JPS61114304A - デイジタル制御装置 - Google Patents
デイジタル制御装置Info
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- JPS61114304A JPS61114304A JP23545684A JP23545684A JPS61114304A JP S61114304 A JPS61114304 A JP S61114304A JP 23545684 A JP23545684 A JP 23545684A JP 23545684 A JP23545684 A JP 23545684A JP S61114304 A JPS61114304 A JP S61114304A
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- Japan
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- controlled
- motor
- digital
- digital signal
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical 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
- G05B19/19—Numerical 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
- G05B19/21—Numerical 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 using an incremental digital measuring device
- G05B19/23—Numerical 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 using an incremental digital measuring device for point-to-point control
- G05B19/231—Numerical 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 using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えばロボットの制御のような機械系の制御
に係り、特にそのサーボ＊ａにおいて高速に演算ができ
るようなディジタルサーボ制御装置に関するものである
。
に係り、特にそのサーボ＊ａにおいて高速に演算ができ
るようなディジタルサーボ制御装置に関するものである
。
例えばロボットのｖＩｒＩＪの場合のように目標値を与
えてこれに追従させるサーボ制御装置は、第４図に示す
如く、開数発生器２０を有し、モータ２４の目標位置Ｘ
ｃと目標速度Ｖｃをこれに入力すると、これに対応した
目標値ＸＲとモータ２４の動き初めのみ加速度αＲを出
力する。αＲはモータの立ち上がり（応答速度）を速め
るために必要なものである。
えてこれに追従させるサーボ制御装置は、第４図に示す
如く、開数発生器２０を有し、モータ２４の目標位置Ｘ
ｃと目標速度Ｖｃをこれに入力すると、これに対応した
目標値ＸＲとモータ２４の動き初めのみ加速度αＲを出
力する。αＲはモータの立ち上がり（応答速度）を速め
るために必要なものである。
この加速度αＲはＤ／Ａ変換回路２１でアナログ値に変
換され、加算器２２を経由してパワーアンプ２３に増幅
されたのちモータ２４を駆動させる。モータ２４の現在
位置はエンコーダ２５により検出されて、このエンコー
ダ２５の出力パルスがカウンタ２６でカウントされ、こ
れが前記目標値ＸＲと比較器２７にて比較され、その差
のディジタル値がＤ／Ａ変換回路２８でアナログ化され
る。
換され、加算器２２を経由してパワーアンプ２３に増幅
されたのちモータ２４を駆動させる。モータ２４の現在
位置はエンコーダ２５により検出されて、このエンコー
ダ２５の出力パルスがカウンタ２６でカウントされ、こ
れが前記目標値ＸＲと比較器２７にて比較され、その差
のディジタル値がＤ／Ａ変換回路２８でアナログ化され
る。
このＤ／Ａ変換回路２８のアナログ値は目標値と現在値
の偏差を示すものであるが、これが状態観測器（オブザ
ーバ）３０といわれるシミュレータと積分器２９に伝達
されて状態観測器３０から推定出力される推定速度偏差
値Ｚ１及び推定位置偏差値ｚ２が出力され、また積分器
２９から位置偏差の積分値ｚ３が出力される。これらの
各値２１、ｚ２及びｚ３はそれぞれ係数回路３３．３２
