JPH0888990A - モータの位置制御装置 - Google Patents
モータの位置制御装置Info
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- JPH0888990A JPH0888990A JP6219904A JP21990494A JPH0888990A JP H0888990 A JPH0888990 A JP H0888990A JP 6219904 A JP6219904 A JP 6219904A JP 21990494 A JP21990494 A JP 21990494A JP H0888990 A JPH0888990 A JP H0888990A
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- feedforward
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- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 フィードフォワード効果と外乱抑制効果の両
立を可能にする。 【構成】 位置制御部1aは、回転位置指令Pcとモー
タ3の位置フィードバックPfを入力として回転速度指
令Vcを出力する。速度制御部2はこの指令Vcを入力
としてモータ3の回転速度を制御する。位置ループゲイ
ン算出部17、フィードフォワードゲイン算出部18
は、位置偏差ΔPに応じて一次フィルタ15aの時定数
Tfa=(1−Kfa)/Kpaを満たすように位置ル
ープゲインKpa、フィードフォワードゲインKfaを
算出する。そして、乗算器12a、一次フィルタ15a
の出力が加算されることにより、回転速度指令Vcが位
置制御部1aから出力される。
立を可能にする。 【構成】 位置制御部1aは、回転位置指令Pcとモー
タ3の位置フィードバックPfを入力として回転速度指
令Vcを出力する。速度制御部2はこの指令Vcを入力
としてモータ3の回転速度を制御する。位置ループゲイ
ン算出部17、フィードフォワードゲイン算出部18
は、位置偏差ΔPに応じて一次フィルタ15aの時定数
Tfa=(1−Kfa)/Kpaを満たすように位置ル
ープゲインKpa、フィードフォワードゲインKfaを
算出する。そして、乗算器12a、一次フィルタ15a
の出力が加算されることにより、回転速度指令Vcが位
置制御部1aから出力される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばNC工作機械や
ロボット等のモータ応用システムに用いられる、フィー
ドバック制御にフィードフォワード制御を併用したモー
タの位置制御装置に関し、特に外乱応答性能を高めるこ
とができるモータの位置制御装置に関するものである。
ロボット等のモータ応用システムに用いられる、フィー
ドバック制御にフィードフォワード制御を併用したモー
タの位置制御装置に関し、特に外乱応答性能を高めるこ
とができるモータの位置制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】フィードバック系にフィードフォワード
系を重畳し、回転位置指令に少ない偏差量で高速に追従
するモータの高精度位置制御方式はよく知られている。
図5は従来のモータ位置制御装置のブロック図である。
1はモータの回転位置指令Pcとモータの位置フィード
バックPfを入力としてモータの回転速度指令Vcを出
力しモータの回転位置を制御する位置制御部、2はこの
位置制御部1から出力された回転速度指令Vcを入力と
してモータの回転速度を制御する速度制御部、3はモー
タ、4はエンコーダ等を用いモータ3の回転位置を検出
し位置フィードバックPfを出力する位置検出器、5は
モータ3に接続される機械要素、Pεはこの機械要素5
によって生じる外乱である。
系を重畳し、回転位置指令に少ない偏差量で高速に追従
するモータの高精度位置制御方式はよく知られている。
図5は従来のモータ位置制御装置のブロック図である。
1はモータの回転位置指令Pcとモータの位置フィード
バックPfを入力としてモータの回転速度指令Vcを出
力しモータの回転位置を制御する位置制御部、2はこの
位置制御部1から出力された回転速度指令Vcを入力と
してモータの回転速度を制御する速度制御部、3はモー
タ、4はエンコーダ等を用いモータ3の回転位置を検出
し位置フィードバックPfを出力する位置検出器、5は
モータ3に接続される機械要素、Pεはこの機械要素5
によって生じる外乱である。
【0003】また、11は回転位置指令Pcと位置フィ
ードバックPfの差分である位置偏差ΔPを求める減算
器、12は位置偏差ΔPに位置ループゲインKpを乗ず
る乗算器、13は回転位置指令Pcを微分する微分器、
14はこの微分器13の出力にフィードフォワードゲイ
ンKfを乗ずる乗算器、15は乗算器14の出力を入力
としフィードフォワードゲインKfに応じて決まる時定
数Tfを有する一次フィルタ、16は乗算器12と一次
フィルタ15の出力を加算して加算結果を回転速度指令
Vcとして速度制御部2に出力する加算器である。
ードバックPfの差分である位置偏差ΔPを求める減算
器、12は位置偏差ΔPに位置ループゲインKpを乗ず
る乗算器、13は回転位置指令Pcを微分する微分器、
14はこの微分器13の出力にフィードフォワードゲイ
ンKfを乗ずる乗算器、15は乗算器14の出力を入力
としフィードフォワードゲインKfに応じて決まる時定
数Tfを有する一次フィルタ、16は乗算器12と一次
フィルタ15の出力を加算して加算結果を回転速度指令
Vcとして速度制御部2に出力する加算器である。
【0004】このようなモータ位置制御装置は、位置偏
差ΔPを0にするフィードバック制御系と、回転位置指
令Pcの変化を速度制御部2に速く伝えるフィードフォ
ワード制御系の2つの制御系で構成され、位置制御部1
内の減算器11、乗算器12は位置検出器4と共にフィ
ードバック系を形成し、微分器13と乗算器14と一次
フィルタ15はフィードフォワード系を形成する。
差ΔPを0にするフィードバック制御系と、回転位置指
令Pcの変化を速度制御部2に速く伝えるフィードフォ
ワード制御系の2つの制御系で構成され、位置制御部1
内の減算器11、乗算器12は位置検出器4と共にフィ
