JPH04323706A - 予見繰り返し制御装置 - Google Patents
予見繰り返し制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械等に用いられ
るサーボモータの制御に関するもので、特に、所定周期
で繰り返される指令に非同期成分が含まれているような
指令に対しても、高精度の応答が可能となるサーボモー
タ制御方式に関する。
るサーボモータの制御に関するもので、特に、所定周期
で繰り返される指令に非同期成分が含まれているような
指令に対しても、高精度の応答が可能となるサーボモー
タ制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】サーボモータの制御において、所定周期
で同じパターンで繰返される指令に対し、制御偏差を零
に収束させ高い精度のモータ制御を行い加工精度を向上
させる方法として、繰り返し（学習）制御方式が用いら
れてる。
で同じパターンで繰返される指令に対し、制御偏差を零
に収束させ高い精度のモータ制御を行い加工精度を向上
させる方法として、繰り返し（学習）制御方式が用いら
れてる。
【０００３】図６は、上記繰り返し制御方式を適用した
サーボモータの制御における要部ブロック線図である。 図６において、ｒは速度指令、Ｅは該速度指令ｒと実際
の速度ωとの差である速度偏差、３０は速度ループ伝達
関数で、位置偏差を知るための積分器が加わった従来か
ら公知のようにＰＩ制御等を行うものである。そして、
繰り返しコントローラ２０が付加されており、該繰り返
しコントローラ２０は帯域制限フィルタ２１、所定周期
Ｍで繰返される１周期分のデータを記憶する遅れ要素２
２、及び、制御対象の位相遅れ、ゲイン低下を補償する
ための動特性補償要素２３で構成されている。
サーボモータの制御における要部ブロック線図である。 図６において、ｒは速度指令、Ｅは該速度指令ｒと実際
の速度ωとの差である速度偏差、３０は速度ループ伝達
関数で、位置偏差を知るための積分器が加わった従来か
ら公知のようにＰＩ制御等を行うものである。そして、
繰り返しコントローラ２０が付加されており、該繰り返
しコントローラ２０は帯域制限フィルタ２１、所定周期
Ｍで繰返される１周期分のデータを記憶する遅れ要素２
２、及び、制御対象の位相遅れ、ゲイン低下を補償する
ための動特性補償要素２３で構成されている。
【０００４】上記繰り返しコントローラ２０は所定サン
プリング周期ｔ毎に速度偏差Ｅに遅れ要素２２から出力
される１周期Ｍ前のサンプリング時のデータＥｍを加算
し、帯域制限フィルタ２１の処理を行って遅れ要素２２
にそのデータを格納する。遅れ要素２２はＱ（＝Ｍ／ｔ
）個のメモリを有し、１周期Ｍ分の各サンプリングデー
タを記憶できるようになっており、各サンプリング時に
は一番古いデータを出力するようになっている。即ち、
各サンプリング毎１番地シフトして０番地のメモリに入
力データを格納し、Ｑ−１番地のデータを出力する。そ
の結果、遅れ要素２２の出力は１周期Ｍ分遅れたサンプ
リングデータが出力される。そのため、周期Ｍで同一パ
ターンの速度指令ｒが与えられと、速度偏差Ｅと遅れ要
素２２の出力が加算されて、速度指令ｒのパターン上に
おいて同一位置のデータが補正データとして記憶される
こととなる。
プリング周期ｔ毎に速度偏差Ｅに遅れ要素２２から出力
される１周期Ｍ前のサンプリング時のデータＥｍを加算
し、帯域制限フィルタ２１の処理を行って遅れ要素２２
にそのデータを格納する。遅れ要素２２はＱ（＝Ｍ／ｔ
）個のメモリを有し、１周期Ｍ分の各サンプリングデー
タを記憶できるようになっており、各サンプリング時に
は一番古いデータを出力するようになっている。即ち、
各サンプリング毎１番地シフトして０番地のメモリに入
力データを格納し、Ｑ−１番地のデータを出力する。そ
の結果、遅れ要素２２の出力は１周期Ｍ分遅れたサンプ
リングデータが出力される。そのため、周期Ｍで同一パ
ターンの速度指令ｒが与えられと、速度偏差Ｅと遅れ要
素２２の出力が加算されて、速度指令ｒのパターン上に
おいて同一位置のデータが補正データとして記憶される
こととなる。
【０００５】また、遅れ要素２２の出力は動特性補償要
素２３で制御対象の位相遅れ、ゲイン以下が補償されて
、繰り返しコントローラ２０の出力ｙとして出力され、
該出力ｙが速度偏差Ｅに加算されて、この加算データに
よって速度ループ処理が実行される。
素２３で制御対象の位相遅れ、ゲイン以下が補償されて
、繰り返しコントローラ２０の出力ｙとして出力され、
該出力ｙが速度偏差Ｅに加算されて、この加算データに
よって速度ループ処理が実行される。
【０００６】その結果、所定周期Ｍで同一パターンの処
置が繰返され、あるサンプリング時において前周期で当
該サンプリング時に対応するサンプリング時の速度偏差
Ｅが大きな値の場合には、今周期においては、繰り返し
コントローラ２０から大きな値の出力ｙが出力され、速
度偏差に加算されることとなるから、速度ループ処理に
入力される速度偏差は大きく変り、実速度ωもそれに対
して変化するから、速度偏差Ｅはその値が零に収束する
ように修正されることになり、高精度のモータ制御が可
能となる（特開平２−３０７１０４号公報，特願平１３
１４１５４号，特願平２−１２４２５４号等参照）。
置が繰返され、あるサンプリング時において前周期で当
該サンプリング時に対応するサンプリング時の速度偏差
Ｅが大きな値の場合には、今周期においては、繰り返し
コントローラ２０から大きな値の出力ｙが出力され、速
度偏差に加算されることとなるから、速度ループ処理に
入力される速度偏差は大きく変り、実速度ωもそれに対
して変化するから、速度偏差Ｅはその値が零に収束する
ように修正されることになり、高精度のモータ制御が可
