JPH0764644A - 位置決めサーボ機構のゲイン切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボ機構による位置決めを、目標の加減速
度の変化や外乱にリアルタイムで対応し、安定して、し
かも無駄な時間消費なく行えるようにする。 【構成】 負荷が最終の位置決め位置に到達して動作中
のゲインＫ_A から停止中のゲインＫ_B に切り換えるゲイ
ン切り換え時点以降の各所定時点で、負荷の目標値とフ
ィードバック値との偏差Ｅと最終的な停止中のゲインＫ
_Beとの積Ｕ_Beに対する、前記偏差Ｅと前記停止中の各所
定時点の前の各所定時点でのゲインＫ_Bi-1との積Ｕ_Bi-1
の差を取り込んで、停止中のゲインＫ_B を更新する制御
手段３ｃを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置決めサーボ機構のゲ
イン切換装置に関するもので、モータ等の位置決めを行
うのに利用される。

【０００２】

【従来の技術】モータ等の位置決めを行うサーボ機構で
は、通常フィードバック方式が採用される。これは、位
置決め指令値つまり目標値とフィードバックされる実際
の位置との偏差に比例した、またはこの偏差を微分や積
分して得たゲインを駆使して、所定の目標位置に停止さ
せるように制御する。

【０００３】元来、このような位置制御に際し、動作中
は動作しやすいゲインを設定し、停止中は外乱に影響さ
れにくいゲインを設定すると云った、２種類のゲインを
切り換え使用することが一般に行われ、位置制御が外乱
の影響なく正確にしかも迅速に達成できるようにしてい
る。

【０００４】ところが単純なゲインの切り換えでは、動
作中のゲインから停止中のゲインへと切り換えるとき
に、負荷を駆動するアクチュエータへの入力が不連続と
なる。

【０００５】このため負荷の停止状態への移行が振動的
となり位置決め時間が長くなる。

【０００６】そこで従来、図３に示すように一定の時間
ｔにて、一定の割合で動作中のゲインから停止中のゲイ
ンにまで変化させるようにしている。

【０００７】図４はこれを行う従来のサーボ機構を示す
ブロック図である。これにつき説明すると、負荷を駆動
するアクチュエータａからの実際位置の値がセンサｂに
よって常時検出され、これが指令発生器ｃからアクチュ
エータａに向けた目標値の出力ラインの加合せ点ｆにフ
ィードバックされる。

【０００８】加合せ点ｆでの目標値とフィードバック値
との偏差Ｅは、これと動作中のゲインＫ_A との積Ｋ_A ・
Ｅをとる動作中のゲイン設定ラインｃ₁ と、停止中のゲ
インＫ_B との積Ｋ_B ・Ｅをとる停止中のゲイン設定ライ
ンｃ₂ とに出力される。この両ラインｃ₁ 、ｃ₂ は切換
スイッチｅによってアクチュエータａに択一的に切り換
えて接続されるようにしてある。

【０００９】切換スイッチｅは切換器ｄによって切り換
えられ、切換器ｄがこれに入力される指令発生器ｃから
の目標値とセンサｂからのフィードバック値とによっ
て、最終的な位置決め位置であると判別した時点で、動
作中のゲイン設定ラインｃ₁ から停止中のゲイン設定ラ
インｃ₂ に切り換えられ、アクチュエータａに与えるゲ
インを動作中のゲインＫ_A から停止中のゲインＫ_B に切
り換える。

【００１０】このとき、切換器ｄはさらに停止中のゲイ
ンＫ_B を一定の時間、一定の割合で停止中の最終的なゲ
インへと順次に切り換える。

【００１１】具体的には、前記最終的な位置決め位置で
あると判別した時点以降の単位時間経過の都度、前回の
停止中のゲインＫ_Bi-1と、動作中のゲインから停止中の
最終的なゲインまでの単位時間当たりの必要変化量を表
す定数αとを加味した値により、停止中のゲインを更新
して今回の停止中のゲインＫ_Biとする。

【００１２】これを式で表せば、下記の数式（１）に示
す通りである。

【００１３】 Ｋ_Bi＝Ｋ_Bi-1＋α −−−−−−−−−−−（１） Ｋ_Bi：ｉ番目の停止中のゲイン 但し α＝（Ｋ_Be−Ｋ_A ）／ｔ・Δｔ Ｋ_A ：動作中のゲイン Ｋ_Be：最終的な停止中のゲイン ｔ ：切り替えの時間 Δｔ：サンプリングの時間

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のよ
うに動作中のゲインから停止中のゲインに、一定時間お
よび一定の割合で切り替えてもなお不十分である。

【００１５】今、図２（ａ）に示すように目標の加減速
度を、Ａに示す高いものからＢに示す低いものへ変化さ
せることを考える。

【００１６】そして前記従来方式での切り換えの時間
（ｔ）は、高い加減速度Ａの場合に図２（ｂ）に高い加
減速度Ａに対応させて示したような滑らかな変化が得ら
れるように設定したとする。