ードバック系を形成し、微分器13と乗算器14と一次
フィルタ15はフィードフォワード系を形成する。
【0005】図6はこのモータ位置制御装置を用いた制
御系のブロック線図である。図6に示すように、微分器
13の伝達関数はS、乗算器14の伝達関数はフィード
フォワードゲインKf、一次フィルタ15の伝達関数は
1/(1+Tf×S)となることにより、フィードフォ
ワード系の伝達関数Gfは次式となる。 Gf=Kf×S/(1+Tf×S) ・・・(1) また、乗算器12の伝達関数は位置ループゲインKp、
速度制御部2の伝達関数はGv、回転速度の積分形式で
求める位置情報の位置フィードバックPfを出力する位
置検出器4の伝達関数は1/Sで示される。
御系のブロック線図である。図6に示すように、微分器
13の伝達関数はS、乗算器14の伝達関数はフィード
フォワードゲインKf、一次フィルタ15の伝達関数は
1/(1+Tf×S)となることにより、フィードフォ
ワード系の伝達関数Gfは次式となる。 Gf=Kf×S/(1+Tf×S) ・・・(1) また、乗算器12の伝達関数は位置ループゲインKp、
速度制御部2の伝達関数はGv、回転速度の積分形式で
求める位置情報の位置フィードバックPfを出力する位
置検出器4の伝達関数は1/Sで示される。
【0006】このようなモータ位置制御装置において、
位置偏差ΔPは回転位置指令Pcと位置フィードバック
Pfの差分なので、位置偏差ΔPを減少させることがで
きると経路誤差の少ない運動制御ができ、ロボットやN
C工作機械などの適用システムの高精度化に大いに役立
つ。そして、フィードフォワード制御を加えると、この
位置偏差ΔPを減少させることができるので、上記のよ
うなフィードフォワード制御を加える方法が近年多用さ
れている。
位置偏差ΔPは回転位置指令Pcと位置フィードバック
Pfの差分なので、位置偏差ΔPを減少させることがで
きると経路誤差の少ない運動制御ができ、ロボットやN
C工作機械などの適用システムの高精度化に大いに役立
つ。そして、フィードフォワード制御を加えると、この
位置偏差ΔPを減少させることができるので、上記のよ
うなフィードフォワード制御を加える方法が近年多用さ
れている。
【0007】ところで、一般のモータ応用システムでは
モータに接続された機械要素から外乱を受け、位置偏差
を生ずる。そこで、上記のモータ位置制御装置の外乱応
答特性について考察する。図6において、回転位置指令
Pc=0とすると、外乱入力Pεに対するモータ3の位
置フィードバックPfの伝達関数は次式となる。 Pf/Pε=−{1/(Kp×Gv)} /[1+{1/(Kp×Gv)}×S] ・・・(2)
モータに接続された機械要素から外乱を受け、位置偏差
を生ずる。そこで、上記のモータ位置制御装置の外乱応
答特性について考察する。図6において、回転位置指令
Pc=0とすると、外乱入力Pεに対するモータ3の位
置フィードバックPfの伝達関数は次式となる。 Pf/Pε=−{1/(Kp×Gv)} /[1+{1/(Kp×Gv)}×S] ・・・(2)
【0008】ここで、速度制御部2の伝達関数Gvは、
一般に位置制御部1で必要とする周波数特性に比して十
分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似すると、式
(2)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pε=−(1/Kp)/{1+(1/Kp)×S} ・・・(3) このとき、外乱入力Pεに対する位置偏差ΔPの伝達関
数ΔP/Pεは次式で示される。 ΔP/Pε=(1/Kp)/{1+(1/Kp)×S} ・・・(4)
一般に位置制御部1で必要とする周波数特性に比して十
分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似すると、式
(2)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pε=−(1/Kp)/{1+(1/Kp)×S} ・・・(3) このとき、外乱入力Pεに対する位置偏差ΔPの伝達関
数ΔP/Pεは次式で示される。 ΔP/Pε=(1/Kp)/{1+(1/Kp)×S} ・・・(4)
【0009】式(3)、(4)から外乱の影響を軽減す
るには、位置ループゲインKpを高くすることが望まし
いことが分かる。ところが、現実には式(3)で近似し
た式(2)の速度制御部伝達関数Gvの周波数特性を、
位置制御部1で必要とする周波数特性に比して十分高く
取ることができないため、位置ループゲインKpを高く
すると、位置制御ループの安定性が損なわれるという問
題がある。以上の理由から、高い位置ループゲインKp
の実現による外乱の影響の軽減は、現在のところ難しい
状況にある。
るには、位置ループゲインKpを高くすることが望まし
いことが分かる。ところが、現実には式(3)で近似し
た式(2)の速度制御部伝達関数Gvの周波数特性を、
位置制御部1で必要とする周波数特性に比して十分高く
取ることができないため、位置ループゲインKpを高く
すると、位置制御ループの安定性が損なわれるという問
題がある。以上の理由から、高い位置ループゲインKp
の実現による外乱の影響の軽減は、現在のところ難しい
状況にある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】フィードフォワード系
を取り入れた従来のモータ位置制御装置によれば、位置
ループの安定性を損なわずに位置ループゲインを大きく
したのと等価的な伝達関数を持つ位置制御系を簡単に実
現でき、位置偏差の少ない高精度位置制御システムを構
築することができた。しかし、これを実際のモータ応用
システムに適用する場合、外乱に対してフィードフォワ
ード系は無効であることから、位置ループゲインが上げ
られないシステムにおいて外乱の影響により位置偏差が
生じ、位置偏差を少なくすることができるという上記モ
ータ位置制御装置の利点が損なわれるという問題点があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされたも
ので、フィードフォワード効果と外乱抑制効果の両立を
可能にしたモータの位置制御装置を提供することを目的
とする。
を取り入れた従来のモータ位置制御装置によれば、位置
ループの安定性を損なわずに位置ループゲインを大きく
