JPS5933503A - デイジタル位置制御方式 - Google Patents

デイジタル位置制御方式

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JPS5933503A
JPS5933503A JP14326182A JP14326182A JPS5933503A JP S5933503 A JPS5933503 A JP S5933503A JP 14326182 A JP14326182 A JP 14326182A JP 14326182 A JP14326182 A JP 14326182A JP S5933503 A JPS5933503 A JP S5933503A
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JP
Japan
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speed
control system
command
actual
detector
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Pending
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JP14326182A
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English (en)
Inventor
Atsushi Mochizuki
淳 望月
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/19Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/41Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41133Compensation non linear transfer function
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ディジタル位置制御方式に係り、特に、振動
要素を有する位置制御系において適切な速度指令投入を
行うだめのものに関するものである。
ロボットなどに用いられている従来の位置制御方式の一
例のブロック線図を第1図に示す。
この従来方式では、まず、演算処理装置PRCにおいて
基準位置指令20が算出され、これと位置検出器19か
らの位置帰還信号21との偏差がサンプラ11を介し、
ホールド回路12.D/A変換器13に与えられる。
次に、速度制御系SPCにおいてD/A変換器13の出
力(速度指令22)と速度検出器17からの速度帰還信
号23との偏差がサーボ増巾器14に与えられ、サーボ
増巾器14の出力によってアクチュエータ15が駆動さ
れる。更に、アクチュエータ15によって負荷16が駆
動され、それによって生じた実速度24が積分要素18
を通して実位置25となる。
ここで、サーボ増巾器14.アクチュエータ15、負荷
16.速度検出器17を構成要素とし、入力を速度指令
22、出力を実速度24とする速度制御系SPCについ
て、例えば速度指令22としてステップ状のものが与え
られて実速度24に行き過ぎを生ずるような振動要素が
存在する場合は、サンプラ11の非線形性との相乗効果
により、非振動的である場合と比較すると、実位置25
に行き過ぎを生ずるおそれが多くなる。これは、例えば
ロボットアームのような低剛性負荷め軌跡制御をするよ
うな場合などにも、単に、その前の基準位置指令を実位
置との偏差に比例しだ速度指令投入を行っているからで
ある。
したがって、この従来方式においては、速度制御系、9
PCK振動要素を有する場合、そのままで実位置25に
行き過ぎを生じさぜないためには、サンプラ11.ホー
ルド回路12.D/A変換器13、速度制御系S I)
 C、位置検出器19からなる位置制御系の一巡ループ
の伝達関数のゲインを下げることが必要となる。その結
果、上述のような従来方式は、追従位置誤差の増大を招
くことになシ、高速・円滑な位置制御が困難であった。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなく、速度
制御系の振動要素と速度指令投入のサンプリングによる
非線形性とを補償し、追従位置誤差を増大させずに実位
置の行き過ぎをなくするようにした高速・円滑なディジ
タル位置制御方式を提供することにある。
本発明に係るディンタル位置制御方式の構成は、少くと
もザーボ増幅器、アクチュエータ、負荷および速度検出
器からなる、振動要素を有するフィードバック制御の速
度制御系を含む位置制御系において、その速度制御系の
実速度を積分して得た実位置と所定の基準位置指令との
偏差に対して2次巡回型のディジタル補償の演算を施し
て得た速度指令投入を上記速度制御系へ行うことにより
、その振動要素と速度指令投入の非線形性とを補償し、
上記実位置の行き過ぎを防止する位置制御llを行いう
るように制御・処理するものである。
これを要するに、上記速度制御系を振動性2次系である
ものとし、そのZ変換をして離散化したものを速度指令