【００１７】この場合、目標の加減速度を加減速度Ａか
ら加減速度Ｂに低くすると、負荷の目標の位置への近づ
き方が遅くなる。つまり偏差Ｅの減り方が遅くなる。こ
れに対して、実際のゲインの切り換え時間は図２（ｂ）
に低い加減速度Ｂに対応させて示すように前記と同じ時
間ｔのままであるので、実質はゲインを急激に変化させ
たのと同じ結果となる。このためアクチュエータに入力
されるゲインが急激に変化し、また不連続となって停止
状態への移行が振動的になりやすいし、外乱に影響され
やすい。

【００１８】これに対処するには、ゲインの切り換え時
間を目標となる加減速度に応じて、また外乱の状態に応
じて逐次変更しなければならない。上記の例のように目
標の加減速度を低くする場合は、切り換え時間を長くす
る必要がある。

【００１９】しかし、このゲインの切り換え時間を目標
の加減速度の変化に対応して逐次設定するにも、系の特
性方程式は単純でなく再度の試行錯誤を伴うので、多大
な労力と時間が必要である。また、予期しない外乱に対
して対応するのは困難である。

【００２０】これに、低い加減速度に対応した切換時間
の設定によって対応しようとすれば、高い加減速度の場
合に時間が無駄に長く掛かってしまう問題がある。

【００２１】そこで本発明は、以上のような問題を解消
することを課題とし、目標の加減速度の変化や外乱にリ
アルタイムで対応して、負荷の位置決めを、目標となる
加減速度が高い場合の無駄な時間消費なしに安定して行
える位置決めサーボ機構のゲイン切換装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の位置決めサーボ
機構のゲイン切換装置は、上記のような目的を達成する
ために、負荷の目標値とフィードバック値との偏差に基
づき負荷を目標値まで動作させるのに、負荷が最終的な
位置決め位置に到達した時点で、動作中のゲインを停止
中のゲインに切り換えるようにした位置決めサーボ機構
のゲイン切換装置において、前記ゲイン切り換え時点以
降の各所定の時点で、前記偏差と最終的な停止中のゲイ
ンとの積に対する、前記偏差と停止中の各所定時点より
前の所定時点で設定されたゲインのフィードバック値と
の積の差を取り込み、停止中のゲインを更新する制御手
段を備えたことを特徴とするものである。

【００２３】

【作用】本発明の位置決めサーボ機構のゲイン切換装置
の上記構成では、負荷が最終的な位置決め位置に到達し
た時点で、動作中のゲインを停止中のゲインに切り換え
るのに、制御手段の働きにより、前記時点以降の各所定
時点で、負荷の目標値およびフィードバック値の偏差と
最終的な停止中のゲインとの積に対する、前記偏差と前
記各所定時点の前の所定時点で設定された停止中のゲイ
ンのフィードバック値との積の差を取り込んだ、停止中
のゲインの更新を行い、この積の差が系の目標の加減速
度に応じた負荷の目標位置への実際の近づき状態を表し
ているのを停止中のゲインに反映させるので、目標の加
減速度が変化しても、また予期しない外乱があっても、
リアルタイムでこれらに対応することができる。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例としての位置決めサー
ボ機構のゲイン切換装置について、図１、図２を参照し
ながら説明する。

【００２５】本実施例の装置は図１にブロック図で示し
てあるように、負荷を駆動するアクチュエータ１の実際
位置の値がセンサ２によって常時検出され、これが指令
発生器３からアクチュエータ１に向けた目標値の出力ラ
インの加合せ点６にフィードバックされる。

【００２６】また、加合せ点６での目標値とフィードバ
ック値との偏差Ｅは、これと動作中のゲインＫ_A との積
Ｋ_A ・Ｅをとる動作中のゲイン設定ライン３ａと、停止
中のゲインＫ_B との積Ｋ_B ・Ｅをとる停止中のゲイン設
定ライン３ｂとに出力され、この両ライン３ａ、３ｂが
切換スイッチ５によってアクチュエータ１に択一的に切
り換えて接続されるようにしてある。

【００２７】さらに切換スイッチ５は切換器４によって
切り換えられるが、切換器４はこれに入力される指令発
生器３からの目標値とセンサ２からのフィードバック値
とによって最終的な位置決め位置であると判別した時点
で、切換スイッチ５を動作中のゲイン設定ライン３ａか
ら停止中のゲイン設定ライン３ｂに切り換え、アクチュ
エータ１に与えるゲインが動作中のゲインから停止中の
ゲインに切り換わるようにする。

【００２８】本実施例では特に、前記判別時点以降の各
所定の時点で、停止中のゲイン設定ライン３ｂに、前記
偏差Ｅと停止中最終的なゲインＫ_Beとの積Ｋ_Be・Ｅに対
する、偏差Ｅと前記各所定の時点の前の所定の時点で設
定された停止中のゲインのフィードバック値Ｋ_Bi-Xとの
積Ｋ_Bi-x・Ｅの差を持って停止中のゲインＫ_B を更新す
る更新ゲイン設定ライン３ｃを設けてある。