能となる（特開平２−３０７１０４号公報，特願平１３
１４１５４号，特願平２−１２４２５４号等参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図６に示すような、所
定周期Ｍで繰り返される指令に、この指令と同期するよ
うな成分である周波数ｆ＝ｋ／Ｍ（ｋ＝０，１，２，…
）が含まれている場合には、この繰り返し制御によって
高精度の応答が得られるが、非同期成分（周波数ｆ＝ｋ
／Ｍ、ただしｋの値が整数でないもの）が含まれている
と、周期Ｍ毎の指令パターンが異なってくるために、偏
差を零にすることが困難である。
定周期Ｍで繰り返される指令に、この指令と同期するよ
うな成分である周波数ｆ＝ｋ／Ｍ（ｋ＝０，１，２，…
）が含まれている場合には、この繰り返し制御によって
高精度の応答が得られるが、非同期成分（周波数ｆ＝ｋ
／Ｍ、ただしｋの値が整数でないもの）が含まれている
と、周期Ｍ毎の指令パターンが異なってくるために、偏
差を零にすることが困難である。
【０００８】そこで、本発明の目的は、所定周期で繰り
返され、かつこの周期に同期していない非同期成分をも
含む指令に対しても、制御偏差を零に収束できる予見繰
り返し制御方式を提供することにある。
返され、かつこの周期に同期していない非同期成分をも
含む指令に対しても、制御偏差を零に収束できる予見繰
り返し制御方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定周期で繰
り返される移動指令によってサーボモータを制御するサ
ーボモータの制御方式において、制御対象の逆システム
となるフィードフォワードコントローラを付加し、該フ
ィードフォワードコントローラには、制御対象の次数だ
け未来の移動指令を入力とし、このフィードフォワード
コントローラの出力を上記移動指令から算出される速度
指令に加算するようにすることによって上記課題を解決
した。また、従来と同様に、繰り返しコントローラをも
付加することによってさらに位置偏差を小さくし高精度
なサーボモータの制御を行うようにした。さらに、上記
フィードフォワードコントローラはＦＩＲ型のディジタ
ルフィルタで構成し、そのフィルタの係数は適応制御に
より、該フィードフォワードコントローラに入力される
未来の移動指令入力と、上記移動指令と位置のフィード
バック量との差の位置偏差により、フィードフォワード
コントローラが制御対象の逆システムになるように自動
的に決定するようにした。
り返される移動指令によってサーボモータを制御するサ
ーボモータの制御方式において、制御対象の逆システム
となるフィードフォワードコントローラを付加し、該フ
ィードフォワードコントローラには、制御対象の次数だ
け未来の移動指令を入力とし、このフィードフォワード
コントローラの出力を上記移動指令から算出される速度
指令に加算するようにすることによって上記課題を解決
した。また、従来と同様に、繰り返しコントローラをも
付加することによってさらに位置偏差を小さくし高精度
なサーボモータの制御を行うようにした。さらに、上記
フィードフォワードコントローラはＦＩＲ型のディジタ
ルフィルタで構成し、そのフィルタの係数は適応制御に
より、該フィードフォワードコントローラに入力される
未来の移動指令入力と、上記移動指令と位置のフィード
バック量との差の位置偏差により、フィードフォワード
コントローラが制御対象の逆システムになるように自動
的に決定するようにした。
【００１０】
【作用】フィードフォワードコントローラは制御対象の
逆システムの伝達関数であるので、該フィードフォワー
ドコントローラの出力に制御対象の伝達関数を乗ずれば
、約「１」となり、移動指令とサーボモータの移動量は
ほぼ同一となり、位置偏差は非常に小さくなる。
逆システムの伝達関数であるので、該フィードフォワー
ドコントローラの出力に制御対象の伝達関数を乗ずれば
、約「１」となり、移動指令とサーボモータの移動量は
ほぼ同一となり、位置偏差は非常に小さくなる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の一実施例のサーボモータ制御
方式のブロック図である。Ｐはサーボモータの位置、速
度制御の所定サンプリング周期ｔ毎の移動指令で、この
指令Ｐが図７に示すように短い周期Ｍで繰り返され、か
つ、この周期Ｍと非同期で周期Ｌで所定パターンが繰り
返される指令であるとする。
方式のブロック図である。Ｐはサーボモータの位置、速
度制御の所定サンプリング周期ｔ毎の移動指令で、この
指令Ｐが図７に示すように短い周期Ｍで繰り返され、か
つ、この周期Ｍと非同期で周期Ｌで所定パターンが繰り
返される指令であるとする。
【００１２】要素１は遅れ要素で、制御対象Ｇｏ を同
定した場合の次数Ｎで決まるＮサンプリングだけ遅らせ
るものである。要素２は積分器、要素３のＫはポジショ
ンゲインで、要素４のＧｏ は速度コントローラとサー
ボモータなどを含めた制御対象の伝達関数で、従来から
公知のＰＩ（比例積分）制御等を行なうものである。さ
らに、５は繰り返しコントローラで図６に示した従来の
繰り返しコントローラと同一で、帯域制限フイルタＦＬ
、指令Ｐの繰り返し周期Ｍの１周期分のデータを格納で
きる遅れ要素Ｄを有している。すなわち、Ｍ／ｔ＝ｍ個
のメモリを有している。さらに、制御対象の伝達関数Ｇ
ｏ の特性を補償するための動特性補償要素Ｇｘ を備
えている。６は逆システムフィードフォワードコントロ
ーラで、指令Ｐを入力し、その出力ｕをサーボモータへ
の速度指令ｖに加算されるようになっている。
定した場合の次数Ｎで決まるＮサンプリングだけ遅らせ
るものである。要素２は積分器、要素３のＫはポジショ
ンゲインで、要素４のＧｏ は速度コントローラとサー
