JPS62203203A - サ−ボ回路 - Google Patents

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】 内　技術分野 この発明は、モータなどの駆動系によって運動する物体
の位置や速度を制御するためのサーボ回路に関する。

第３図は公知の位置制御系の全体構成図である。

モータおよび運動機構４０は、電流によって駆動力が変
化するモータと、減速機と、負荷である運動体を含む。

この運動体を制御対象物体と呼ぶ。この物体の現在の位
置と、速度とが位置センサ４１、速度センサ４２によっ
て測定されている。ここで得られた位置測定値ｘｍと速
度測定値ｖｍとが、サーボ回路４３に入力される。

サーボ回路４３には、コンピュータ４４などから、位置
指令値ｘｒが入力される。

サーボ回路４３は、Ｘｍ　、　ｖｍ　、　Ｘｒなどから
、駆動力指令値ｆを演算する。演算の方法は、位置指令
値Ｘｒと位置測定値Ｘｍの差（ｘｒｘｍ）に予め定めた
数を乗じ、また速度測定値ｖｍにも予め定めた数を乗じ
、両者の和を求めるものである。

駆動指令値ｆは増幅器４５によって増幅され、モータに
与えられる。

本発明はこのような制御系のうち、サーボ回路に関する
。

イ）従来技術 位置の差に乗じる定数を位置ゲインＰという。

速度に乗する定数を速度ゲインＤという。

第４図は従来のサーボ回路の構成図を示す。これは位置
制御の場合である。

位置指令値ｘｒがディジタル値として与えられる場合Ｄ
／Ａ変換器４６によって、アナログ値番こ変換される。

この値は、スケール調整回路４７を経て加算回路４８に
入力される。

位置測定値Ｘｍは位置ゲイン調整回路５０を経て、適当
な位置ゲインＰを乗じて、加算回路４８へ入力される。

速度測定値ｖｍは速度ゲイン調整回路４９において速度
ゲインＤを乗じた後、加算回路４８に入力される。加算
回路４８から駆動力指令値ｆが出力される。

これが増幅され、モータの電流、電圧値となって、モー
タ駆動力を決定する。

や）発明が解決しようとする問題点 これらのサーボ回路に於て、位置ゲインＰ１速度ゲイン
Ｄは、位置によらない定数であった。これは位置によっ
て、制御対象の特性が変化しないものである場合に適す
る。

しかし、制御対象の特性が、位置によって変化する、と
いうようなものもある。

例えば、第５図に示すようなりランク機構の場合がそう
である。

モータおよび減速機５１よりなる駆動系に、クランク５
３が取付けられている。これは中心５２のまわりに円運
動する。中心５２を通る直線上に、ガイド５４が設けら
れている。

クランク５３の端部にはピン５７により連接棒５５が回
動自在に取付けられる。連接棒５５の他端はピン５８に
よって、ガイド５４にそって動くようになっている。物
体５６はピン５８に於て連接棒５５とつながっている。

物体５６はガイド５４の中を往復運動するが、（モータ
）減速機回転角θによって、その慣性が異なってくる。

位置θ１付近では、物体５６の慣性は殆ど作用しない。

位置θ２の付近では、物体５６の慣性が大きく作用する
。

サーボ系では、運動体の運動が直線運動であっても回転
運動であっても、変位の値のことを位置という。位置は
、したがづて距離と回転角の両方を含む。

第５図のクランク機構のように、位置によって慣性など
が変化する運動系では、位置ゲイン、速度ゲインを一定
とする従来のサーボ回路によっては、良い応答性を広い
位置範囲で得ることが困難になることがある。

このような欠点を克服するため、次のようなソフトウェ
アサーボが提案されている。

位置や速度の測定値をコンピュータに読込み、ソフトウ
ェア処理によって、位置に応じてゲインを切換えて駆動
力を算出する、というソフトウェアサーボ系である。

これは、位置Ｘｍに応じゲインを切換えるから、位置に
よって特性の変化する運動機構を広い範囲で制御できる
。

しかし、ゲインの切換えがソフトウェアによるなど、演
算時間が長くなるため、応答の速い、又は変化の速い制
御対象に適用することは困難であった。また、高価であ
るという難点があった。

区）　　　目　　　　　　　的 位置によって特性の変化する制御対象であっても、広い
範囲に於て良好な制御を行なう事のできるサーボ回路を
提供する事が本発明の第１の目的である。