したのと等価的な伝達関数を持つ位置制御系を簡単に実
現でき、位置偏差の少ない高精度位置制御システムを構
築することができた。しかし、これを実際のモータ応用
システムに適用する場合、外乱に対してフィードフォワ
ード系は無効であることから、位置ループゲインが上げ
られないシステムにおいて外乱の影響により位置偏差が
生じ、位置偏差を少なくすることができるという上記モ
ータ位置制御装置の利点が損なわれるという問題点があ
った。本発明は、上記課題を解決するためになされたも
ので、フィードフォワード効果と外乱抑制効果の両立を
可能にしたモータの位置制御装置を提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のモータの位置制
御装置における位置制御部は、位置偏差に位置ループゲ
インを乗ずるフィードバック制御部と、回転位置指令の
微分出力にフィードフォワードゲインを乗じた結果を一
次遅れ要素を通した特性で出力するフィードフォワード
制御部と、フィードバック制御部とフィードフォワード
制御部の出力を加算して加算結果を回転速度指令として
速度制御部に出力する加算器と、位置偏差に応じた位置
ループゲインを算出してフィードバック制御部に出力す
る位置ループゲイン算出部と、位置偏差に応じたフィー
ドフォワードゲインを算出してフィードフォワード制御
部に出力するフィードフォワードゲイン算出部とからな
るものである。
御装置における位置制御部は、位置偏差に位置ループゲ
インを乗ずるフィードバック制御部と、回転位置指令の
微分出力にフィードフォワードゲインを乗じた結果を一
次遅れ要素を通した特性で出力するフィードフォワード
制御部と、フィードバック制御部とフィードフォワード
制御部の出力を加算して加算結果を回転速度指令として
速度制御部に出力する加算器と、位置偏差に応じた位置
ループゲインを算出してフィードバック制御部に出力す
る位置ループゲイン算出部と、位置偏差に応じたフィー
ドフォワードゲインを算出してフィードフォワード制御
部に出力するフィードフォワードゲイン算出部とからな
るものである。
【0012】また、位置ループゲイン算出部は、位置偏
差が小さいとき、通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力するものである。また、フィードフォ
ワードゲイン算出部は、フィードフォワードゲインKf
を位置ループゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに
対して、Tf=(1−Kf)/Kpを満たすように算出
するものである。
差が小さいとき、通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力するものである。また、フィードフォ
ワードゲイン算出部は、フィードフォワードゲインKf
を位置ループゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに
対して、Tf=(1−Kf)/Kpを満たすように算出
するものである。
【0013】
【作用】本発明によれば、位置ループゲイン算出部が位
置偏差に応じた位置ループゲインを算出し、フィードフ
ォワードゲイン算出部が位置偏差に応じたフィードフォ
ワードゲインを算出する。そして、フィードバック制御
部が位置偏差に上記の位置ループゲインを乗じ、フィー
ドフォワード制御部が回転位置指令の微分出力に上記の
フィードフォワードゲインを乗じた結果を一次遅れ要素
を通した特性で出力し、加算器がフィードバック制御部
とフィードフォワード制御部の出力を加算することによ
り、位置制御部から回転速度指令が出力される。
置偏差に応じた位置ループゲインを算出し、フィードフ
ォワードゲイン算出部が位置偏差に応じたフィードフォ
ワードゲインを算出する。そして、フィードバック制御
部が位置偏差に上記の位置ループゲインを乗じ、フィー
ドフォワード制御部が回転位置指令の微分出力に上記の
フィードフォワードゲインを乗じた結果を一次遅れ要素
を通した特性で出力し、加算器がフィードバック制御部
とフィードフォワード制御部の出力を加算することによ
り、位置制御部から回転速度指令が出力される。
【0014】また、位置ループゲイン算出部は、位置偏
差が小さいとき、通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力する。また、フィードフォワードゲイ
ン算出部は、フィードフォワードゲインKfを位置ルー
プゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに対して、T
f=(1−Kf)/Kpを満たすように算出する。
差が小さいとき、通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力する。また、フィードフォワードゲイ
ン算出部は、フィードフォワードゲインKfを位置ルー
プゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに対して、T
f=(1−Kf)/Kpを満たすように算出する。
【0015】
【実施例】図1は本発明の1実施例を示すモータ位置制
御装置のブロック図であり、図5と同一の部分には同一
の符号を付してある。1aは位置制御部、12aは位置
偏差ΔPに後述する位置ループゲイン算出部から出力さ
れた位置ループゲインKpaを乗ずる乗算器、14aは
微分器13の出力に後述するフィードフォワードゲイン
算出部から出力されたフィードフォワードゲインKfa
を乗ずる乗算器、15aは図5の一次フィルタ15と同
様で時定数Tfaを有する一次フィルタである。
御装置のブロック図であり、図5と同一の部分には同一
の符号を付してある。1aは位置制御部、12aは位置
偏差ΔPに後述する位置ループゲイン算出部から出力さ
れた位置ループゲインKpaを乗ずる乗算器、14aは
微分器13の出力に後述するフィードフォワードゲイン
算出部から出力されたフィードフォワードゲインKfa
を乗ずる乗算器、15aは図5の一次フィルタ15と同
様で時定数Tfaを有する一次フィルタである。
【0016】また、17は位置偏差ΔPに応じた位置ル
ープゲインKpaを算出する位置ループゲイン算出部、
18は位置偏差ΔPに応じたフィードフォワードゲイン
Kfaを算出するフィードフォワードゲイン算出部であ