．３１によりフィードバック係数に＋−に３が乗ぜられ
、加算１ｓ３４．３５を経由して加算器２２に送出され
、パワーアンプ２３の入力となり、モータ２４をこれに
応じて制御するものとなる。
の偏差を示すものであるが、これが状態観測器（オブザ
ーバ）３０といわれるシミュレータと積分器２９に伝達
されて状態観測器３０から推定出力される推定速度偏差
値Ｚ１及び推定位置偏差値ｚ２が出力され、また積分器
２９から位置偏差の積分値ｚ３が出力される。これらの
各値２１、ｚ２及びｚ３はそれぞれ係数回路３３．３２
．３１によりフィードバック係数に＋−に３が乗ぜられ
、加算１ｓ３４．３５を経由して加算器２２に送出され
、パワーアンプ２３の入力となり、モータ２４をこれに
応じて制御するものとなる。
すなわち、従来のサーボ制御装置は制御をよく行うため
にシステムの状態変数を全てフィードバックすることが
望ましいが必らずしも全て測定できるわけではない、そ
こで観測器といわれるシミュレータを用いて系の状態変
数を推定する。このように推定された状態変数は最適レ
ギュレータの理論を用いて適当なフィードバック係数が
乗算されてフィードバックされる。
にシステムの状態変数を全てフィードバックすることが
望ましいが必らずしも全て測定できるわけではない、そ
こで観測器といわれるシミュレータを用いて系の状態変
数を推定する。このように推定された状態変数は最適レ
ギュレータの理論を用いて適当なフィードバック係数が
乗算されてフィードバックされる。
なお関数発生器２０はホストプロセッサからの目標値指
令に対してサーボ制御装置がそれに追従できるように滑
らかな目標値関数を発生させるものである。
令に対してサーボ制御装置がそれに追従できるように滑
らかな目標値関数を発生させるものである。
このような、第４図で示す回路では、前記推定速度偏差
値”Ｚｓ 、推定位置偏差値Ｚｚ、位置偏差の積分値２
３等はアナログ値であり、観測器３０や積分器２９、ま
た各係数回路３１〜３３等はオペアンプで構成されてお
り、このような回路構成のために従来はアナログ技術が
用いられてきた。
値”Ｚｓ 、推定位置偏差値Ｚｚ、位置偏差の積分値２
３等はアナログ値であり、観測器３０や積分器２９、ま
た各係数回路３１〜３３等はオペアンプで構成されてお
り、このような回路構成のために従来はアナログ技術が
用いられてきた。
しかしながらアナログ制御回路では、コントローラのパ
ラメータを抵抗、コンデンサなどで設定するので、いっ
たん固定されてしまうと特性が運動や時間の経過につれ
て変化するような制御対象、例えばロボットのようなも
のの制御には、その特性の変化に応じてコントローラの
パラメータを変化させる必要があるため、良好な制御が
行えないという欠点があった。また乗算や加算をオペア
ンプで行うため、必然的にドリフトやオフセットの問題
があり補償するのは容易でない。
ラメータを抵抗、コンデンサなどで設定するので、いっ
たん固定されてしまうと特性が運動や時間の経過につれ
て変化するような制御対象、例えばロボットのようなも
のの制御には、その特性の変化に応じてコントローラの
パラメータを変化させる必要があるため、良好な制御が
行えないという欠点があった。また乗算や加算をオペア
ンプで行うため、必然的にドリフトやオフセットの問題
があり補償するのは容易でない。
そこでフレキシブルな制御が行えるソフトウェア制Ｗ（
ディジタル制ｖＩＪ）が近年行われているが、マイクロ
コンピュータを用いたソフトウェア制御では演算速度が
遅（、したがってサンプリング周期が長くなり、特にロ
ボットのような高速動作が要求される場合には十分な制
御性能を上げることができなかった。
ディジタル制ｖＩＪ）が近年行われているが、マイクロ
コンピュータを用いたソフトウェア制御では演算速度が
遅（、したがってサンプリング周期が長くなり、特にロ
ボットのような高速動作が要求される場合には十分な制
御性能を上げることができなかった。
ディジタル制御では、サンプリング時間、つまり制御量
を制御対象へ入力する間隔をできるだけ短かくすること
が、外乱に強い、良い制御を行うために必須のことであ
るにもかかわらず、従来のディジタル制御ではこれに応
じられないという問題があった。
を制御対象へ入力する間隔をできるだけ短かくすること
が、外乱に強い、良い制御を行うために必須のことであ
るにもかかわらず、従来のディジタル制御ではこれに応
じられないという問題があった。
本発明は前記の問題点を解決した、高速のディジタル制
御装置を提供するため、目標値を出力する目標値出力手
段と、この目標値に達するように制御される被制御体と
、該被制御体の状態を出力する被制御体の状態出力手段
と、前記目標値と被制御体の状態を比較してその差に応