変化速度の速い制御対象にも適用できる応答の速いサー
ボ回路を提供する事が本発明の第２の目的である。

ソフトウェアサーボ系よりも安価なサーボ回路を提供す
る事が本発明の第３の目的である。

（４）構　成 本発明のサーボ回路は、位置によってゲインを切換える
ため、位置をアドレスとして、その位置に対応したゲイ
ンを記憶させたゲインメモリを用いて、このような問題
を解決しようとする。

すなわち、本発明のサーボ回路は、速度指令値と速度測
定値の差である速度偏差に速度ゲインＤを乗じたものを
出力とするか、または、位置指令値と位置測定値の差で
ある位置偏差に位置ゲインＰを乗じたものと、速度測定
値に速度ゲインを乗じたものとの和を出力とするもので
あって、位置測定値をアドレスとして参照されるゲイン
メモリを有し、位置ゲインＰと速度ゲインＤの少なくと
も一方が、ゲインメモリの出力によって与えられるよう
になっている。

第１図は本発明を位置制御に適用した実施例を示す構成
図である。

これは、位置測定値Ｘｍがディジタル信号で得られる位
置センサ（図示せず）、および速度測定値ｖｍがアナロ
グ信号で得られる速度センサ（図示せず）を用いる場合
の例である。たとえば、ロークリエンコーダなどを位置
センサとし、タコジェネレータなどを速度センサとする
場合などである。

この回路の主要な構成は、減算回路１、ゲインメモリ２
、加算回路３、Ｄ／Ａ乗算器４、Ｄ／Ａ乗算器５などで
ある。

減算回路１は、コンピュータなどから与えられる位置指
令値ｘｒと、位置測定値Ｘｍの差である位置偏差δｘ＝
Ｘｒ　　Ｘｍを算出する。

ゲインメモリ２は、位置ゲインＰ１速度ゲインＤを記憶
しているメモリである。これらは、位置Ｘの函数として
記憶されている。このため、位置をアドレスとして、そ
のアドレスの示す場所に、対応する位置ゲインＰ１速度
ゲインＤが記憶されている。ここが、本発明の特徴ある
点である。位置Ｘの函数として、ゲインＰ　（ｘｉ、Ｄ
　（ｘｌが予め決定されており、アドレスがＸである場
所に、Ｐ（ｘｌ、Ｄｌｘｌが記憶されているわけである
。位置測定値Ｘｍをアドレス入力につなぐと、なんらの
変換を要することなく、直ちにゲインＰｌｘｌ　、Ｄ（
ｘｌが出力される。ゲインを求めるにあたって、演算に
よる時間遅れがない。

）仇乗算器４は、位置偏差δｘと位置ゲインＰの積を算
出する。つまりＰδｘを求める。

Ｄ／Ａ乗算器５は、速度測定値ｖｍと速度ゲインＤの積
を算出する。つまりＤｖｍを求める。

加算回路３は、上記の２つの積の和を求めることにより
駆動力指令値ｆを求める。

ｆ＝ｐδｘ　＋　Ｄ　ｖｍ　　　　　　　　　　（１）
この例では、位置測定値ｘｍ　％位置指令値ｖｍがアナ
ログ量として与えられている。また駆動力指令値ｆがア
ナログ量として出力される。

このため加算回路３もアナログ加算器としている。

作用を説明する。

位置指令値Ｘｒはコンピュータなどサーボ系の外部から
与えられる。これはディジタル信号として与えられ、レ
ジスタ６に一時的に記憶される。

位置測定値Ｘｍは位置測定センサなどによってディジタ
ル量で与えられる。ここで位置というのは距離と回転角
度の両方を含んでいる。

位置測定値Ｘｍはレジスタ８により一時的に記憶される
。

発振回路７は適当な繰返し周期τのサンプルタイミング
パルスを発生する。τごとのパルスによって、レジスタ
６．８の記憶された値ＸｒＸｍが更新される。

減算回路１は、位置指令値ｘｒと位置測定値Ｘｍの差（
ｘｒ　　Ｘｍ　）　、つまり位置偏差δｍを計算する。

これはディジタル信号であるが、Ｄ／Ａ変換器９によっ
てアナログ信号に変換される。

位置測定値Ｘｍはゲインメモリ２のアドレスを指定して
いるから、予めＸｍの値に対して最適のものとして定め
られた位置ゲインＰ１速度ゲインＤが、ゲインメモリ２
から、ディジタル信号として出力される。

