JP2798217B2 - 高速位置決め制御方法 - Google Patents
高速位置決め制御方法Info
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- JP2798217B2 JP2798217B2 JP1192733A JP19273389A JP2798217B2 JP 2798217 B2 JP2798217 B2 JP 2798217B2 JP 1192733 A JP1192733 A JP 1192733A JP 19273389 A JP19273389 A JP 19273389A JP 2798217 B2 JP2798217 B2 JP 2798217B2
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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
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41251—Servo with spring, resilient, elastic element, twist
-
- G—PHYSICS
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- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41367—Estimator, state observer, space state controller
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- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、例えば関節部にばね要素を有するロボット
アーム，クレーン等や、駆動部にばね要素を有する位置
決めテーブル等に適用して有用な、高速位置決め制御方
法に関するものである。
アーム，クレーン等や、駆動部にばね要素を有する位置
決めテーブル等に適用して有用な、高速位置決め制御方
法に関するものである。
＜従来の技術＞ ばね要素を有する回転軸の従来の位置決め制御方法に
あっては、第３図に示すように、角度信号及び角速度信
号のみをフィードバック制御する。すなわち、回転軸の
駆動軸Ａは、モータ1,角度検出手段2,角速度検出手段３
により構成され、モータ角度信号θ及びモータ角速度信
号を出力する。この駆動軸Ａはばね要素５を介して負
荷軸Ｂを駆動する。
あっては、第３図に示すように、角度信号及び角速度信
号のみをフィードバック制御する。すなわち、回転軸の
駆動軸Ａは、モータ1,角度検出手段2,角速度検出手段３
により構成され、モータ角度信号θ及びモータ角速度信
号を出力する。この駆動軸Ａはばね要素５を介して負
荷軸Ｂを駆動する。
位置ゲイン手段９は、角度信号θと角度目標値信号θ
refとの減算演算をする減算手段11aを介して得られる角
度偏差信号θref−θを入力とし、この入力に比例した
信号Kp（θref−θ）を出力する。速度ゲイン手段10
は、信号Kp（θref−θ）と角速度信号との減算演算
をする減算手段11bを介して得られる速度偏差信号K
p（θref−θ）−を入力とし、この入力に比例したト
ルク指令信号τを出力する。トルク指令信号τはサーボ
ドライバ８を介して駆動軸Ａのモータ１に駆動トルクを
発生させる。結局、位置ゲイン手段9,速度ゲイン手段10
及び減算手段11a,11bにより位置速度制御系12が形成さ
れ、駆動軸Ａの位置速度制御をしている。
refとの減算演算をする減算手段11aを介して得られる角
度偏差信号θref−θを入力とし、この入力に比例した
信号Kp（θref−θ）を出力する。速度ゲイン手段10
は、信号Kp（θref−θ）と角速度信号との減算演算
をする減算手段11bを介して得られる速度偏差信号K
p（θref−θ）−を入力とし、この入力に比例したト
ルク指令信号τを出力する。トルク指令信号τはサーボ
ドライバ８を介して駆動軸Ａのモータ１に駆動トルクを
発生させる。結局、位置ゲイン手段9,速度ゲイン手段10
及び減算手段11a,11bにより位置速度制御系12が形成さ
れ、駆動軸Ａの位置速度制御をしている。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで第３図に示すように、角度信号θ，角速度信
号のみをフィードバックする従来の位置決め制御方法
では、起動及び位置決め時に回転軸のばね要素５におい
てねじり振動が発生し、作業効率が悪化するという問題
がある。
号のみをフィードバックする従来の位置決め制御方法
では、起動及び位置決め時に回転軸のばね要素５におい
てねじり振動が発生し、作業効率が悪化するという問題
