JPH04334992A

JPH04334992A - サーボ装置の制御方法

Info

Publication number: JPH04334992A
Application number: JP3107082A
Authority: JP
Inventors: Fujio Tajima; 田島　富士雄; Kenji Toki; 土岐　謙治
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1992-11-24

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、ロータリエンコーダ等
の離散的なパルス信号を発生するセンサを用いて、精密
な位置決めを行うサーボ装置、例えば、工作機械や情報
記憶装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】負荷を目標位置へ短時間に位置付けるサ
ーボ装置として、状態観測器（以下、オブザーバ）を構
成し、連続的で位相おくれのない速度信号を作り、サー
ボ装置に使用する技術は、例えば、特開昭６３−２７１
７２８号公報に開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】オブザーバで推定した
速度と実装置の速度とは不確定な要因により誤差が生じ
る。このため、オブザーバの推定値を実装置の速度に合
わせる調整を行う。このオブザーバの調整は、オブザー
バで推定した速度と実装置で検出した速度とを比較し、
その誤差を負帰還することにより行う。ところが、実装
置から検出される速度は離散的なパルス信号のパルス周
期にもとづいて決められるため、実装置の動作状態（加
速状態，減速状態，定速状態等をさす）により検出誤差
の発生状況が異なる。一方、オブザーバの推定値は実装
置の速度に漸近的に収束するため、速度の検出誤差が大
きいとオブザーバの調整が正しくできないという問題が
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】実装置の動作状態を識別
するための指標、例えば、速度指令値，速度の検出値，
モータ電流、あるいは負荷起動後の経過時間等から、オ
ブザーバの調整動作に適した動作状態を識別し、この動
作状態に入った時にオブザーバの調整動作を実行する。また、オブザーバの調整を行うのに相応しくない場合に
は、オブザーバの調整動作を実行せずに、初期設定値、
または、先に調整した結果を使用する方式とした。

【０００５】

【作用】離散的なパルス信号のパルス周期にもとづいて
速度を検出する方式では、加速度変化のない一定速度域
で、速度の検出誤差が最小となり速度の検出が正しく実
行できる。これは、オブザーバの推定値を実装置へ合わ
せるための調整を行うのに好適な動作状態である。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を具体的実施例にもとづいて詳
細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック
構成図である。負荷１は図示した回転負荷であっても良
いし、直動式負荷であっても良い。負荷１を駆動するモ
ータ２は、図示した回転式のモータであっても良いし、
ボイスコイル式モータなどの直動式モータであっても良
い。負荷１あるいはモータ２の位置の移動を検出するパ
ルス発生器３は、図示した回転式の、例えば、ロータリ
エンコーダであっても良いし直線式のものであっても良
い。コントローラ６は、内部に演算プロセッサ，メモリ
，発信器および入出力（Ｉ／Ｏ）機能をもつディジタル
コンピュータで構成されている。本実施例では、理解を
容易にするためコントローラ６内の各処理をブロック図
で示す。

【０００７】コントローラ６内で演算したモータ２の操
作信号（Ｕ）は、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２００からデ
ジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５へ出力され、Ｄ／
Ａ変換器５からさらに電力増幅器４を経てモータ２へと
出力される。パルス発生器３では、負荷１あるいはモー
タ２の位置の移動に伴って、離散的なパルス信号（ｘｐ
　）が発生し、一部はカウンタ９へ送られる。位置検出
器は、パルス発生器３とカウンタ９で構成される。カウ
ンタ９はアップダウン式のカウンタであり、パルス信号
（ｘｐ　）をカウントする。本実施例の位置検出器は、
現在位置から目標位置（ｘＲ　）までの位置偏差（ｘＲ
−ｘＳ）を検出するものであり、ｘＲ　はコントローラ
６からＩ／Ｏポート２００を経てカウンタ９へプリセッ
トされる。また、ｘＲ−ｘＳはレジスタ１０へ送られ、
発信器１９のクロック信号１９０に同期してストアされ
、その出力はコントローラ６のＩ／Ｏポート２００へ送
られる。次にパルス周期検出器はカウンタ１６と発信器
１９で構成される。カウンタ１６は発信器１９のクロッ
ク信号１９０をカウントし、ｘＰ　のパルス周期を検出
する。ここで、ｘＰ　はカウンタ１６のセットおよびリセット
を行うために使用される。検出されたパルス周期はレジ
スタ１７へ送られ、レジスタ１０と同様にストアされる
。その出力はコントローラ６のＩ／Ｏポート２００へ送ら
れる。