ボモータなどを含めた制御対象の伝達関数で、従来から
公知のＰＩ（比例積分）制御等を行なうものである。さ
らに、５は繰り返しコントローラで図６に示した従来の
繰り返しコントローラと同一で、帯域制限フイルタＦＬ
、指令Ｐの繰り返し周期Ｍの１周期分のデータを格納で
きる遅れ要素Ｄを有している。すなわち、Ｍ／ｔ＝ｍ個
のメモリを有している。さらに、制御対象の伝達関数Ｇ
ｏ の特性を補償するための動特性補償要素Ｇｘ を備
えている。６は逆システムフィードフォワードコントロ
ーラで、指令Ｐを入力し、その出力ｕをサーボモータへ
の速度指令ｖに加算されるようになっている。
【００１３】遅れ要素１で指令ＰよりＮ周期遅らせられ
た指令ｐが求められ、該指令ｐとサンプリング周期ｔ間
にサーボモータが移動した移動量のフィードバック量ω
の差分を取り偏差を求め、この偏差を積分器２で積分し
位置偏差εを求める。この位置偏差εは繰り返しコント
ローラ５に入力される。所定サンプリング周期ｔ毎に遅
れ要素Ｄからの１周期Ｍ前の当該サンプリング周期に対
応するデータｄが上記位置偏差εに加算され、帯域制限
フイルタＦＬの処理が行なわれ、遅れ要素Ｄに格納させ
る。一方遅れ要素Ｄからの出力ｄは動特性補償要素Ｇｘ
で処理が行なわれ、補正量ｙとして位置偏差εに加算
される。その結果前述したように、位置偏差εは、周期
Ｍの周波数成分に対して零になるように修正され、この
修正された位置偏差（ε＋ｙ）に対してポジションゲイ
ンＫを乗じて速度指令ｖを求める。
た指令ｐが求められ、該指令ｐとサンプリング周期ｔ間
にサーボモータが移動した移動量のフィードバック量ω
の差分を取り偏差を求め、この偏差を積分器２で積分し
位置偏差εを求める。この位置偏差εは繰り返しコント
ローラ５に入力される。所定サンプリング周期ｔ毎に遅
れ要素Ｄからの１周期Ｍ前の当該サンプリング周期に対
応するデータｄが上記位置偏差εに加算され、帯域制限
フイルタＦＬの処理が行なわれ、遅れ要素Ｄに格納させ
る。一方遅れ要素Ｄからの出力ｄは動特性補償要素Ｇｘ
で処理が行なわれ、補正量ｙとして位置偏差εに加算
される。その結果前述したように、位置偏差εは、周期
Ｍの周波数成分に対して零になるように修正され、この
修正された位置偏差（ε＋ｙ）に対してポジションゲイ
ンＫを乗じて速度指令ｖを求める。
【００１４】一方、逆システムフィードフォワードコン
トローラ６には指令Ｐが入力され、この入力は、指令ｐ
が遅れ要素２でＮサンプリング遅らせられていることか
ら、Ｎサンプリング未来の指令が入力されることになる
。
トローラ６には指令Ｐが入力され、この入力は、指令ｐ
が遅れ要素２でＮサンプリング遅らせられていることか
ら、Ｎサンプリング未来の指令が入力されることになる
。
【００１５】この逆システムフィードフォワードコント
ローラ６の詳細は図２に示すように、Ｎ次のＦＩＲ型（
非再帰型）ディジタルフィルタで構成されている。すな
わち、遅れ要素Ｚ−１としてのメモリがＮ個設けられ、
サンプリング周期ｔ毎指令Ｐは最初のメモリに格納され
ると共に、各メモリに記憶された指令は図２において左
から右にシフトされ、現サンプリング時点よりＮ個前ま
での間の指令Ｐを記憶するようになっており、サンプリ
ング周期ｔ毎に、当該サンプリング時の指令Ｐに計数Ｗ
０ ，１番目のメモリに記憶する１サンプリング周期前
の指令には係数Ｗ１ ，…Ｎ番目のメモリに記憶するＮ
サンプリング周期前の指令には係数ＷＮ が乗じられ、
乗じられた各値は加算されて出力ｕとして出力される。 すなわち、逆システムフィードフォワードコントローラ
６の伝達関数ＩＳは次のようになる。 ＩＳ（Ｚ）＝［ｕ（Ｚ）／Ｐ（Ｚ）］ ＝Ｗ０ ＋Ｗ１ Ｚ−１＋Ｗ２
Ｚ−２＋……ＷＮ−１ Ｚ−（Ｎ−１）＋ＷＮ Ｚ−Ｎ
また、係数Ｗｉ （ｉ＝０〜Ｎ）は制御対象Ｇｏ の逆
システムとなるように決められ、上記逆システムフィー
ドフォワードコントローラ６の伝達関数ＩＳは、ＩＳ＝
（Ｚ−Ｎ／Ｇｏ ） となるように決められる。その結果サーボモータの移動
量ωは、ω＝ＩＳ・Ｇｏ・Ｐであり、ｐ＝ｚ−Ｎ・Ｐで
あるから、ω＝ＩＳ・Ｇｏ ・（ｐ／Ｚ−Ｎ）＝ｐとな
り、位置偏差εは非常に小さくなることがわかる。そし
て、この小さな位置偏差は、通常の位置ループの処理お
よび繰り返しコントローラの処理によって補正されるの
できわめて小さなものとなり、高精度のサーボモータの
制御ができる。さらに後述するように、上記係数Ｗ０
〜ＷＮ は最急降下法を適用した適応アルゴリズムで自
動的に決定される。
ローラ６の詳細は図２に示すように、Ｎ次のＦＩＲ型（
非再帰型）ディジタルフィルタで構成されている。すな
わち、遅れ要素Ｚ−１としてのメモリがＮ個設けられ、
サンプリング周期ｔ毎指令Ｐは最初のメモリに格納され
ると共に、各メモリに記憶された指令は図２において左
から右にシフトされ、現サンプリング時点よりＮ個前ま
での間の指令Ｐを記憶するようになっており、サンプリ
ング周期ｔ毎に、当該サンプリング時の指令Ｐに計数Ｗ
０ ，１番目のメモリに記憶する１サンプリング周期前
の指令には係数Ｗ１ ，…Ｎ番目のメモリに記憶するＮ
サンプリング周期前の指令には係数ＷＮ が乗じられ、
乗じられた各値は加算されて出力ｕとして出力される。 すなわち、逆システムフィードフォワードコントローラ
６の伝達関数ＩＳは次のようになる。 ＩＳ（Ｚ）＝［ｕ（Ｚ）／Ｐ（Ｚ）］ ＝Ｗ０ ＋Ｗ１ Ｚ−１＋Ｗ２
Ｚ−２＋……ＷＮ−１ Ｚ−（Ｎ−１）＋ＷＮ Ｚ−Ｎ
また、係数Ｗｉ （ｉ＝０〜Ｎ）は制御対象Ｇｏ の逆
システムとなるように決められ、上記逆システムフィー
ドフォワードコントローラ６の伝達関数ＩＳは、ＩＳ＝
（Ｚ−Ｎ／Ｇｏ ） となるように決められる。その結果サーボモータの移動
量ωは、ω＝ＩＳ・Ｇｏ・Ｐであり、ｐ＝ｚ−Ｎ・Ｐで