る。そして、乗算器12aがフィードバック制御部を構
成し、微分器13、乗算器14a、一次フィルタ15a
がフィードフォワード制御部を構成している。
ープゲインKpaを算出する位置ループゲイン算出部、
18は位置偏差ΔPに応じたフィードフォワードゲイン
Kfaを算出するフィードフォワードゲイン算出部であ
る。そして、乗算器12aがフィードバック制御部を構
成し、微分器13、乗算器14a、一次フィルタ15a
がフィードフォワード制御部を構成している。
【0017】このモータ位置制御装置は、図5の例と同
様に、位置偏差ΔPを0にするフィードバック制御系
と、回転位置指令Pcの変化を速度制御部2に速く伝え
るフィードフォワード制御系の2つの制御系で構成され
ている。次に、本実施例のモータ位置制御装置の回転位
置指令Pcから見た動作について説明する。図2は図1
のモータ位置制御装置を用いた制御系のブロック線図で
ある。
様に、位置偏差ΔPを0にするフィードバック制御系
と、回転位置指令Pcの変化を速度制御部2に速く伝え
るフィードフォワード制御系の2つの制御系で構成され
ている。次に、本実施例のモータ位置制御装置の回転位
置指令Pcから見た動作について説明する。図2は図1
のモータ位置制御装置を用いた制御系のブロック線図で
ある。
【0018】図2を図6の従来例と比較すると、図6の
場合は位置ループゲインKp及びフィードフォワードゲ
インKfが任意の固定値であるのに対し、本実施例の場
合、位置ループゲインKpaは位置ループゲイン算出部
17によって位置偏差ΔPに応じてKpa=Fp(Δ
P)と常時変化し、フィードフォワードゲインKfaは
フィードフォワードゲイン算出部18によって位置偏差
ΔPに応じてKfa=Ff(ΔP)と常時変化する点が
異なる。
場合は位置ループゲインKp及びフィードフォワードゲ
インKfが任意の固定値であるのに対し、本実施例の場
合、位置ループゲインKpaは位置ループゲイン算出部
17によって位置偏差ΔPに応じてKpa=Fp(Δ
P)と常時変化し、フィードフォワードゲインKfaは
フィードフォワードゲイン算出部18によって位置偏差
ΔPに応じてKfa=Ff(ΔP)と常時変化する点が
異なる。
【0019】図2において、回転位置指令Pcに対する
モータ3の位置フィードバックPfの伝達関数は外乱入
力Pε=0とすると次式となる。 Pf/Pc={1+(Tfa+Kfa/Kpa)×S} /[(1+Tfa×S)×{1+{1/(Kpa×Gv)}×S}] ・・・(5)
モータ3の位置フィードバックPfの伝達関数は外乱入
力Pε=0とすると次式となる。 Pf/Pc={1+(Tfa+Kfa/Kpa)×S} /[(1+Tfa×S)×{1+{1/(Kpa×Gv)}×S}] ・・・(5)
【0020】ここで、速度制御部2の伝達関数Gvは、
一般に位置制御部1aで必要とする周波数特性に比して
十分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似しうるの
で、式(5)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pc={1+(Tfa+Kfa/Kpa)×S} /[(1+Tfa×S)×{1+(1/Kpa)×S}] ・・・(6)
一般に位置制御部1aで必要とする周波数特性に比して
十分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似しうるの
で、式(5)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pc={1+(Tfa+Kfa/Kpa)×S} /[(1+Tfa×S)×{1+(1/Kpa)×S}] ・・・(6)
【0021】さて、いま一次フィルタ15aの時定数T
faは、モータ3の固有時定数に基づいて任意の値に設
定するものとする。そして、位置ループゲイン算出部1
7は、位置ループゲインKpaを次式のように算出す
る。 Kpa=Fp(ΔP) =Kp1 (ただし、0≦|ΔP|<D1) ={(Kp2−Kp1)/(D2−D1)}×(ΔP−D1)+Kp1 (ただし、D1≦|ΔP|<D2) =Kp2 (ただし、D2≦|ΔP|) ・・・(7)
faは、モータ3の固有時定数に基づいて任意の値に設
定するものとする。そして、位置ループゲイン算出部1
7は、位置ループゲインKpaを次式のように算出す
る。 Kpa=Fp(ΔP) =Kp1 (ただし、0≦|ΔP|<D1) ={(Kp2−Kp1)/(D2−D1)}×(ΔP−D1)+Kp1 (ただし、D1≦|ΔP|<D2) =Kp2 (ただし、D2≦|ΔP|) ・・・(7)
【0022】また、フィードフォワードゲイン算出部1
8は、フィードフォワードゲインKfaを次式のように
算出する。 Kfa=Ff(ΔP) =1−Tfa×Kp1 (ただし、0≦|ΔP|<D1) =1−{(Kp2−Kp1)/(D2−D1)}×(ΔP−D1)×Tfa −Tfa×Kp1 (ただし、D1≦|ΔP|<D2) =1−Tfa×Kp2 (ただし、D2≦|ΔP|) ・・・(8)
8は、フィードフォワードゲインKfaを次式のように
算出する。 Kfa=Ff(ΔP) =1−Tfa×Kp1 (ただし、0≦|ΔP|<D1) =1−{(Kp2−Kp1)/(D2−D1)}×(ΔP−D1)×Tfa −Tfa×Kp1 (ただし、D1≦|ΔP|<D2) =1−Tfa×Kp2 (ただし、D2≦|ΔP|) ・・・(8)
【0023】よって、位置ループゲインKpa、フィー
ドフォワードゲインKfaは、一次フィルタ15aの時
定数Tfaと次式の関係が成立するように設定される。 Tfa=(1−Kfa)/Kpa ・・・(9)
ドフォワードゲインKfaは、一次フィルタ15aの時
定数Tfaと次式の関係が成立するように設定される。 Tfa=(1−Kfa)/Kpa ・・・(9)
【0024】式(7)、(8)において、D1、D2は
位置偏差ΔPのしきい値を設定する任意の値である。そ
して、通常値となるKp2は、位置ループゲインKpa
の下限を設定する任意の値であり、一般的に図5の従来
例における位置ループゲインKpと同じ値に設定され
る。また、通常値Kp2より大きい所定値であるKp1
は、位置ループゲインKpaの上限を設定する任意の値
である。
位置偏差ΔPのしきい値を設定する任意の値である。そ
して、通常値となるKp2は、位置ループゲインKpa