投入部で補償するもので、その補償は、位置偏差を入力
して速度指令を出力する2次巡回型のディジタル補償要
素によって行うようにし、実位置の行き;過ぎを防止し
て高速1円滑な位置制御方式を得ようとするものである
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
第2図は、本発明に係るディジタ1位置制御力式の一実
施例のブロック線図、第3図は、そのタイムチャート、
第4図は、同制御・処理フローチャートである。
ここで、10は、演算処理装置PRCに係る2次巡回型
のディジタル補償要素、IIA、IIBは、同サンプラ
、12は、ホールド回路、13は、1) / A変換器
、14は、速度制御系SPCに係るザーボ増幅器、15
は、同アクチュエータ、16は、同負荷、17は、同速
度検出器、18は、積分要素、19は、位置検出器、2
6は、以下で順次に説明する各指令、信号等であって、
これらのうち第1図における符号と同符号のものは、そ
れと均等のものである。
第2図の実施例が第1図の従来例と異なるのは、演算処
理装置P几Cの速度指令投入部にディジタル補償要素1
0を設けたことである。以下、主として、このディジタ
ル補償要素10の構成方法。
作用効果について説明する。
まず、速度制御系SPCに振動要素が含まれている場合
として、これを固有周波数ω。、減衰比ζ(ただし、0
≦ζく1)によって特徴づけられる振動性二次系と考え
る。すなわち、速度制御系SPCの連続系表現の伝達関
数G′(S)は、定常ゲインをKとすれば次式(1)の
ようになる。
G’(S)=にωn2yls2+zζωnS十ω、、′
)・・・・・・・・・・・・・・・(1)速度指令22
は、サンプラIIA、IIBとホールド回路12により
、一定周期ごとに投入・保持される。したがって、ホー
ルド回路12 、 D/A変換器13.速度制御系SP
Cからなる連続系部分についてZ変換して離散系表現を
すると、そのパルス伝達関数G’(Z)は次式(2)と
なる。
G’(2)−に’  (Z2+几z+s、 )/(Q”
+p z十Q) (Z−1)・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(2)ただし、’に’ 、P、Q、R,S
は実定数である。
式(2)で表現される対象に対して、第1図の構成を採
用すると、基準位置指令20.実位置25のパルス伝達
関数の分母の次数が3次となるため、速度制御系SPC
に振動要素がある場合、実位置25に行き過ぎを生じる
そこで、第2図に示すように、演算処理装置1)It、
 C内の速度指令投入部にディジタル補償要素10を設
け、基準位置指令20.実位置25のパルス伝達関数の
分母の次数を下げることにより、実位置25に行き過ぎ
を生じさせないようにすることが可能となる。
ディジタル補償要素10のパルス伝達関数をD c (
Z)とすると、基準位置20.実位置130入出力特性
G(Z)は次式(3)となる。
αZ)=Dc(Z)G’(z)/ C1+k −Dc(
z)G′(Z) )−に’ Da(Z) ’ (z” 
十R,Z +S )/((Z2+Pz十Q)(z 1)
十kK’Dc(Z)(Z2+几Z+S))・・・・・・
・・・・・・・・・・・・(3)ただし、kは位置検出
器19のゲインである。
ここで、DC(z)の決定条件として次の2条件を考え
る。
1、定常位置偏差(無限時間後の位置偏差入力26)を
0とする。
■、実位置25に行き過ざ゛を生じさせない。
この場合、条件Iから()(Z)は次式(4)を満足し
なければならない。
1−G(Z)−(2−1) F(z)     ・・・
・・・・・・・・・・・・(4)ただし、F (2)は
Z−1のべき級数でI F(1) l <−1−である
式(4)を満足し、条件■を満足する基準位置指令20
、実位置25のパルス伝達関数G (Z)は、次式(5
)で表現されるべき・1次系が考えられる。
G(2)−kI′/(A−kt)     ・・・・・
・・・・・・・・・・(5)ただし、kI、に1′は実
定数で0を超え1未満の値をとるものである。
式(5)を実現するディジタル補償要素10は、次式(
6)の形式で統一表現をすることができる。
Dc(z)−(ao+aZ−’ +a2z−’ )/(
i十す、Z−1+1)2z−2)    ・・・・・・
・・・・・・・・・(6)ただし、”O+ al  +
 82 + bO* blは実定数である。
式(6)を具体的に実現すると、第nサンプル時点の位
置偏差入力26の値をXn1補償要素出力27の値をy
、、とすれば、 Yn=aoXn+alxn−1千a2xn−2−bIY
n−1b2Yn−z・・・・・・・・・・・・・・・(
力 となる。すなわち、第nサンプル時点の補償要素出力2
7の値ynは、第nサンプル時点の位置偏差入力値X、
、と、当該1サンプル前の入力値X、−1.’出力値Y
n−(と、同ザンプル前の入力値x、、−2.出力値y
n−2とに、各重み係数a(1+aI  +   ’)
l * 82 x−b2を乗じたものの総和となシ、二
次巡回型ディジタル補償となるベキコとを表わしている
各サンプル時点ごとに、位置偏差入力26に対して上記
した演算を施して補償要素出力27を得て、これをホー
ルド回路12.D/A変換器13を通した後、速度指令
22として投入することによシ、振動要素を有する速度