じて被制御体を制御するディジタルサーボ制御装置にお
いて、オブザーバ機能と積分機能を有するディジタル・
シグナル・プロセッサを備え、サーボ系の部分をホスト
プロセッサより切り離してサーボ演算をこのディジタル
・シグナル・プロセッサにより行うようにしたことを特
徴とする。
御装置を提供するため、目標値を出力する目標値出力手
段と、この目標値に達するように制御される被制御体と
、該被制御体の状態を出力する被制御体の状態出力手段
と、前記目標値と被制御体の状態を比較してその差に応
じて被制御体を制御するディジタルサーボ制御装置にお
いて、オブザーバ機能と積分機能を有するディジタル・
シグナル・プロセッサを備え、サーボ系の部分をホスト
プロセッサより切り離してサーボ演算をこのディジタル
・シグナル・プロセッサにより行うようにしたことを特
徴とする。
本発明では高速に乗算、加算などのディジタル演算が実
行できるディジタル・シグナル・プロセッサを専用に用
いてサーボ制御の各演算を行うように構成したので、サ
ンプリング時間を早（することが可能となり、外乱に強
い、精度のよい、高速なサーボ制御を行うことができる
。
行できるディジタル・シグナル・プロセッサを専用に用
いてサーボ制御の各演算を行うように構成したので、サ
ンプリング時間を早（することが可能となり、外乱に強
い、精度のよい、高速なサーボ制御を行うことができる
。
本発明の一実施例を第１図〜第３図にもとづき説明する
。
。
第１図は本発明の一実施例構成図、第２図はそのブロッ
ク図、第３図は本発明の詳細な説明するフローチャート
である。
ク図、第３図は本発明の詳細な説明するフローチャート
である。
図中、１はホストプロセッサであって目標位置Ｘｃや目
標速度Ｖｃ等を出力するもの、１０はディジタル・シグ
ナル・プロセッサ（以下ＤＳＰという）、１工はＤ／Ａ
コンバータであってＤＳＰｌｏより出力されるディジタ
ル値をアナログ値に変換するもの、１２はパワーアンプ
であって第４図のパワーアンプ２３に対応するもの、１
３はモータ、１４はエンコーダであってそれぞれ第４図
のモータ２４、エンコーダ２５に対応するものである。
標速度Ｖｃ等を出力するもの、１０はディジタル・シグ
ナル・プロセッサ（以下ＤＳＰという）、１工はＤ／Ａ
コンバータであってＤＳＰｌｏより出力されるディジタ
ル値をアナログ値に変換するもの、１２はパワーアンプ
であって第４図のパワーアンプ２３に対応するもの、１
３はモータ、１４はエンコーダであってそれぞれ第４図
のモータ２４、エンコーダ２５に対応するものである。
ディジタル・シグナル・プロセッサは本来ディジタルフ
ィルタや音声合成などのために開発された乗算、加算を
高速に実行する専用のマイクロプロセッサである。この
ディジタル・シグナル・プロセッサ１０は、オブザーバ
１０−１、積分回路１０−２、関数発生器１０−３、演
算回路１０−４等を具備しており、後述するような処理
を行う。
ィルタや音声合成などのために開発された乗算、加算を
高速に実行する専用のマイクロプロセッサである。この
ディジタル・シグナル・プロセッサ１０は、オブザーバ
１０−１、積分回路１０−２、関数発生器１０−３、演
算回路１０−４等を具備しており、後述するような処理
を行う。
ＤＳＰｌＯは、本発明の特徴的なものであり、ホストプ
ロセッサ１から目標位置Ｘｃとその時の移動速度Ｖｃが
ＤＳＰＩＯに与えられると、ＤＳＰＩＯはサンプリング
時間毎に現在位置をエンコーダ１４から読みながら各サ
ンプリング時点で最適な１ｌｌｌｌｉｌｕ （第１１！
！Ｊの例ではＤ／Ａコンバータ１１への出力電圧）を算
出する。このときＤＳＰｌｏは次のような演算を行うこ
とになる。この場合、Ｄ／Ａコンバータ１１、パワーア
ンプ１２、モータ１３、エンコーダ１４からなる制御対
象が次の（１１式で示す状態方程式（制御対象の特性を
示すもの）で表わされていると、状態観測器としての機
能によるオブザーバの推定式は次の（２）式で表わすこ
とができる。
ロセッサ１から目標位置Ｘｃとその時の移動速度Ｖｃが
ＤＳＰＩＯに与えられると、ＤＳＰＩＯはサンプリング
時間毎に現在位置をエンコーダ１４から読みながら各サ
ンプリング時点で最適な１ｌｌｌｌｉｌｕ （第１１！
！Ｊの例ではＤ／Ａコンバータ１１への出力電圧）を算
出する。このときＤＳＰｌｏは次のような演算を行うこ
とになる。この場合、Ｄ／Ａコンバータ１１、パワーア
ンプ１２、モータ１３、エンコーダ１４からなる制御対
象が次の（１１式で示す状態方程式（制御対象の特性を
示すもの）で表わされていると、状態観測器としての機
能によるオブザーバの推定式は次の（２）式で表わすこ
とができる。
Ｚ （ｋ＋１） ＝Ａ−Ｚ （ｋ） ＋ｂ−ｕ −・
−＝−＝（１）７ （ｋ＋１）”Ｃ’ ・Ｚ （ｋ＋１