の下限を設定する任意の値であり、一般的に図5の従来
例における位置ループゲインKpと同じ値に設定され
る。また、通常値Kp2より大きい所定値であるKp1
は、位置ループゲインKpaの上限を設定する任意の値
である。
【0025】このように設定することにより、位置偏差
ΔPの微小領域(0≦|ΔP|<D1)では位置ループ
ゲインKpaを大きくすることができ、位置偏差ΔPが
大きな領域(D2≦|ΔP|)では位置ループゲインK
paを小さく抑えて位置ループの安定性を確保すること
ができる。また、位置ループゲインKpaがKp1とK
p2の間で急激に変化することによる位置ループの安定
性への影響を抑えるために、D1とD2を設けこの間で
は連続した位置ループゲインKpaを算出する。
ΔPの微小領域(0≦|ΔP|<D1)では位置ループ
ゲインKpaを大きくすることができ、位置偏差ΔPが
大きな領域(D2≦|ΔP|)では位置ループゲインK
paを小さく抑えて位置ループの安定性を確保すること
ができる。また、位置ループゲインKpaがKp1とK
p2の間で急激に変化することによる位置ループの安定
性への影響を抑えるために、D1とD2を設けこの間で
は連続した位置ループゲインKpaを算出する。
【0026】そして、式(7)で算出したKpa及び式
(8)で算出したKfaは式(9)を満たすので、式
(9)を式(6)に適用して次式が得られる。 Pf/Pc=1/{1+(1/*Kpa)×S} ・・・(10) ただし、式(10)の*Kpaは次式で示される。 *Kpa=1/Tfa=Kpa/(1−Kfa) ・・・(11)
(8)で算出したKfaは式(9)を満たすので、式
(9)を式(6)に適用して次式が得られる。 Pf/Pc=1/{1+(1/*Kpa)×S} ・・・(10) ただし、式(10)の*Kpaは次式で示される。 *Kpa=1/Tfa=Kpa/(1−Kfa) ・・・(11)
【0027】式(10)は、フィードフォワード制御系
を用いずに位置ループゲインを*Kpaとした場合の伝
達関数と等しい。したがって、フィードフォワード制御
をフィードバック制御に併用した方式により、位置ルー
プゲインKpaを1/(1−Kfa)倍に大きくしたの
と等価な伝達関数を持つ位置制御系を実現できることが
分かる。
を用いずに位置ループゲインを*Kpaとした場合の伝
達関数と等しい。したがって、フィードフォワード制御
をフィードバック制御に併用した方式により、位置ルー
プゲインKpaを1/(1−Kfa)倍に大きくしたの
と等価な伝達関数を持つ位置制御系を実現できることが
分かる。
【0028】図3は上記のように算出した位置ループゲ
インKpa及びフィードフォワードゲインKfaの位置
偏差ΔPに対する特性を示す図である。図3から明らか
なように、位置ループゲイン算出部17で算出される位
置ループゲインKpaが位置偏差ΔPに応じて変化する
にも拘らず、上記の等価的な位置ループゲイン*Kpa
は位置偏差ΔPに対して一定である。
インKpa及びフィードフォワードゲインKfaの位置
偏差ΔPに対する特性を示す図である。図3から明らか
なように、位置ループゲイン算出部17で算出される位
置ループゲインKpaが位置偏差ΔPに応じて変化する
にも拘らず、上記の等価的な位置ループゲイン*Kpa
は位置偏差ΔPに対して一定である。
【0029】これは、位置制御部1aが非線形要素であ
る位置ループゲイン算出部17、フィードフォワードゲ
イン算出部18を含むにも拘らず、線形性を有すること
を意味しており、一般にモータを複数用いるモータ応用
システムの制御系の設計を容易にする。
る位置ループゲイン算出部17、フィードフォワードゲ
イン算出部18を含むにも拘らず、線形性を有すること
を意味しており、一般にモータを複数用いるモータ応用
システムの制御系の設計を容易にする。
【0030】更に、回転位置指令Pcに対する位置偏差
ΔPの伝達関数は次式で示される。 ΔP/Pc=(Pf−Pc)/Pc ={(1/*Kpa)×S}/{1+(1/*Kpa)×S}・・(12) この式(12)の伝達関数を利用して位置偏差ΔPの時
間応答を求めることができる。図4は本実施例における
位置偏差ΔPのステップ応答特性図である。
ΔPの伝達関数は次式で示される。 ΔP/Pc=(Pf−Pc)/Pc ={(1/*Kpa)×S}/{1+(1/*Kpa)×S}・・(12) この式(12)の伝達関数を利用して位置偏差ΔPの時
間応答を求めることができる。図4は本実施例における
位置偏差ΔPのステップ応答特性図である。
【0031】図4において、201は、フィードフォワ
ードゲインKfa=0、すなわちフィードフォワードを
効かさない場合の応答で位置偏差ΔPは時定数Tpの一
次遅れ応答で定常値Fc×Tpに向かって収束する。こ
こで、Fcは回転位置指令Pcの増加速度、時定数Tp
は位置ループゲインKpaの逆数(1/Kpa)であ
る。
ードゲインKfa=0、すなわちフィードフォワードを
効かさない場合の応答で位置偏差ΔPは時定数Tpの一
次遅れ応答で定常値Fc×Tpに向かって収束する。こ
こで、Fcは回転位置指令Pcの増加速度、時定数Tp
は位置ループゲインKpaの逆数(1/Kpa)であ
る。
【0032】位置偏差ΔPを小さくするには、位置ルー
プゲインKpaを大きくし時定数Tpを小さくする方法
が考えられるが、現実には式(6)で近似した式(5)
の速度制御部伝達関数Gvの周波数特性を、位置制御部
1aで必要とする周波数特性に比して十分高く取ること
ができないため、位置ループゲインKpaを大きくする
と、位置制御ループの安定性が損なわれるという問題が
あり実現が難しい。
プゲインKpaを大きくし時定数Tpを小さくする方法
が考えられるが、現実には式(6)で近似した式(5)
の速度制御部伝達関数Gvの周波数特性を、位置制御部
1aで必要とする周波数特性に比して十分高く取ること
ができないため、位置ループゲインKpaを大きくする
と、位置制御ループの安定性が損なわれるという問題が
あり実現が難しい。
【0033】また、202は一次フィルタ15aの時定
数をTfa=0、すなわち一次フィルタ無効の状態でフ
ィードフォワードを効かせた場合の応答で、位置偏差Δ
Pの収束値がFc×Tp×(1−Kfa)になることか
ら明らかなように、収束値がフィードフォワードを効か
さない場合の(1−Kfa)倍に減少することが分かる
(ただし、0<Kfa<1)。