【００２９】フィードバック値Ｋ_Bi-xは、各所定の幾つ
前の時点で設定された停止中のゲインのフィードバック
値を、どのように用いてもよく、種々の実際条件に合わ
せて決定すればよい。本実施例の場合、前回の停止中の
ゲインＫ_Bi-1を利用している。具体的には、前回の停止
中のゲインＫ_Bi-1と、前回の停止中のゲインＫ_Bi-1から
算出された偏差Ｅとの積Ｋ_Bi-1・Ｅであるアクチュエー
タ１への入力Ｕ_Bi-1と最終的な停止中のゲインＫ_Beから
算出されたＫ_Be・Ｅであるアクチュエータ１への入力Ｕ
_Beとの差に従来例で示した定数βを掛け合わせたものと
を、加算し、この加算した結果を今回の停止中のゲイン
Ｋ_Biとするものである。

【００３０】これを式で表せば、以下の数式（２）のよ
うになる。

【００３１】 Ｋ_Bi＝Ｋ_Bi-1＋β・（Ｕ_Be−Ｕ_Bi-1） −−−−−（２） Ｋ_Bi：ｉ番目の停止中のゲイン Ｕ_Be＝Ｋ_Be・Ｅ Ｕ_Bi＝Ｋ_Bi・Ｅ ここで、前記した従来例の場合と比較しやすくするた
め、図２（ａ）に示すように目標の加減速度をＡの高い
ものからＢの低いものに変化させた場合を考える。

【００３２】本実施例では、負荷の目標値とフィードバ
ック値との偏差Ｅと最終的な停止中のゲインＫ_Beとの積
Ｕ_Beに対する、前記偏差Ｅと前記各所定時点の前の所定
時点で設定された停止中のゲインのフィードバック値Ｋ
_Bi-xとの積Ｕ_Bi-xの差を取り込んで、各所定時点にて停
止中のゲインＫ_B を更新することにより、この積の差が
系の目標の加減速度に応じた負荷の目標位置への実際の
近づき状態を表しているのを停止中のゲインに反映させ
ることができる。

【００３３】具体的には、目標の加減速度が高い場合、
目標の位置への負荷の近づきが速くなる。つまり前記積
の差の減り方も速い。逆に目標の加減速度が低い場合、
目標位置への負荷の近づきが遅く、前記積の差の減り方
が遅くなる。

【００３４】したがって、前記積の差の減り方が速けれ
ば、停止中のゲインも速く最終的なゲインに近づくし、
前記積の差の減り方が遅ければ、停止中のゲインもゆっ
くりと最終的なゲインに近づくことになり、アクチュエ
ータ１への入力もこれに応じて変化する。

【００３５】これにより、図２（ｃ）に示すように、目
標となる加減速度がＡのように高い場合でも、Ｂのよう
に低い場合でも、停止中のゲインは連続して滑らかに変
化するので、位置決め制御を、加減速度の変化に対応し
て安定して、しかも目標の加減速度が高い場合での無駄
な時間消費なしに達成することができるし、予期しない
外乱があってもこれにもリアルタイムで対応することが
できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の位置決めサーボ機構のゲイン切
換装置によれば、負荷が最終的な位置決め位置に到達し
た時点以降の各所定時点で停止中のゲインの更新を行う
のに、系の目標の加減速度に応じた負荷の目標位置への
実際の近づき状態を表している要素を停止中のゲインに
反映させ、目標の加減速度が変化しても、また予期しな
い外乱があっても、リアルタイムでこれらに対応できる
ようにするので、位置決め制御を安定して高精度に達成
することができるし、目標となる加減速度が高い場合の
無駄な時間消費はなく常に最大限迅速に位置決めするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された一実施例としてのゲイン切
換装置を持った位置決めサーボ機構を示すブロック図で
ある。

【図２】目標加減速度が変化したときの従来技術と本発
明の一実施例との比較説明図である。

【図３】従来の位置決めサーボ機構のゲイン切換装置に
よるゲイン切り換え状態のイメージ図である。

【図４】従来のゲイン切換装置を持った位置決めサーボ
機構を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ センサ ３ 指令発生器 ３ｃ 更新ゲイン設定ライン ４ 切換器 ５ 切換スイッチ ６ 加合せ点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷の目標値とフィードバック値との偏
   差に基づき負荷を目標値まで動作させるのに、負荷が最
   終的な位置決め位置に到達した時点で、動作中のゲイン
   を停止中のゲインに切り換えるようにした位置決めサー
   ボ機構のゲイン切換装置において、 前記ゲイン切り換え時点以降の各所定の時点で、前記偏
   差と最終的な停止中のゲインとの積に対する、前記偏差
   と停止中の各所定時点より前の所定時点で設定されたゲ
   インのフィードバック値との積の差を取り込み、停止中
   のゲインを更新する制御手段を備えたことを特徴とする
   位置決めサーボ機構のゲイン切換装置。