＞Ｚ−（２１） ここでＵ；制御入力 ｙ；出力値であり、この場合は位置偏差で２２である。
−＝−＝（１）７ （ｋ＋１）”Ｃ’ ・Ｚ （ｋ＋１
＞Ｚ−（２１） ここでＵ；制御入力 ｙ；出力値であり、この場合は位置偏差で２２である。
またＡ、ｂ、Ｃは制御対象の特性から決るものであって
、 Ａは行列；ｂ、ｃはベクトルである。
、 Ａは行列；ｂ、ｃはベクトルである。
そしてＣ′は転置ベクトルであり、またｋはサンプリン
グ時点を表わす。
グ時点を表わす。
そして前記（１）式で示す状態方程式に対し、オブザー
バの推定式は次のように構成される。
バの推定式は次のように構成される。
Ｚ （ｋ＋１） −Ａ−Ｚ （ｋ） ＋ｂ −ｕ＋ｆ・
（ｙテムのｙに対応するオブザーバの出力値である。
（ｙテムのｙに対応するオブザーバの出力値である。
モしてｒは、
められることになる。
本発明の動作を第３図のフローチャートにしたがって説
明する。
明する。
（１）、ＤＳＰｌｏはホストプロセッサ１から出力され
た目標位置Ｘｃ及びその時の移動速度Ｖｃを受取ったと
き、エンコーダ１４の出力を読み取り現在位置を知る。
た目標位置Ｘｃ及びその時の移動速度Ｖｃを受取ったと
き、エンコーダ１４の出力を読み取り現在位置を知る。
そして演算回路１０−４にて次の（３）式により位置偏
差を算出する。
差を算出する。
位置偏差−目標位置−現在位置 −・−−−一−−
・（３）セ） この位置偏差が零であれば目標位置に一
致した状態であるので、ホストプロセッサ１から次の目
標位置および移動速度を受取る。
・（３）セ） この位置偏差が零であれば目標位置に一
致した状態であるので、ホストプロセッサ１から次の目
標位置および移動速度を受取る。
（３）シかし前記位置偏差が零でなければオブザーバ１
０−１により速度偏差を計算する。
０−１により速度偏差を計算する。
（４） 続いて位置偏！！ｚ２の積分量Ｚ３を積分回
路１０−２にて計算する。これは定常偏差の解消に必要
である。
路１０−２にて計算する。これは定常偏差の解消に必要
である。
Ｚ ３ ”” ｆ Ｚ ２ ｄ ｔ
−−−−−−−−−−（４）（５） こうして全ての
状態変数である位置偏差２２、速度偏差Ｚ１、位置偏差
の積分量Ｚ３を求めたのち、次の（５）式により演算回
路１０−４は最適レギュレータ理論により求めたフィー
ドバック係数を各状態変数に乗じて加算し最適の制御量
を求め、この最適制御量を送出し、これをＤ／Ａコンバ
ータ１１にてアナログ値に変換してパワーアンプ１２で
増幅し、モータ１３を制御することになる。
−−−−−−−−−−（４）（５） こうして全ての
状態変数である位置偏差２２、速度偏差Ｚ１、位置偏差
の積分量Ｚ３を求めたのち、次の（５）式により演算回
路１０−４は最適レギュレータ理論により求めたフィー
ドバック係数を各状態変数に乗じて加算し最適の制御量
を求め、この最適制御量を送出し、これをＤ／Ａコンバ
ータ１１にてアナログ値に変換してパワーアンプ１２で
増幅し、モータ１３を制御することになる。
ｕ＝−（ｋｔ ・Ｚ＋ ＋ｋｚ ・Ｚ２ ＋に３
１ Ｚ３）・−−一一一−−−−−・−（５） このようにして演算を高速に実行するため、高速で柔軟
なモータのディジタル制御装置を提供することができる
。
１ Ｚ３）・−−一一一−−−−−・−（５） このようにして演算を高速に実行するため、高速で柔軟
なモータのディジタル制御装置を提供することができる
。
なお前記説明ではサーボ制御対象としてモータの例につ
いて説明したが、本発明は勿論モータのみに限定される
ものではない。
いて説明したが、本発明は勿論モータのみに限定される
ものではない。
本発明によればサーボ系部分をホストプロセッサから切
り離して、専用のＤＳＰを使用して高速でサーボ制御の
演算を実行するためサンプリング時間を短かくすること
ができ、外乱に強い頑儂なディジタルサーボ制御装置を
構築できる。さらにフィードバック係数の乗算などをソ
フトで実行するため、ロボットなどのように移動中に特
性が変化するような制御対象にも柔軟に対応することが
できる。
り離して、専用のＤＳＰを使用して高速でサーボ制御の
演算を実行するためサンプリング時間を短かくすること
ができ、外乱に強い頑儂なディジタルサーボ制御装置を
構築できる。さらにフィードバック係数の乗算などをソ
フトで実行するため、ロボットなどのように移動中に特
性が変化するような制御対象にも柔軟に対応することが
できる。
第１図は本発明の一実施例構成図、第２図はそのブロッ
ク図、第３図は本発明の詳細な説明するフローチャート
、第４図は従来のサーボ制御装置である。 図中、１はホストプロセッサ、１０はディジタル・シグ
ナル・プロセッサ、１１はＤ／Ａコンバータ、１２はパ