あるから、ω＝ＩＳ・Ｇｏ ・（ｐ／Ｚ−Ｎ）＝ｐとな
り、位置偏差εは非常に小さくなることがわかる。そし
て、この小さな位置偏差は、通常の位置ループの処理お
よび繰り返しコントローラの処理によって補正されるの
できわめて小さなものとなり、高精度のサーボモータの
制御ができる。さらに後述するように、上記係数Ｗ０
〜ＷＮ は最急降下法を適用した適応アルゴリズムで自
動的に決定される。
【００１６】図３は、本発明を実施する工作機械のサー
ボモータ制御の一実施例のブロック図である。
ボモータ制御の一実施例のブロック図である。
【００１７】図３中、１０は工作機械を制御する数値制
御装置、１１は該数値制御装置１０から出力される工作
機械のサーボモータへの位置指令等を受信し、デジタル
サーボ回路１２のプロセッサに受け渡すための共有メモ
リ、１２はデジタルサーボ回路であり、プロセッサによ
ってサーボモータ１４の上述した図１の処理および速度
，電流制御処理をも行うものである。１３はトランジス
タインバータ等で構成されるサーボアンプ、１４はサー
ボモータ、１５はサーボモータ１回当りに所定数のフィ
ードバックパルスを発生しデジタルサーボ回路１２に出
力するパルスコーダである。なお、デジタルサーボ回路
１２はプロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されている
。上記構成は工作機械等のサーボモータの制御において
、デジタルサーボ回路として公知な事項であり、詳細な
説明は省略する。
御装置、１１は該数値制御装置１０から出力される工作
機械のサーボモータへの位置指令等を受信し、デジタル
サーボ回路１２のプロセッサに受け渡すための共有メモ
リ、１２はデジタルサーボ回路であり、プロセッサによ
ってサーボモータ１４の上述した図１の処理および速度
，電流制御処理をも行うものである。１３はトランジス
タインバータ等で構成されるサーボアンプ、１４はサー
ボモータ、１５はサーボモータ１回当りに所定数のフィ
ードバックパルスを発生しデジタルサーボ回路１２に出
力するパルスコーダである。なお、デジタルサーボ回路
１２はプロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されている
。上記構成は工作機械等のサーボモータの制御において
、デジタルサーボ回路として公知な事項であり、詳細な
説明は省略する。
【００１８】上記制御対象Ｇｏ を同定したとき決まる
次数Ｎを設定し、機械を稼働開始させると、ディジタル
サーボ回路１２のプロセッサは図４，図５の処理を開始
し、数値制御装置１０から送られてくる移動指令を共有
メモリ１１を介して、上記サンプリング周期ｔ毎の移動
指令Ｐを求め（ステップＳ１）、Ｎサンプリング周期の
遅れ処理を行い指令ｐを求め（ステップＳ２）、上記指
令ｐから、当該サンプリング周期ｔ間のサーボモータの
移動量であるフィードバック量ωを減じた値を、位置偏
差εを記憶するレジスタに加算し当該周期の位置偏差ε
を求める（ステップＳ３）。
次数Ｎを設定し、機械を稼働開始させると、ディジタル
サーボ回路１２のプロセッサは図４，図５の処理を開始
し、数値制御装置１０から送られてくる移動指令を共有
メモリ１１を介して、上記サンプリング周期ｔ毎の移動
指令Ｐを求め（ステップＳ１）、Ｎサンプリング周期の
遅れ処理を行い指令ｐを求め（ステップＳ２）、上記指
令ｐから、当該サンプリング周期ｔ間のサーボモータの
移動量であるフィードバック量ωを減じた値を、位置偏
差εを記憶するレジスタに加算し当該周期の位置偏差ε
を求める（ステップＳ３）。
【００１９】次に、フラグＦが「１」か否か判断し（ス
テップＳ４）、初めは該フラグＦは「０」であるので、
ステップＳ５に進み、カウンタＣＮＴから「１」減じる
。なお、該カウンタＣＮＴは初期設定で、上記所定周期
Ｍをサンプリング周期ｔで除した数Ｑに設定されている
。そして、ステップＳ３で求めた位置偏差εの絶対値が
レジンタに記憶する位置偏差の最大値εｍａｘ （初め
はεｍａｘ ＝０）より大きいか否か判断し（ステップ
Ｓ６）、検出位置偏差εの絶対値の方が大きいと、この
値をレジスタにεｍａｘ として記憶する（ステップＳ
７）。 また、位置偏差εの絶対値の方が小さいときはレジスタ
のεｍａｘ の値を変えずにステップＳ８に進む。ステ
ップＳ８の処理は最急降下法を用いた適応アルゴリズム
によるＮ次のＦＩＲ型ディジタルフィルタの係数Ｗ０
〜ＷＮ を決定する方法であり、レジスタＲ（Ｗｉ）に
記憶する１サンプリング周期前の係数Ｗｉ（ｉ＝０〜Ｎ
）に、ステップＳ３で求めた位置偏差εに指令スタック
に記憶するｉサンプリング周期前の指令Ｐｉおよび時定
数としての定数τを乗じた値を加算して各係数Ｗｉの値
を求める。すなわち、下記の演算を行って各係数Ｗｉを
求める。なお、始めは各係数Ｗ０ 〜ＷＮ は「０」、
若しくは制御対象の伝達関数Ｇｏ の同定よりＺ−Ｎ／
Ｇｏ になるように近似された計算結果の値が初期設定
されている。 Ｗｉ＝Ｒ（Ｗｉ ）＋ε・Ｐｉ・τ （ｉ＝０〜ＮでＰ０＝Ｐである） こうして求めた各係数Ｗｉを各レジスタＲ（Ｗｉ）に格
納し（ステップＳ９）、この求められた各係数Ｗｉを用
いて図２に示すディジタルフィルタの処理を行い逆シス
テムフィードフォワードコントローラ６の出力ｕを求め
る。すなわち、次式の演算を行って出力ｕを求める（ス
テップＳ１０）。 ｕ＝Ｗ０ ・Ｐ＋Ｗ１ ・Ｐ１ ＋Ｗ２ ・Ｐ２
＋……＋ＷＮ ・ＰＮ次に、指令スタックをシフトする
（ステップＳ１１）。 すなわちＰＮ−１をＰＮとし、ＰＮ−２ をＰＮ−１
……Ｐ１ をＰ２ 、ＰをＰ１ として記憶する。
テップＳ４）、初めは該フラグＦは「０」であるので、
ステップＳ５に進み、カウンタＣＮＴから「１」減じる
。なお、該カウンタＣＮＴは初期設定で、上記所定周期