位置ゲインＰは位置偏差δｘと、）値乗算器４に於て積
演算される。つまりＰ×δｘが求められるのである。位
置ゲインＰはディジタル量、位置偏差δｘはアナログ量
であるので、Ｄ／Ａ乗算器を用いるのである。

速度ゲインＤと速度測定値ｖｍはい演算器５によって積
が求められる。っまりＤｘｖｍが計算される。速度ゲイ
ンＤはディジタル量、速度測定値ｖｍはアナログ量であ
るから、）偽乗算器を用いる。

Ｄ／Ａ乗算器４は、アナログ信号としてＰａＸを出力し
、Ｄ／Ａ乗算器５は、アナログ信号としてＤ　ｖｍを出
力している。

加算回路３はアナログ量である両者の和を求めて駆動力
指令値ｆとする。この値はサンプルホールド１０によっ
て、一時的に保持される。ｆは次段の増幅回路に出力さ
れ、モータの駆動力に変換される。

このような計算はサンプルタイミングパルスごとに繰返
えされる。発振回路７はレジスタ６．８、サンプルホー
ルド１０の動作に同時性を与えている。

これは、ゲインメモリ２と、乗算器４，５、加算回路３
が動作して正しい結果ｆを出力するまでの間に、出力信
号に不要な変動が生じることを防止するために、Ｘｒｎ
ｓ　Ｘ１％　ｆなどを一時的に固定しているのである。

しかし、これらは必ずしも要求されない。もしも、ゲイ
ンメモリや演算回路の動作が十分速くて、制御対象であ
る物体の運動が十分遅いばあい、発振回路１からサンプ
ルタイミングパルスを与える必要はない。

このようにして、位置測定値Ｘｍの函数としての位置ゲ
インＰ　（ｘｍ）　、速度ゲインＤ　（ｘｍ）を用いた
駆動力指定値ｆ ｆ＝　Ｐ（Ｘｍ）（Ｘｒ　　Ｘｍ）　十Ｄ　（ｘｍ）　
ｖｍ　　　（２）が求められることになる。

本発明は速度制御のためのサーボ回路にも用いる事がで
きる。

第２図に速度制御のための本発明にかかるサーボ回路の
構成図である。

速度指令値ｖｒがコンピュータなど外部から、ディジタ
ル量として与えられる。これはレジスタ１６により一時
的に保持される。

位置測定値ｘｍが適当なセンサから、ディジタル量とし
て与えられる。

速度測定値ｖｍが、速度センサから、アナログ量として
与えられる。

発振回路１７は、周期τのサンプルタイミングパルスを
発生する。

速度指令値ｖｒは、　Ｄ／Ａ変換器１９によって、アナ
ログ量に変換される。

減算回路１１は、速度指令値ｖｙと、速度測定値ｖｍの
差（ｖｒ−ｖｍ　）を計算する。この値を速度偏差δｖ
という。これはアナログ量として求めめられている。

位置測定値Ｘｍは、駆動力指令値ｆの計算の中に、陽に
は含まれないが、ゲインを決定するためのパラメータと
して必要である。

位置測定値Ｘｍはレジスタ１８に一時的に保持され、ゲ
インメモリ１２のアドレス入力に与えられる。ゲインメ
モリはアドレスＸｍに対応する速度ゲインＤ（ｘｍ）を
記憶している。この例で、位置測定値、指令値は計算に
含まれないから、ゲインメモリは位置ゲインを含まず速
度ゲインだけである。

ゲインメモリ１２は、与えられた位置測定値Ｘｍに対応
する速度ゲインＤ　（ｘｍ）を出力する。

Ｄ／Ａ乗算器１４は、ディジタル信号である速度ゲイン
Ｄ（ｘｍ）と、アナログ信号である速度偏差δ■の積Ｄ
（ｘｍ）δｒ　を計算する。

この値はサンプルホールド２０に一時的に保持され、駆
動力指令値ｆとなって出力される。

ｆ　＝　Ｄ　（ｘｍ）δｖ（３） である。

発振回路１７、レジスタ１６、レジスタ１８、サンプル
ホールド２０は、第１図の例と同じ作用を持つ。これら
の演算の途中でＸｍｓ　ｖｆｆｌなどが変動することが
ある場合に、これらの値を一時的に固定する。もしも、
ゲインメモリ、演算回路の速度が、制御対象に比べて十
分速ければサンプルタイミングパルス、発振回路１７な
どは不要である。