ワーアンプ、１３はモータ、１４はエンコーダを示す。
ク図、第３図は本発明の詳細な説明するフローチャート
、第４図は従来のサーボ制御装置である。 図中、１はホストプロセッサ、１０はディジタル・シグ
ナル・プロセッサ、１１はＤ／Ａコンバータ、１２はパ
ワーアンプ、１３はモータ、１４はエンコーダを示す。
Claims (1)
- 目標値を出力する目標値出力手段と、この目標値に達す
るように制御される被制御体と、該被制御体の状態を出
力する被制御体の状態出力手段と、前記目標値と被制御
体の状態を比較してその差に応じて被制御体を制御する
ディジタルサーボ制御装置において、オブザーバ機能と
積分機能を有するディジタル・シグナル・プロセッサを
備え、サーボ系の部分をホストプロセッサより切り離し
てサーボ演算をこのディジタル・シグナル・プロセッサ
により行うようにしたことを特徴とするディジタル制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23545684A JPS61114304A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | デイジタル制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23545684A JPS61114304A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | デイジタル制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61114304A true JPS61114304A (ja) | 1986-06-02 |
Family
ID=16986368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23545684A Pending JPS61114304A (ja) | 1984-11-08 | 1984-11-08 | デイジタル制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61114304A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02200004A (ja) * | 1989-01-30 | 1990-08-08 | Mazda Motor Corp | マイクロコンピュータの入力信号処理装置 |
| EP0649217A1 (en) * | 1993-10-12 | 1995-04-19 | SMITH & NEPHEW DYONICS INC | Brushless motor |
| US5563481A (en) * | 1992-04-13 | 1996-10-08 | Smith & Nephew Endoscopy, Inc. | Brushless motor |
| US5672945A (en) * | 1992-04-13 | 1997-09-30 | Smith & Nephew Endoscopy, Inc. | Motor controlled surgical system and method having self clearing motor control |
-
1984
- 1984-11-08 JP JP23545684A patent/JPS61114304A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02200004A (ja) * | 1989-01-30 | 1990-08-08 | Mazda Motor Corp | マイクロコンピュータの入力信号処理装置 |
| US5563481A (en) * | 1992-04-13 | 1996-10-08 | Smith & Nephew Endoscopy, Inc. | Brushless motor |
| US5672945A (en) * | 1992-04-13 | 1997-09-30 | Smith & Nephew Endoscopy, Inc. | Motor controlled surgical system and method having self clearing motor control |
| EP0649217A1 (en) * | 1993-10-12 | 1995-04-19 | SMITH & NEPHEW DYONICS INC | Brushless motor |
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