Ｍをサンプリング周期ｔで除した数Ｑに設定されている
。そして、ステップＳ３で求めた位置偏差εの絶対値が
レジンタに記憶する位置偏差の最大値εｍａｘ （初め
はεｍａｘ ＝０）より大きいか否か判断し（ステップ
Ｓ６）、検出位置偏差εの絶対値の方が大きいと、この
値をレジスタにεｍａｘ として記憶する（ステップＳ
７）。 また、位置偏差εの絶対値の方が小さいときはレジスタ
のεｍａｘ の値を変えずにステップＳ８に進む。ステ
ップＳ８の処理は最急降下法を用いた適応アルゴリズム
によるＮ次のＦＩＲ型ディジタルフィルタの係数Ｗ０
〜ＷＮ を決定する方法であり、レジスタＲ（Ｗｉ）に
記憶する１サンプリング周期前の係数Ｗｉ（ｉ＝０〜Ｎ
）に、ステップＳ３で求めた位置偏差εに指令スタック
に記憶するｉサンプリング周期前の指令Ｐｉおよび時定
数としての定数τを乗じた値を加算して各係数Ｗｉの値
を求める。すなわち、下記の演算を行って各係数Ｗｉを
求める。なお、始めは各係数Ｗ０ 〜ＷＮ は「０」、
若しくは制御対象の伝達関数Ｇｏ の同定よりＺ−Ｎ／
Ｇｏ になるように近似された計算結果の値が初期設定
されている。 Ｗｉ＝Ｒ（Ｗｉ ）＋ε・Ｐｉ・τ （ｉ＝０〜ＮでＰ０＝Ｐである） こうして求めた各係数Ｗｉを各レジスタＲ（Ｗｉ）に格
納し（ステップＳ９）、この求められた各係数Ｗｉを用
いて図２に示すディジタルフィルタの処理を行い逆シス
テムフィードフォワードコントローラ６の出力ｕを求め
る。すなわち、次式の演算を行って出力ｕを求める（ス
テップＳ１０）。 ｕ＝Ｗ０ ・Ｐ＋Ｗ１ ・Ｐ１ ＋Ｗ２ ・Ｐ２
＋……＋ＷＮ ・ＰＮ次に、指令スタックをシフトする
（ステップＳ１１）。 すなわちＰＮ−１をＰＮとし、ＰＮ−２ をＰＮ−１
……Ｐ１ をＰ２ 、ＰをＰ１ として記憶する。
【００２０】そして、カウンタＣＮＴが「０」か否か判
断し（ステップＳ１２）、始めは「０」ではないので、
ステップＳ１７に移行し、ステップＳ３で求めた位置偏
差εにポジションゲインＫを乗じて速度指令ｖを求め、
さらに、この速度指令にステップＳ１０で求めた逆シス
テムフィードフォワードコントローラ６の出力ｕを加算
して補正された速度指令ｖを求め（ステップＳ１８）、
この速度指令を速度ループ処理引き渡し、速度ループ処
理を実行させる。以下ステップＳ１〜Ｓ１２，ステップ
Ｓ１７，Ｓ１８の処理を各サンプリング周期毎実行し、
カウンタＣＮＴの値が「０」になると（ステップＳ１２
）、該カウンタＣＮＴに所定周期Ｍをサンプリング周期
ｔで除した値Ｑ（＝Ｍ／ｔ）をセットし（ステップＳ１
７）、１周期Ｍ内（Ｑ回のサンプリング）における最大
の位置偏差εｍａｘが所定設定値εｓより小さいか否か
判断し（ステップＳ１４）、小さくなければ、ステップ
Ｓ１６に進み位置偏差εｍａｘ を記憶するレジスタを
「０」にセットし、ステップＳ１７に進み前述した処理
を各サンプリング周期毎繰り返すことになる。
断し（ステップＳ１２）、始めは「０」ではないので、
ステップＳ１７に移行し、ステップＳ３で求めた位置偏
差εにポジションゲインＫを乗じて速度指令ｖを求め、
さらに、この速度指令にステップＳ１０で求めた逆シス
テムフィードフォワードコントローラ６の出力ｕを加算
して補正された速度指令ｖを求め（ステップＳ１８）、
この速度指令を速度ループ処理引き渡し、速度ループ処
理を実行させる。以下ステップＳ１〜Ｓ１２，ステップ
Ｓ１７，Ｓ１８の処理を各サンプリング周期毎実行し、
カウンタＣＮＴの値が「０」になると（ステップＳ１２
）、該カウンタＣＮＴに所定周期Ｍをサンプリング周期
ｔで除した値Ｑ（＝Ｍ／ｔ）をセットし（ステップＳ１
７）、１周期Ｍ内（Ｑ回のサンプリング）における最大
の位置偏差εｍａｘが所定設定値εｓより小さいか否か
判断し（ステップＳ１４）、小さくなければ、ステップ
Ｓ１６に進み位置偏差εｍａｘ を記憶するレジスタを
「０」にセットし、ステップＳ１７に進み前述した処理
を各サンプリング周期毎繰り返すことになる。
【００２１】以下、各サンプリング周期毎上述した処理
を繰り返し、ステップＳ１４でεｍａｘ が設定値εｓ
より小さくなると、ステップＳ１５に進みフラグＦを「
１」にセットする。フラグＦが「１」にセットされると
、次のサンプリング周期からはステップＳ１〜ステップ
Ｓ４の処理を行いステップＳ４からステップＳ１９に進
み、ステップＳ５〜Ｓ９の処理を行わないので、ディジ
タルフィルタの係数Ｗ０ 〜ＷＮ の値は変更されるこ
とはない。そして、ステップＳ１９で従来と同様の指令
が繰り返される周期Ｍの繰り返しコントローラ５の計算
を行い補正値ｙを求め、この補正値ｙを位置偏差εに加
算し、補正された位置偏差εを求め（ステップＳ２０）
、ステップＳ１０に移行し、確定された係数Ｗ０ 〜Ｗ
Ｎ により、逆システムフィードフォワードコントロー
ラ６の出力ｕを求め、指令スタックをシフトし（ステッ
プＳ１１）、ステップＳ１２では、カウンタＣＮＴはフ
ラグＦが「１」にセットされたときに「Ｎ」にセットさ
れて、以後はディクリメントされないので、「Ｎ」であ
るから、ステップＳ１２からステップＳ１７に移行し、
位置偏差εにポジションゲインＫを乗じた値に上記ステ
ップＳ１０で求めた逆システムフィードフォワードコン
トローラ６の出力ｕを加算して、速度指令ｖを求め（ス
テップＳ１７，Ｓ１８）、この速度指令ｖを速度ループ
に対する速度指令とする。以下、上述したステップＳ１
〜Ｓ４，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ１０〜Ｓ１２，Ｓ１７，Ｓ
１８の処理をサンプリング周期毎実行し速度ループ処理
に対する速度指令ｖを求めることになる。
を繰り返し、ステップＳ１４でεｍａｘ が設定値εｓ
より小さくなると、ステップＳ１５に進みフラグＦを「