【０００８】コントローラ６は毎サンプル周期に一回、
操作信号（Ｕ）を決める一連の処理と、状態観測器（オ
ブザーバ）３０で速度の推定値（ｖ０　）を決定する一
連の処理を行う。最初に、操作信号を決定する処理を説
明する。Ｉ／Ｏポート２００を介して、ｘＲ−ｘＳが読
み取られ、ｘＲ−ｘＳが所定値より大きい場合は、目標
位置に負荷１を短時間に到達させるシーク処理２０１，
２０２を行う。シーク処理２０１は、速度指令値（ｖＲ
　）を決める処理であり、ｖＲ　は予めｘＲ−ｘＳの関
数としてメモリ（図示せず）内に記憶されており、ｘＲ
−ｘＳをアドレスとして読み出される。続く２０２の処
理は、ｖＲ　とオブザーバ３０で推定したｖ０　とを比
較し操作信号を決定する処理である。続くスイッチ処理
２０４では、ｘＲ−ｘＳに基づいて操作信号の選択を行
う。シーク処理時は、シーク処理２０１，２０２で決定
した出力を操作信号として選択する。シーク処理の後、
ｘＲ−ｘＳが所定値以内になると、負荷１を目標位置へ
位置づける処理が行われる。この場合、スイッチ処理２
０４では、シーク処理で決定した操作信号にプラスして
、ｘＲ−ｘＳに基づいて決定される操作信号が付加され
る。

【０００９】次に、オブザーバに関する一連の処理につ
いて説明する。最初に、Ｉ／Ｏポート２００を介して、
レジスタ１７からパルス周期が読み取られ、パルス周期
は続く変換処理３００で速度の検出値（ｖＳ　）に変換
される。ここでは、パルス周期の逆数が演算され、定数
Ｃ２　が積算される。定数Ｃ２　はサーボ装置に固有な
定数であり予めメモリ（図示せず）内に記憶されている
。続く調整処理３０１では、先に説明した操作信号（Ｕ
）を調整する処理が行われる。これは、実装置に作用す
るまさつ力等の外力の影響を補正するものである。調整
値は調整処理３０７で決定される。続く演算処理３０２
はオブザーバの加速度を演算する処理であり、定数Ｃ１
　は機構部ゲインと呼ばれるサーボ装置に固有な定数で
ある。値は予めメモリ（図示せず）内に記憶されている
。続く調整処理３０３は、オブザーバの加速度を実装置
に合わすように調整する処理であり、調整値は調整処理
３０８で決定される。続く速度推定処理３０４は、速度
の推定値（ｖ０　）を決定する処理であり積分演算が行
われる。この時の初期値はゼロである。続く比較処理３
０５は、オブザーバで推定した速度（ｖ０　）と実際に
検出した速度（ｖＳ　）とを比較し、その誤差（ｖ０−
ｖＳ）を求める処理である。続く調整処理３０７および
３０８は、オブザーバの調整値を決定する処理であり、
その処理はサーボ装置の動作タイミングに基づいて実行
される。図２に、オブザーバの調整処理３０７および３
０８を行うタイミングの一例を示す。（ａ）は、負荷を
起動した直後の各速度を示している。ｖＲ　は速度指令
値、ｖは負荷の速度（実際には検出できない）、ｖ０　
はオブザーバで推定した速度、ｖＳ　は速度の検出値で
ある。負荷が加速過程にある場合（減速過程も同様）、
ｖＳ　には比較的大きな検出誤差が生じる。これは、パ
ルス発生器３から発生するｘＰ　の数が少なく、パルス
周期が長いことに起因する。図２の（ｂ）にはｖＳ　の検出誤差（ｖ−ｖＳ　）が示
されており、定速領域に入ると検出誤差が低下する様子
が判る。オブザーバで推定する速度（ｖ０　）は、負荷
の速度（ｖ）に近似する値でありオブザーバの調整処理
は、ｖＳ　の検出誤差（ｖ−ｖＳ　）がゼロまたは極く
小さい状態で行うのが好ましい。例えば、負荷の加速特
性は予め予測できるので、起動後一定時間Ｔだけ経過し
た後に、オブザーバの調整処理を実行すると良い。ある
いは、ｖＳ　の変化状況を調べて、ｖＳの時間変化が所
定値以下にある間（定速度領域にある間）オブザーバの
調整処理を実行しても良い。オブザーバの調整を行うの
に好適な動作状態は、速度の検出誤差がゼロまたは極く
小さな動作状態であり、これは実装置の加速度変化がゼ
ロまたは極く小さな状態に相当する。従って、この動作
状態を識別する指標は、加速度に関するモータ電流ある
いはモータ操作信号であっても良い。また、装置の動作
状態を指令する速度指令値（ｖＲ　）であっても良い。さらに、速度指令値を決定する目標位置までの位置偏差
（ｘＲ−ｘＳ）であっても良い。