数をTfa=0、すなわち一次フィルタ無効の状態でフ
ィードフォワードを効かせた場合の応答で、位置偏差Δ
Pの収束値がFc×Tp×(1−Kfa)になることか
ら明らかなように、収束値がフィードフォワードを効か
さない場合の(1−Kfa)倍に減少することが分かる
(ただし、0<Kfa<1)。
【0034】また、203は一次フィルタ15aを通し
てフィードフォワードを効かせた本実施例の応答で、位
置偏差ΔPの収束値がフィードフォワードを効かさない
場合の(1−Kfa)倍に減少し、収束の時定数が(1
−Kfa)倍に短くなることが分かる。このように、本
実施例の構成により、位置偏差ΔPを減少させることが
できる。
てフィードフォワードを効かせた本実施例の応答で、位
置偏差ΔPの収束値がフィードフォワードを効かさない
場合の(1−Kfa)倍に減少し、収束の時定数が(1
−Kfa)倍に短くなることが分かる。このように、本
実施例の構成により、位置偏差ΔPを減少させることが
できる。
【0035】以上で説明した式(10)〜(12)で示
される伝達関数、そして図4で示される位置偏差ΔPの
ステップ応答特性は、図5の従来例と同様である。した
がって、回転位置指令Pcから見た制御特性は、位置ル
ープゲイン算出部17及びフィードフォワードゲイン算
出部18による位置ループゲインKpa、フィードフォ
ワードゲインKfaの変化の影響を受けず、従来と同様
のフィードフォワード効果が得られることが分かる。
される伝達関数、そして図4で示される位置偏差ΔPの
ステップ応答特性は、図5の従来例と同様である。した
がって、回転位置指令Pcから見た制御特性は、位置ル
ープゲイン算出部17及びフィードフォワードゲイン算
出部18による位置ループゲインKpa、フィードフォ
ワードゲインKfaの変化の影響を受けず、従来と同様
のフィードフォワード効果が得られることが分かる。
【0036】次に、本実施例の外乱応答特性について考
察する。図2において、回転位置指令Pc=0とする
と、外乱入力Pεに対するモータ3の位置フィードバッ
クPfの伝達関数は次式となる。 Pf/Pε=−{1/(Kpa×Gv)} /[1+{1/(Kpa×Gv)}×S] ・・・(13)
察する。図2において、回転位置指令Pc=0とする
と、外乱入力Pεに対するモータ3の位置フィードバッ
クPfの伝達関数は次式となる。 Pf/Pε=−{1/(Kpa×Gv)} /[1+{1/(Kpa×Gv)}×S] ・・・(13)
【0037】ここで、速度制御部2の伝達関数Gvは、
一般に位置制御部1aで必要とする周波数特性に比して
十分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似すると、式
(13)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pε=−(1/Kpa)/{1+(1/Kpa)×S}・・・(14) このとき、外乱入力Pεに対する位置偏差ΔPの伝達関
数ΔP/Pεは次式で示される。 ΔP/Pε=(1/Kpa)/{1+(1/Kpa)×S} ・・・(15)
一般に位置制御部1aで必要とする周波数特性に比して
十分高い周波数特性を有し、Gv=1と近似すると、式
(13)は次式のように近似表現できる。 Pf/Pε=−(1/Kpa)/{1+(1/Kpa)×S}・・・(14) このとき、外乱入力Pεに対する位置偏差ΔPの伝達関
数ΔP/Pεは次式で示される。 ΔP/Pε=(1/Kpa)/{1+(1/Kpa)×S} ・・・(15)
【0038】式(14)、(15)から外乱の影響を軽
減するには、位置ループゲインKpaを高くすることが
望ましいことが分かる。ところで、一般に外乱の入力P
εの大きさは、フィードバック制御系の特性として、回
転開始又は回転停止等の加速時又は減速時に生ずる位置
偏差ΔPの最大値よりはるかに小さいが、停止中又は低
速回転中に生ずる位置偏差ΔPに比較して大きなものと
なる。
減するには、位置ループゲインKpaを高くすることが
望ましいことが分かる。ところで、一般に外乱の入力P
εの大きさは、フィードバック制御系の特性として、回
転開始又は回転停止等の加速時又は減速時に生ずる位置
偏差ΔPの最大値よりはるかに小さいが、停止中又は低
速回転中に生ずる位置偏差ΔPに比較して大きなものと
なる。
【0039】また、一般に位置ループの安定性を損なわ
ない位置ループゲインの範囲は、モータの位置偏差ΔP
が小さい時は大きくとることができるが、位置偏差ΔP
が大きいときは小さくしなければならないため、固定値
の位置ループゲインKpを用いる図5のような従来例で
は、位置ループゲインKpをその取り得る最大値よりも
小さく設定しなければならない。
ない位置ループゲインの範囲は、モータの位置偏差ΔP
が小さい時は大きくとることができるが、位置偏差ΔP
が大きいときは小さくしなければならないため、固定値
の位置ループゲインKpを用いる図5のような従来例で
は、位置ループゲインKpをその取り得る最大値よりも
小さく設定しなければならない。
【0040】したがって、外乱特性を向上させるには位
置偏差ΔPが大きいときに位置ループゲインを小さく、
位置偏差ΔPが小さいときに位置ループゲインを大きく
することが望ましい。
置偏差ΔPが大きいときに位置ループゲインを小さく、
位置偏差ΔPが小さいときに位置ループゲインを大きく
することが望ましい。
【0041】そして、本実施例では、前述のように位置
ループゲイン算出部17によって位置偏差ΔPが小さい
ときに位置ループゲインKpaを大きくし、位置偏差Δ
Pが大きいときに位置ループゲインKpaを小さな値
(図5のKpに相当)にするので、図5の例に比べて外
乱特性が大きく向上する。以上のように、本実施例によ
れば、フィードフォワード効果による位置制御精度の向
上と外乱抑制効果の向上とを両立させることができる。
ループゲイン算出部17によって位置偏差ΔPが小さい
ときに位置ループゲインKpaを大きくし、位置偏差Δ
Pが大きいときに位置ループゲインKpaを小さな値
(図5のKpに相当)にするので、図5の例に比べて外
乱特性が大きく向上する。以上のように、本実施例によ
れば、フィードフォワード効果による位置制御精度の向
上と外乱抑制効果の向上とを両立させることができる。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、位置偏差に応じた位置