１」にセットする。フラグＦが「１」にセットされると
、次のサンプリング周期からはステップＳ１〜ステップ
Ｓ４の処理を行いステップＳ４からステップＳ１９に進
み、ステップＳ５〜Ｓ９の処理を行わないので、ディジ
タルフィルタの係数Ｗ０ 〜ＷＮ の値は変更されるこ
とはない。そして、ステップＳ１９で従来と同様の指令
が繰り返される周期Ｍの繰り返しコントローラ５の計算
を行い補正値ｙを求め、この補正値ｙを位置偏差εに加
算し、補正された位置偏差εを求め（ステップＳ２０）
、ステップＳ１０に移行し、確定された係数Ｗ０ 〜Ｗ
Ｎ により、逆システムフィードフォワードコントロー
ラ６の出力ｕを求め、指令スタックをシフトし（ステッ
プＳ１１）、ステップＳ１２では、カウンタＣＮＴはフ
ラグＦが「１」にセットされたときに「Ｎ」にセットさ
れて、以後はディクリメントされないので、「Ｎ」であ
るから、ステップＳ１２からステップＳ１７に移行し、
位置偏差εにポジションゲインＫを乗じた値に上記ステ
ップＳ１０で求めた逆システムフィードフォワードコン
トローラ６の出力ｕを加算して、速度指令ｖを求め（ス
テップＳ１７，Ｓ１８）、この速度指令ｖを速度ループ
に対する速度指令とする。以下、上述したステップＳ１
〜Ｓ４，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ１０〜Ｓ１２，Ｓ１７，Ｓ
１８の処理をサンプリング周期毎実行し速度ループ処理
に対する速度指令ｖを求めることになる。
【００２２】上記実施例は繰り返しコントローラ５をも
位置制御ループに付加して制御する例を示したが、必ず
しも、この繰り返しコントローラ５を設けなくてもよい
。ただし、繰り返しコントローラを設けなければ、精度
は該コントローラを設けたときよりも少し低下する。 そして、この繰り返しコントローラ５を設けないときの
処理は、図４，図５で示す処理において、ステップＳ１
９とステップＳ２０の処理を行う必要がなく、ステップ
Ｓ４からステップＳ１０に移行するようにすればよいだ
けである。
位置制御ループに付加して制御する例を示したが、必ず
しも、この繰り返しコントローラ５を設けなくてもよい
。ただし、繰り返しコントローラを設けなければ、精度
は該コントローラを設けたときよりも少し低下する。 そして、この繰り返しコントローラ５を設けないときの
処理は、図４，図５で示す処理において、ステップＳ１
９とステップＳ２０の処理を行う必要がなく、ステップ
Ｓ４からステップＳ１０に移行するようにすればよいだ
けである。
【００２３】図７は周期Ｍで繰り返される指令に周期Ｌ
の非同期成分が含まれているような指令による加工の一
例を示したもので、楕円断面の長短径差が１ｍｍから１
．４ｍｍまで徐々に変化する徐変プロフィール指令Ｐ（
ｔ）による加工の例で、被加工物４０の１回転が４０ｍ
ｓｅｃとしており、非加工物１回転で工具軸は２往復す
ること（長径−単径−長径−単径−長径と移動）から繰
り返し周期Ｍは２０ｍｍｓｅｃとなる。そして、プロフ
ィール変化周期Ｌは３．２ｍｍｓｅｃとしている。そう
すると、工具軸に対するプロフィール指令Ｐ（ｔ）は次
のようになる。
の非同期成分が含まれているような指令による加工の一
例を示したもので、楕円断面の長短径差が１ｍｍから１
．４ｍｍまで徐々に変化する徐変プロフィール指令Ｐ（
ｔ）による加工の例で、被加工物４０の１回転が４０ｍ
ｓｅｃとしており、非加工物１回転で工具軸は２往復す
ること（長径−単径−長径−単径−長径と移動）から繰
り返し周期Ｍは２０ｍｍｓｅｃとなる。そして、プロフ
ィール変化周期Ｌは３．２ｍｍｓｅｃとしている。そう
すると、工具軸に対するプロフィール指令Ｐ（ｔ）は次
のようになる。
【００２４】
Ｐ（ｔ）＝［Ａ＋ａ・ｓｉｎ｛（２π／Ｌ）・ｔ］
・ｓｉｎ｛（２π／Ｍ）・ｔ｝
＝［０．２５＋０．１・ｓｉｎ｛（２π／３．
２）・ｔ］
・ｓｉｎ｛（２π・５０ｔ｝この
プロフィール指令Ｐ（ｔ）による加工におけるシュミレ
ーションを従来のサーボモータの制御方式による場合と
、繰り返し制御方式を採用したサーボモータの制御方式
、および本発明の繰り返しコントローラを付加した場合
、付加しない予見繰り返し制御方式について行った。図
８は従来の方式によるサーボモータの制御におけるシュ
ミレーションの結果で、位置偏差εは最大４２０μｍと
なっている。図９は図６に示す従来から行われている繰
り返し制御方式によるシュミレーション結果で、この場
合も、位置偏差εは最大で８．０μｍとなっている。そ
して、図１０は本発明の繰り返しコントローラ５および
逆システムフィードフォワードコントローラ６を設けた
予見繰り返し制御によるシュミレーション結果で、この
場合には位置偏差εが最大１．５μｍとなり、位置偏差
を極めて小さくすることができることがわかる。
・ｓｉｎ｛（２π／Ｍ）・ｔ｝
＝［０．２５＋０．１・ｓｉｎ｛（２π／３．
２）・ｔ］
・ｓｉｎ｛（２π・５０ｔ｝この
プロフィール指令Ｐ（ｔ）による加工におけるシュミレ
ーションを従来のサーボモータの制御方式による場合と
、繰り返し制御方式を採用したサーボモータの制御方式
、および本発明の繰り返しコントローラを付加した場合
、付加しない予見繰り返し制御方式について行った。図
８は従来の方式によるサーボモータの制御におけるシュ
ミレーションの結果で、位置偏差εは最大４２０μｍと
なっている。図９は図６に示す従来から行われている繰
り返し制御方式によるシュミレーション結果で、この場
合も、位置偏差εは最大で８．０μｍとなっている。そ
して、図１０は本発明の繰り返しコントローラ５および
逆システムフィードフォワードコントローラ６を設けた
予見繰り返し制御によるシュミレーション結果で、この
場合には位置偏差εが最大１．５μｍとなり、位置偏差
を極めて小さくすることができることがわかる。