制御系SPCの振動要素と、速度指令投入のサンプリン
グによる非線形性とを補償することが可能となるので、
追従位置誤差を増大させずに実位置25の行き過ぎをな
くすることができる。
なお、以下に上記演算の具体的な内容、方法について述
べる。
第3図は、サンプリング周期をτとして、その(a)で
基準位置指令20.実位置25および位置偏差入力26
の各サンプル時点9間隔ごとの値θ1゜〜θI4・・・
・・・、θ、。〜θ3.・・・・・・およびXo%X、
・・・・・・の関係を示し、その(b)で補償要素出力
27の各サンプル間隔ごとの値Yo”Y4・・・・・・
を示している。
第4図は、演算処理装置PRCにおける上記演算のフロ
ーチャートを示すもので、まず、サンプリング番号k(
0,1,・・・・・・)ごとに、基準位置指令20の値
θlkを算出し、実位置25の値θ、kをとりこみ、そ
の値(θlk−θpk)すなわち位置偏差入力26の値
Xkf:求める。
次に、この位置偏差入力26の値Xkに従って前式(7
)による補償演算を行い、その補償要素出力27の値y
kを求めてホールド回路12.D/A変換器13へ出力
せしめる。
最後に、以後の演算準備等のために上記位置偏差入力値
xk、kI要素出力値ykの蓄積をした後、次サンプリ
ング時点を待って当該時点到来で次の演算処理を再開す
る。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、速度制
御系の振動要素と速度指令投入のサンプリングによる非
線形性とを補償することができるので、追従位置誤差を
増大させずに実位置の行き過ぎをなくシ、ロボットなど
の位置制御系の信頼性向上、高速化、安定化に顕著な効
果が得られる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、従来の位置制御方式の一例のブロック線図、
第2図は、本発明に係るディジタル位置側−御方式の一
実施例のブロック線図、第3図は、そのタイムチャート
、第4図は、同制御・処理フローチャートである。 10・・・ディジタル補償要素、IIA、IIB・・・
サンプラ、12・・・ホールド回路、13・・・D/A
変換器、14・・・サーボ増幅器、15・・・アクチュ
エータ、16・・・負荷、17・・・速度検出器、18
・・・積分要素、(ほか1名) 第3 目 (b) θ   で   2τ  jr:   仔  Sτ 吟
司芽4−目 15−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■。少なくともサーボ増幅器、アクチュエータ、負荷お
    よび速度検出器からなる、振動要素を有するフィードバ
    ック制御の速度制御系を含む位置制御系において、その
    速度制御系の実速度を積分して得た実位置と所定の基準
    位置指令との偏差に対して2次巡回型のディジタル補償
    の演算を施して得た速度指令投入を上記速度制御系へ行
    うことにより、その振動要素と速度指令投入の非線形性
    とを補償し、上記実位置の行き過ぎを防止する位置制御
    を行いうるように制御・処理することを特徴とするディ
    ジタル位置制御方式。
JP14326182A 1982-08-20 1982-08-20 デイジタル位置制御方式 Pending JPS5933503A (ja)

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JP14326182A JPS5933503A (ja) 1982-08-20 1982-08-20 デイジタル位置制御方式

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JP14326182A JPS5933503A (ja) 1982-08-20 1982-08-20 デイジタル位置制御方式

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JPS5933503A true JPS5933503A (ja) 1984-02-23

Family

ID=15334625

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JP14326182A Pending JPS5933503A (ja) 1982-08-20 1982-08-20 デイジタル位置制御方式

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0253332U (ja) * 1988-10-13 1990-04-17
US7680004B2 (en) * 2001-01-25 2010-03-16 Dphi Acquisitions, Inc. Digital servo system with inverse non-linearity compensation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0253332U (ja) * 1988-10-13 1990-04-17
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