ループゲイン、フィードフォワードゲインを算出する位
置ループゲイン算出部、フィードフォワードゲイン算出
部を設けることにより、フィードバック系の位置ループ
の安定性を損なわずに位置ループゲインを大きくしたの
と等価な伝達関数を持つ位置制御系において、外乱抑制
効果を向上させた位置制御系を実現でき、位置偏差が少
なく、かつ外乱の影響に強い高精度位置制御システムを
構築することができる。
ループゲイン、フィードフォワードゲインを算出する位
置ループゲイン算出部、フィードフォワードゲイン算出
部を設けることにより、フィードバック系の位置ループ
の安定性を損なわずに位置ループゲインを大きくしたの
と等価な伝達関数を持つ位置制御系において、外乱抑制
効果を向上させた位置制御系を実現でき、位置偏差が少
なく、かつ外乱の影響に強い高精度位置制御システムを
構築することができる。
【0043】また、位置ループゲイン算出部が、位置偏
差が小さいときに通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力することにより、外乱抑制効果を容易
に向上させることができる。また、フィードフォワード
ゲイン算出部が、フィードフォワードゲインKfを位置
ループゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに対し
て、Tf=(1−Kf)/Kpを満たすように算出する
ことにより、位置ループゲイン算出部によって位置ルー
プゲインが変化しても、フィードバック系の位置ループ
の安定性が損なわれない位置制御系を容易に実現するこ
とができる。
差が小さいときに通常値より大きい所定値を位置ループ
ゲインとして出力することにより、外乱抑制効果を容易
に向上させることができる。また、フィードフォワード
ゲイン算出部が、フィードフォワードゲインKfを位置
ループゲインKp、一次遅れ要素の時定数Tfに対し
て、Tf=(1−Kf)/Kpを満たすように算出する
ことにより、位置ループゲイン算出部によって位置ルー
プゲインが変化しても、フィードバック系の位置ループ
の安定性が損なわれない位置制御系を容易に実現するこ
とができる。
【図1】 本発明の1実施例を示すモータ位置制御装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図2】 このモータ位置制御装置を用いた制御系のブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図3】 位置偏差ΔPに対する位置ループゲインKp
a及びフィードフォワードゲインKfaの特性を示す図
である。
a及びフィードフォワードゲインKfaの特性を示す図
である。
【図4】 位置偏差ΔPのステップ応答特性図である。
【図5】 従来のモータ位置制御装置のブロック図であ
る。
る。
【図6】 従来の位置制御装置を用いた制御系のブロッ
ク線図である。
ク線図である。
1a…位置制御部、2…速度制御部、3…モータ、4…
位置検出器、11…減算器、12a、14a…乗算器、
13…微分器、15a…一次フィルタ、16…加算器、
17…位置ループゲイン算出部、18…フィードフォワ
ードゲイン算出部。
位置検出器、11…減算器、12a、14a…乗算器、
13…微分器、15a…一次フィルタ、16…加算器、
17…位置ループゲイン算出部、18…フィードフォワ
ードゲイン算出部。
Claims (3)
- 【請求項1】 モータに対する回転位置指令、及びこの
回転位置指令によって駆動されるモータの回転位置を示
す位置フィードバックを入力とし、前記回転位置指令と
位置フィードバックの差分である位置偏差に基づきモー
タの回転位置を制御するための回転速度指令を出力する
位置制御部と、この回転速度指令を入力としてモータの
回転速度を制御する速度制御部と、モータの回転位置を
検出して位置制御部に位置フィードバックを出力する位
置検出器とを備えたモータの位置制御装置において、 前記位置制御部は、位置偏差に位置ループゲインを乗ず
るフィードバック制御部と、 回転位置指令の微分出力にフィードフォワードゲインを
乗じた結果を一次遅れ要素を通した特性で出力するフィ
ードフォワード制御部と、 前記フィードバック制御部とフィードフォワード制御部
の出力を加算して加算結果を回転速度指令として速度制
御部に出力する加算器と、 位置偏差に応じた位置ループゲインを算出して前記フィ
ードバック制御部に出力する位置ループゲイン算出部
と、 前記位置偏差に応じたフィードフォワードゲインを算出
して前記フィードフォワード制御部に出力するフィード
フォワードゲイン算出部とからなることを特徴とするモ
ータの位置制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のモータの位置制御装置に
おいて、 前記位置ループゲイン算出部は、位置偏差が小さいとき
通常値より大きい所定値を位置ループゲインとして出力
することを特徴とするモータの位置制御装置。 - 【請求項3】 請求項2記載のモータの位置制御装置に
おいて、 前記フィードフォワードゲイン算出部は、フィードフォ
ワードゲインKfを位置ループゲインKp、一次遅れ要
素の時定数Tfに対して、Tf=(1−Kf)/Kpを
満たすように算出することを特徴とするモータの位置制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6219904A JPH0888990A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | モータの位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6219904A JPH0888990A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | モータの位置制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888990A true JPH0888990A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16742858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6219904A Pending JPH0888990A (ja) | 1994-09-14 | 1994-09-14 | モータの位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0888990A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004178520A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-06-24 | Nippon Reliance Kk | 位置決め制御装置 |