【００２５】また、図１１は繰り返しコントローラ５を
設けずに逆システムフィードフォワードコントローラ６
のみを付加した本発明の実施例における同一条件のシュ
ミレーション結果で、この場合には位置偏差εが最大４
μｍとなり、位置偏差εは図１０で示す繰り返しコント
ローラ５をも設けたときと比べ、大きくなっているが、
図８，図９で示す従来の制御方式および繰り返しコント
ローラのみを付加したときと比べ位置偏差は小さくなっ
ている。
設けずに逆システムフィードフォワードコントローラ６
のみを付加した本発明の実施例における同一条件のシュ
ミレーション結果で、この場合には位置偏差εが最大４
μｍとなり、位置偏差εは図１０で示す繰り返しコント
ローラ５をも設けたときと比べ、大きくなっているが、
図８，図９で示す従来の制御方式および繰り返しコント
ローラのみを付加したときと比べ位置偏差は小さくなっ
ている。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、並列に逆システムフィードフ
ォワードコントローラを設けることによって、所定周期
の繰り返し指令中に含まれる非同期の周波数成分を有す
る指令に対しても、位置偏差を非常に小さくすることが
でき精度の高いサーボモータの制御を行うことができる
。
ォワードコントローラを設けることによって、所定周期
の繰り返し指令中に含まれる非同期の周波数成分を有す
る指令に対しても、位置偏差を非常に小さくすることが
でき精度の高いサーボモータの制御を行うことができる
。
【００２７】しかも、逆システムフィードフォワードコ
ントローラの係数は自動的に決定することから、簡単に
逆システムフィードフォワードコントローラを構成する
ことができる。
ントローラの係数は自動的に決定することから、簡単に
逆システムフィードフォワードコントローラを構成する
ことができる。
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】同実施例における逆システムコントローラの構
成図である。
成図である。
【図３】同実施例を実施するディジタルサーボ装置のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図４】同実施例におけるディジタルサーボ回路のプロ
セッサが実施する処理のフローチャートの一部である。
セッサが実施する処理のフローチャートの一部である。
【図５】ディジタルサーボ回路のプロセッサが実施する
処理のフローチャートの図４の続きである。
処理のフローチャートの図４の続きである。
【図６】繰り返し制御を適用したサーボモータの制御の
従来例の要部ブロック図である。
従来例の要部ブロック図である。
【図７】所定周期で繰り返される指令に別の周期の非同
期成分が含まれているような指令による加工の一例を示
した説明図である。
期成分が含まれているような指令による加工の一例を示
した説明図である。
【図８】従来の方式によるサーボモータの制御における
シュミレーションの結果を示す図である。
シュミレーションの結果を示す図である。
【図９】図６に示す従来から行われている繰り返し制御
方式によるシュミレーション結果を示す図である。
方式によるシュミレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の繰り返しコントローラおよび逆シス
テムフィードフォワードコントローラを設けた、予見繰
り返し制御によるシュミレーション結果を示す図である
。
テムフィードフォワードコントローラを設けた、予見繰
り返し制御によるシュミレーション結果を示す図である
。
【図１１】本発明の逆システムフィードフォワードコン
トローラ６のみを付加した、予見繰り返し制御によるシ
ュミレーション結果を示す図である。
トローラ６のみを付加した、予見繰り返し制御によるシ
ュミレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 遅れ要素
２ 積分器
３ ボジションゲインの項
４ 制御対象の伝達関数の項
５ 繰り返しコントローラ
Claims (4)
- 【請求項１】 所定周期で繰り返される移動指令によ
ってサーボモータを制御するサーボモータの制御方式に
おいて、制御対象の逆システムとなるフィードフォワー
ドコントローラを付加し、該フィードフォワードコント
ローラには、制御対象の次数だけ未来の移動指令を入力
とし、このフィードフォワードコントローラの出力を、
上記移動指令から位置ループ処理で算出される速度指令
に加算することを特徴とするサーボモータの予見繰り返
し制御方式。 - 【請求項２】 繰り返しコントローラを付加して所定
周期で繰り返される移動指令によってサーボモータを制
御するサーボモータの制御方式において、制御対象の逆
システムとなるフィードフォワードコントローラを付加
し、該フィードフォワードコントローラには、制御対象
の次数だけ未来の移動指令を入力とし、このフィードフ
ォワードコントローラの出力を、上記移動指令から位置
ループ処理および繰り返しコントローラの処理によって
算出される速度指令に加算することを特徴とするサーボ
モータの予見繰り返し制御方式。 - 【請求項３】 上記フィードフォワードコントローラ
はＦＩＲ型のディジタルフィルタで構成されている請求
項１または請求項２記載の予見繰り返し制御方式。 - 【請求項４】 上記ＦＩＲ型のディジタルフィルタの
係数は適応制御により、該フィードフォワードコントロ
ーラに入力される未来の移動指令入力と、上記移動指令
と位置のフィードバック量との差の位置偏差により、フ
ィードフォワードコントローラが制御対象の逆システム
になるように自動的に決定することを特徴とする請求項
