Ｋｖ、サーボ制御部Ｂから入力される単位時間Ｔ当り
の移動量（Ｖｐ×Ｔ）と制御偏差Ｌを用いて、式（１８
）に示す演算を行い、ゲインＧｖを算出する。 　　　　　　Ｇｖ＝Ｇ０（Ｌ／Ｖｐ＋Ｔ）／（１／Ｋｖ
＋Ｔ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（１９）演
算制御部Ｃは、サーボ制御部ＢのゲインＧ０をゲインＧ
ｖに設定を変更する。　　以上述べたように、随時、ゲ
インＧｖを設定するようにしたので、追従特性の調整作
業が自動化され、一定の追従特性を維持することができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明のサーボ制御方法を用いた制御
回路の一実施例を図１と図２により説明する。

【００１１】図２は、縦軸を位置Ｍ、横軸を時間ｔとす
る。１はモータ。２は駆動回路で、モータ１を駆動する
。３は制御対象で、モータ１の回転により駆動される。 ４はエンコーダで、モータ１に結合され、モータ１の回
転に応じたパルスを発生する。５はカウンタで、エンコ
ーダ４から入力されるパルスの数を数え、図２に示すよ
うに、単位時間Ｔ毎に、フィードバック量Ｌｐとして出
力する。エンコーダ４とカウンタ５をまとめて変換部Ａ
という。

【００１２】６は目標値記憶部で、図２に示す各サンプ
ル時間における目標値Ｌｉが記憶されている。７は速度
生成部で、目標値記憶部６から目標値Ｌｉが入力され、
単位時間Ｔ毎に、移動量（Ｖｐ×Ｔ）を出力する。８は
減算器で、目標値記憶部６から目標値Ｌｉが、変換部Ａ
からフィードバック量Ｌｐが入力され、位置偏差Ｌを出
力する。９は加算器で、減算器８から位置偏差Ｌが、速
度生成部７から移動量（Ｖｐ×Ｔ）が入力され、制御動
作信号ｄを出力する。１０は増幅器で、単位時間Ｔ毎に
、加算器９から入力される制御動作信号ｄを予め設定さ
れたゲインＧで増幅し、操作量Ｖｓとして駆動回路２に
出力する。目標値記憶部６、速度生成部７、減算器８、
加算器９及び増幅器１０をまとめてサーボ制御部Ｂとい
う。

【００１３】１１はゲイン記憶部で、前回調整時に設定
されたゲインＧ０が記憶されている。１２は単位時間記
憶部で、単位時間Ｔが記憶されている。１３は定常速度
偏差記憶部で、定常速度偏差Ｋｖ（前回調整時の移動速
度Ｖｐと制御偏差Ｌの比）が記憶されている。１４は起
動信号出力部で、起動信号を出力する。１５は移動速度
設定部で、速度生成部７から移動量（Ｖｐ×Ｔ）が入力
され、この移動量（Ｖｐ×Ｔ）により移動速度Ｖｐが設
定される。１６は制御偏差設定部で、減算器８から入力
される制御偏差Ｌが設定される。１７はゲイン算出部で
、ゲイン記憶部１１、単位時間記憶部１２、定常速度偏
差記憶部１３、起動信号出力部１４、移動速度設定部１
５、制御偏差設定部１６に接続され、増幅器１０にゲイ
ンＧｖを設定する。ゲイン記憶部１１、単位時間記憶部
１２、定常速度偏差記憶部１３、起動信号出力部１４、
移動速度設定部１５、制御偏差設定部１６及びゲイン算
出部１７をまとめて演算制御部Ｃという。

【００１４】このような構成で、モータ１は、駆動回路
２から入力される操作量Ｖｓによって回転し、制御対象
３を移動させる。エンコーダ４は、モータ１の回転に応
じてパルスを出力する。カウンタ５は、エンコーダ４か
ら入力されるパルスの数を数え、制御対象３の位置に相
当するパルスの数をフィードバック量Ｌｐとして、単位
時間Ｔ毎に、減算器８に出力する。制御対象３が一定の
速度Ｖで移動しているとき、図２に示すように、サンプ
ル時間Ｔｎにおいて、目標値Ｌｉを速度生成部７と減算
器８に出力する。速度生成部７は、サンプル時間Ｔｎの
目標値Ｌｉが入力されると、単位時間Ｔ当りの移動量（
Ｖｐ×Ｔ）を加算器９と移動速度設定部１５に出力する
。減算器８は、サンプル時間Ｔｎにおいて、目標値記憶
部６から入力される目標値Ｌｉと、カウンタ５から入力
されるフィードバック量Ｌｐとの差を、制御偏差Ｌとし
て求め、制御偏差Ｌを加算器９と制御偏差設定部１６に
出力する。加算器９は、サンプル時間Ｔｎにおいて、減
算器８から入力される制御偏差Ｌと、速度生成部７から
入力される移動量（Ｖｐ×Ｔ）を加算し、制御動作信号
ｄを算出し、増幅器１０に出力する。増幅器１０は、加
算器９から入力された制御動作信号ｄを、前回設定され
たゲインＧ０により増幅し、算出した操作量Ｖｓを駆動
回路２に出力する。サンプル時間Ｔｎ＋１以降も、同様
の処理を繰り返す。

【００１５】ゲイン算出部１７は、起動信号出力部１４
からの起動信号が入力されると、ゲイン記憶部１１に記
憶されたＧ０、単位時間記憶部１２に記憶された単位時
間Ｔ、定常速度偏差記憶部１３に記憶された定常速度偏
差Ｋｖ、移動速度設定部１５に設定された移動速度Ｖｐ
、制御偏差設定部１６に設定された制御偏差Ｌを取込み
、　　　　　　Ｇｖ＝Ｇ０×（Ｌ／Ｖｐ＋Ｔ）／（１／
Ｋｖ＋Ｔ）の演算を行なって、ゲインＧｖを算出する。 ゲイン算出部１７は、増幅器１０に設定されたゲインＧ
０をゲインＧｖに変更すると共に、ゲイン記憶部１１に
記憶されたゲインＧ０をゲインＧｖに更新させる。

【００１６】以上述べたように、本実施例によれば、随
時、定常速度偏差Ｋｖが一定となるように、ゲインＧｖ
を設定するようにしたので、追従特性の調整作業が自動
化され、一定の追従特性を維持することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、定
常速度偏差が所定の値となるように、ゲインを設定する
ようにしたので、追従特性の調整作業が自動化され、一
定の追従特性を維持することができる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーボ制御方法を実施するための制御
回路のブロック図である。

【図２】本発明のサーボ制御方法を説明する特性図であ
る。

【符号の説明】

Ａ・・変換部　　　　　　Ｂ・・サーボ制御部　　　　
　　Ｃ・・演算制御部 ３・・制御対象

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　予め設定された単位時間毎に、目標値
   と、フィードバック量との差を制御偏差として求め、こ
   の制御偏差と単位時間当りの目標値の移動量との和を制
   御動作信号として求め、この制御動作信号を所定のゲイ
   ンにより増幅することにより操作量を求め、この操作量
   により制御対象を移動させ、この制御対象の移動量をフ
   ィードバック量として帰還させるサーボ制御方法におい
   て、上記目標値の移動速度を一定にして、上記制御対象
   を移動させ、上記目標値の移動速度と上記制御偏差の比
   である定常速度偏差が所定の値となるように上記ゲイン
   を設定するサーボ制御方法。