三角波を発振する2相型PLLの精密位置決めサーボ機構の高速・高分解能制御への応用

振荡三角波的两相PLL在精密定位伺服机构高速高分辨率控制中的应用

• 批准号: 12750175
• 负责人: 王 磊
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750175/
• 关键词: サーボ機構; 精密位置決め; トラクションドライブ; NC機械; コントローラ; PLL; 内挿; 繰返し制御

本研究は,高精度工作機械用精密位置決めサーボ機構の高分解能・高精度のために行ったものである.従来のサーボ機構では,位置指令パルスと実際に発生した変位を表すエンコーダの出力パルスを,可逆偏差カウンタにより比較し位置偏差を求めるため,位置決めの分解能はエンコーダの分解能によって決められてしまうからである.また,高精度エンコーダの出力を位相的に高い倍率で内挿し高分解能を得る方法が一般に用いられているが,通常の内挿器の場合,出力周波数(分解能と速度の積)が低く,分解能を向上するため,精密サーボ機構の動作速度を低くさせてしまう.そのため,本研究では,位置偏差の周波数がエンコーダの周波数に比べて格段に低いことに着目し,エンコーダの出力ではなく,位置偏差を内挿する方法を提案した.具体的に,指令パルスとエンコーダの出力パルスとの位相差を2相出力型位相差検出器により求め,2相三角波を出力する2相型PLLにより内挿して高分解能を実現する.この2相三角波は指令パルスの積算値とエンコーダ出力パルスの積算値との差になるので,高速動作においては各々のパルス周波数は高くなるが,積算値の差を取ると,周波数が低くなるため,高速動作時においても,位置偏差を直接に内挿することにより遥かに高い分解能の位置決めが可能になった.本年度では,三角波を出力する2相型PLLの特性の解明,それを用いた位置偏差内挿器の設計・製作をし,高精度位置決めサーボ機構への応用を行った.位置決め制御により提案したサーボコントローラの有用性を明らかにされたとともに,高速高精度位置決めサーボ機構が実現可能であることを示された.

This study is aimed at high resolution energy and high accuracy of precision positioning mechanism for high precision machine tools. The position command is generated in real time, and the output is calculated in reversible deviation. The position resolution is calculated in real time, and the resolution is calculated in real time. High resolution energy is obtained by high magnification of the output phase of the high-precision power converter. In general, the output cycle number (product of resolution energy and speed) is low in the case of ordinary power converters, and the resolution energy is high. The operation speed of the precision power converter is low. In this study, the frequency of the position deviation is lower than that of the grid, and the output of the position deviation is lower than that of the grid. Specifically, the phase difference between the two phase output phase difference detector and the two phase triangular wave output phase difference detector is calculated. The integral value of the two-phase triangular wave command is high, the integral difference is low, the position deviation is direct, and the position resolution is high. This year, the characteristics of triangular wave PLL are analyzed, and the design and manufacture of position deviation internals are discussed. The position resolution mechanism can be realized with high speed and high precision.

项目成果

Lei Wang: "Servomechanism Using Traction Drive (Improvement of Servo Accuracy at High-Speed Rotation)"JSME International Journal. (2001)

王雷：《采用牵引驱动的伺服机构（高速旋转时伺服精度的提高）》JSME国际期刊。

Takashi Emura: "A High-Resolution Interpolator for Incremental Encoders Based on the Quadrature PLL Method"IEEE Transactions Industrial Electronnics. 47. 84-90 (2000)

Takashi Emura：“基于正交 PLL 方法的增量编码器的高分辨率插值器”IEEE Transactions Industrial Electronics。

Lei Wang: "High-Resolution Detection of Torsional Angle of Rotary Shaft by Non-Sinnsoiday Two-Phase Type PLL and Its Application to a High-Precision Servomechanism"Proceedings of 2000 Japan-U.S.A. Symposium on Flexible Automation. (2000)

王雷：“非辛斯莱两相型PLL对旋转轴扭转角度的高分辨率检测及其在高精度伺服机构中的应用”2000年日美会议论文集

Takashi Emura: "Two-phase type PLL using phase/frequency detecting method for high-precision positioning servo-controllers"IEEE Transactions Industrial Electronnics. (2001)

Takashi Emura：“使用相位/频率检测方法的两相型 PLL，用于高精度定位伺服控制器”IEEE Transactions Industrial Electronics。