２記載の予見繰り返し制御方式。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119074A JP2840139B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 予見繰り返し制御装置 |
| DE69220561T DE69220561T2 (de) | 1991-04-24 | 1992-04-20 | Verfahren und gerät zur vorhersage-wiederholungssteuerung für servomotor |
| EP92908259A EP0553356B1 (en) | 1991-04-24 | 1992-04-20 | Method and apparatus for prediction repetition control of servo motor |
| KR1019920702746A KR0126821B1 (ko) | 1991-04-24 | 1992-04-20 | 서어보 모터의 예견 반복 제어방법 및 장치 |
| US07/965,400 US5371451A (en) | 1991-04-24 | 1992-04-20 | Predictive repetition control method for a servo motor and an apparatus therefor |
| PCT/JP1992/000506 WO1992020019A1 (fr) | 1991-04-24 | 1992-04-20 | Procede et dispositif de commande de repetition de prediction pour servomoteurs |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3119074A JP2840139B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 予見繰り返し制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04323706A true JPH04323706A (ja) | 1992-11-12 |
| JP2840139B2 JP2840139B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=14752239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3119074A Expired - Fee Related JP2840139B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 予見繰り返し制御装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5371451A (ja) |
| EP (1) | EP0553356B1 (ja) |
| JP (1) | JP2840139B2 (ja) |
| KR (1) | KR0126821B1 (ja) |
| DE (1) | DE69220561T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992020019A1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7205743B2 (en) | 2004-12-16 | 2007-04-17 | Fanuc Ltd | Controller for machine effecting end |
| JP2008199020A (ja) * | 2007-02-15 | 2008-08-28 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JP2017016366A (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | ファナック株式会社 | 学習メモリ切り換え機能を有するサーボ制御システム |
| JP2022066991A (ja) * | 2020-10-19 | 2022-05-02 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 空気調和機のモータ制御装置および空気調和機のモータ制御方法 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4303090B4 (de) * | 1993-02-04 | 2006-11-23 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Erzeugung von Führungsgrößen für Lageregelkreise in numerisch gesteuerten Maschinen |
| US5481914A (en) * | 1994-03-28 | 1996-01-09 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Electronics for coriolis force and other sensors |
| GB2289957A (en) * | 1994-05-28 | 1995-12-06 | British Aerospace | Adaptive control systems |
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