ゲインメモＩＪ　２　、１２は、予め書込みを行なった
リードオ、ンリメモリ（ＲＯＭ）を用いるのが簡易であ
る。この場合、位置測定値に対するゲインの関係は不変
である。

もしも、位置測定値に対するゲインの関係が不変でない
場合は、書替え可能なメモＩＪ　ＲＡ　Ｍを用いる。そ
して、コンピュータから、ＲＡＭの内容を書替えるイン
タフェース回路を設け、目的に応じて、位置測定値に対
するゲインの関係を、コンピュータが変更しうる構成と
する。

以上に説明したサーボ回路に於ては、速度ゲインＤ１位
置ゲインＰが制御対象物そのものの位置測定値の函数と
し、これをアドレスとしている。

しかし、これに限るものではない。制御対象物の運動が
、これに関連する他の駆動系の影響を受けるという場合
がある。このような場合、他の駆動系の位置測定値ｘ２
、Ｘ３、・・・・・・、Ｘｎと制御対象物そのものの位
置測定値Ｘ１の函数として、速度ゲインＤ　（Ｘｔ、Ｘ
２、・・・・・・、ｘｎ）と位置ゲインＰ　（ｘｌ、ｘ
２、・・・・・・、ｘｎ）とを決定しておく。そしてア
ドレスをｘｌ　、ｘ２・・・・・・ｘｎによって与える
こととする。

力）効　果 制御対象の位置によって、制御系の特性が大きく変化す
る場合であっても、全ての位置に於て良好な応答を示す
制御系を構成する事ができる。

位置測定値をアドレスとする事により、ゲインメモリか
らこれに対応するゲインを迅速に読出すことができる。

変化の速度の速い制御対象であっても良好に制御する事
ができる。

演算回路は安価な素子によって構成できる。しかも、上
位コンピュータの負荷を増すことがない。

上位コンピュータは多くの駆動系を管理することが可能
である。この結果システム全体を安価に構成できる。

キ）用　途 産業用ロボットや各種自動機械の制御に用いる事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は位置制御に適用した本発明の例を示す構成図。 第２図は速度制御に適用した本発明の例を示す構成図。 第３図は公知の位置制御系の全体構成図。 第４図は位置制御を行なうための従来のサーボ回路の構
成図。 第５図は位置によって特性の変化する制御対象の例を示
す図。 １・・・・・・減算回路 ２・・・・・・ゲインメモリ ３・・・・・・加算回路 ４・・・・・・Ｄ／Ａ乗算器 ５・・・・・・Ｄ／Ａ乗算器 ６．８・・・・・・レジスタ ７・・・・・・発振回路 ９・・・・・・Ｄ／Ａ変換器 １０・・・・・・サンプルホールド １１・・・・・・減算回路 １２・・・・・・ゲインメモリ １４・・・・・・Ｄ／Ａ乗算器 １６・・・・・・レジスタ １７・・・・・・発振回路 １８・・・・・・レジスタ １９・・・・・・Ｄ／Ａ変換器 ２０・・・・・・サンプルホールド 発明者　　大岡明裕 岡本賢司 木１）泰

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象物体の位置測定値ｘ＿ｍと速度測定値ｖ＿ｍ、
   および位置指令値ｘ＿ｒ又は速度指令値ｖ＿ｒから、制
   御対象物体を駆動する駆動力を決定して出力するサーボ
   回路において、速度指令値ｖ＿ｒと速度測定値ｖ＿ｍの
   差である速度偏差δ＿ｖに速度ゲインＤを乗じたものを
   出力とするか、または、位置指令値ｘ＿ｒと位置測定値
   ｘ＿ｍの差（ｘ＿ｒ−ｘ＿ｍ）である位置偏差δ＿ｘに
   位置ゲインＰを乗じたものと、速度測定値ｖ＿ｍに速度
   ゲインＤを乗じたものとの和を出力するものであって、
   位置測定値に対するゲインを予め定めておき位置測定値
   をアドレスとして対応する場所に対応するゲインを書込
   んだゲインメモリを有し、位置測定値をアドレスとして
   与える事によって、位置ゲインＰと速度ゲインＤの少な
   くとも一方が該ゲインメモリの出力として与えられる事
   を特徴とするサーボ回路。