| JP2010055470A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 機械制御装置 |
| JP2010178509A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | モータ駆動制御装置 |
| JP2011186668A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Mori Seiki Co Ltd | 制御方法及び制御装置 |
| JP2012190344A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Ihi Corp | 制御装置 |
| CN105337558A (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-17 | 日本电产三协株式会社 | 电动机系统 |
| JP2018527599A (ja) * | 2015-06-19 | 2018-09-20 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | 制御システム、位置決めシステム、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| CN113224980A (zh) * | 2020-02-04 | 2021-08-06 | 日本电产三协株式会社 | 电动机控制方法、电动机驱动装置、工业用机器人的控制方法及工业用机器人 |
| 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 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0475113A (ja) * | 1990-07-17 | 1992-03-10 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 制御装置 |
| JPH04100130A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-04-02 | Yaskawa Electric Corp | モータのサーボ制御装置 |
-
1994
- 1994-09-14 JP JP6219904A patent/JPH0888990A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04100130A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-04-02 | Yaskawa Electric Corp | モータのサーボ制御装置 |
| JPH0475113A (ja) * | 1990-07-17 | 1992-03-10 | Sankyo Seiki Mfg Co Ltd | 制御装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004178520A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-06-24 | Nippon Reliance Kk | 位置決め制御装置 |
| JP2010055470A (ja) * | 2008-08-29 | 2010-03-11 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 機械制御装置 |
| JP2010178509A (ja) * | 2009-01-29 | 2010-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | モータ駆動制御装置 |
| JP2011186668A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Mori Seiki Co Ltd | 制御方法及び制御装置 |
| JP2012190344A (ja) * | 2011-03-11 | 2012-10-04 | Ihi Corp | 制御装置 |
| CN105337558A (zh) * | 2014-08-04 | 2016-02-17 | 日本电产三协株式会社 | 电动机系统 |
| JP2018527599A (ja) * | 2015-06-19 | 2018-09-20 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | 制御システム、位置決めシステム、リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| US10401743B2 (en) | 2015-06-19 | 2019-09-03 | Asml Netherlands B.V. | Control system, positioning system, lithographic apparatus and device manufacturing method |
| CN113224980A (zh) * | 2020-02-04 | 2021-08-06 | 日本电产三协株式会社 | 电动机控制方法、电动机驱动装置、工业用机器人的控制方法及工业用机器人 |
| 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 |
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