【００１０】調整処理３０７では、比較処理３０５で決
定したｖ０−ｖＳに定数Ｋ１　を積算して調整値が決定
される。最初のオブザーバの調整処理を行う前は調整値
としてゼロが設定されるが、オブザーバの調整処理が一
度実行されると、次にオブザーバの調整処理が行われる
までの間、前回の調整処理で決定された調整値がホール
ドされて使用される。ここで、定数Ｋ１　は予めメモリ
（図示せず）内に記憶されている。また、オブザーバの
調整処理は、本実施例では負荷の起動後一定時間Ｔだけ
経過した後に実行される。続く調整処理３０８も調整処
理３０７と同様に行われる。ここで、定数Ｋ２　は予め
メモリ（図示せず）内に記憶されている。

【００１１】本実施例では、負荷の加速特性が予め予測
できるサーボ装置であるので、起動後一定時間Ｔだけ経
過後は図２の（ｂ）に示すように、速度の検出誤差（ｖ
−ｖＳ　）は極く小さい。したがって、オブザーバの調
整を行うのに好適な動作状態にあり、オブザーバの調整
が精度よく実行でき、精度の高い推定値が得られ、負荷
を目標位置へ短時間に位置付けできる。

【００１２】図３は、本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図である。図１の実施例とは、コントローラ６におけ
る操作信号（Ｕ）を決める一連の処理の一部が異なり、
他の構成は同一である。本実施例では操作信号を決める
処理で、新しくスイッチ処理２２０が付加される。この
スイッチ処理２２０は、サーボ装置の動作状態にもとづ
いて、操作信号の決定に使用する速度フィードバック信
号をｖ０，ｖＳのいずれから選択し切換える処理である
。本実施例では、速度が高く速度検出値（ｖＳ　）の位相
おくれ、あるいは検出誤差が小さくサーボ装置の特性に
影響を与えない動作状態ではｖＳ　を選択し、加速途中
あるいは減速途中などｖＳ　に位相おくれや検出誤差が
生じる動作状態ではオブザーバの推定値（ｖ０　）を選
択する。また、動作状態を識別する指標としては、図１の実施例
において使用する指標が利用できる。例えば、速度指令
値（ｖＲ　）から装置の動作状態を判断して、速度フィ
ードバック信号ｖ０　，ｖＳ　の切換え処理を行っても
良い。本実施例では、オブザーバの推定値（ｖ０　）の他に、
実装置における検出値（ｖＳ　）を併用するためサーボ
装置の信頼性が向上する。

【００１３】さらに、スイッチ処理２２０を段階的に行
うと速度フィードバック信号の切換えが滑らかに実行で
きる、サーボ装置をより安定化できる効果がある。例え
ば、経過時間を重み関数の指標に用いて段階的に切換え
ること、より滑らかな切換えが実現できる。数１はその
一例である。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【発明の効果】本発明では、速度の検出がより正しく行
えるサーボ装置の動作状態を選定して、速度の検出とオ
ブザーバの調整を行うため、オブザーバの調整が正しく
できる。さらに、サーボ装置の操作信号をオブザーバの
推定値と検出値とを併用して決定する方式のため、サー
ボ装置の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図。

【図２】オブザーバの調整処理のタイミングチャート。

【図３】本発明の他の実施例のブロック図。

【符号の説明】

１…負荷、２…モータ、３…パルス発生器、４…電力増
幅器、５…Ｄ／Ａ変換器、６…コントローラ、９…カウ
ンタ、１０…レジスタ、１６…カウンタ、１７…レジス
タ、１９…発信器、３０…オブザーバ、２００…Ｉ／Ｏ
ポート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷を駆動するモータと、前記負荷あるい
は前記モータの移動量を検知するパルス発生器と、前記
負荷あるいは前記モータの速度を推定する状態観測器と
、前記負荷を目標位置へ位置付けるためのモータ操作信
号を発生する制御手段とを含むサーボ装置において、前
記制御手段内の演算値から、前記負荷あるいは前記モー
タの加速度変化が所定値以下となる動作状態を識別して
、前記状態観測器の調整を実行し、前記動作状態以外で
は先に実行した調整値を使用することを特徴とするサー
ボ装置の制御方法。