がある。
すなわち、第４図は位置決め制御時の負荷軸Ｂの角度
の時間応答特性を示しており、この図に示すように、負
荷軸Ｂの角度が目標位置に円滑に到達せず、ばね要素５
のねじりトルク信号及びねじりトルク微分信号のフィー
ドバックがないのでねじり振動が発生し、位置決めに要
する時間が長くなる。
の時間応答特性を示しており、この図に示すように、負
荷軸Ｂの角度が目標位置に円滑に到達せず、ばね要素５
のねじりトルク信号及びねじりトルク微分信号のフィー
ドバックがないのでねじり振動が発生し、位置決めに要
する時間が長くなる。
また、ねじり振動を抑制するため、ばね要素のねじり
トルク信号及びねじりトルク微分信号の負フィードバッ
クを行い、回転軸の固有周波数でのダンピングを上げる
と、固有周波数以上の周波数でのゲインも下げてしまう
ため、固有周波数以下の速度での位置決めは行うことが
できるが、固有周波数以上の速度での位置決めは行うこ
とができない。
トルク信号及びねじりトルク微分信号の負フィードバッ
クを行い、回転軸の固有周波数でのダンピングを上げる
と、固有周波数以上の周波数でのゲインも下げてしまう
ため、固有周波数以下の速度での位置決めは行うことが
できるが、固有周波数以上の速度での位置決めは行うこ
とができない。
＜課題を解決するための手段＞ 上記課題を解決する本発明の構成は、駆動軸と負荷軸
がばね要素により結合されたる回転軸において、駆動軸
の角度検出手段と角速度検出手段とによる角度信号と角
速度信号を、駆動軸モータのトルク指令信号に負フィー
ドバックする位置速度制御系と、ばね要素におけるねじ
りトルク値及びねじりトルク微分値を求め、駆動軸モー
タへのトルク指令信号に対し、ねじりトルク推定値は負
フィードバック、またねじりトルク微分値は、位置決め
周波数が回転軸の固有周波数より低い場合は負フィード
バック、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より高い
場合は正フィードバックするトルク制御系とを有し、通
常行う上記位置速度制御に加え、トルク制御をも合わせ
行うことにより任意の位置決め周波数での位置決めを可
能にしたことを特徴とする。
がばね要素により結合されたる回転軸において、駆動軸
の角度検出手段と角速度検出手段とによる角度信号と角
速度信号を、駆動軸モータのトルク指令信号に負フィー
ドバックする位置速度制御系と、ばね要素におけるねじ
りトルク値及びねじりトルク微分値を求め、駆動軸モー
タへのトルク指令信号に対し、ねじりトルク推定値は負
フィードバック、またねじりトルク微分値は、位置決め
周波数が回転軸の固有周波数より低い場合は負フィード
バック、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より高い
場合は正フィードバックするトルク制御系とを有し、通
常行う上記位置速度制御に加え、トルク制御をも合わせ
行うことにより任意の位置決め周波数での位置決めを可
能にしたことを特徴とする。
＜作用＞ 従来の位置速度制御に加え、トルク制御を合わせ行う
ようにしたものであり、トルク制御は、ばね要素におけ
るねじりトルク値及びねじりトルク微分値を、推定した
り測定したりし、駆動軸モータへののトルク指令信号に
対し、ねじりトルク推定値は負フィードバック、またね
じりトルク微分推定値は、位置決め周波数が回転軸の固
有周波数より低い場合は負フィードバック、位置決め周
波数が回転軸の固有周波数より高い場合は正フィードバ
ックする。
ようにしたものであり、トルク制御は、ばね要素におけ
るねじりトルク値及びねじりトルク微分値を、推定した
り測定したりし、駆動軸モータへののトルク指令信号に
対し、ねじりトルク推定値は負フィードバック、またね
じりトルク微分推定値は、位置決め周波数が回転軸の固
有周波数より低い場合は負フィードバック、位置決め周
波数が回転軸の固有周波数より高い場合は正フィードバ
ックする。
この結果、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より
低い場合は、上記ねじりトルク推定値及びねじりトルク
微分推定値の負フィードバックにより回転軸の固有周波
数におけるダンピングを増し、ねじり振動の発生を抑制
する。また、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より
高い場合は、ねじりトルク推定値の負フィードバックに
より回転軸の固有周波数でのダンピングを増すととも
に、ねじりトルク微分推定値は正フィードバックとし、
位置決め周波数での位相を進めることにより、所望の位
置決め速度を確保する。このようにして回転軸の固有周
波数に制限されない任意の速度での回転軸の位置決めが
可能になる。
低い場合は、上記ねじりトルク推定値及びねじりトルク
微分推定値の負フィードバックにより回転軸の固有周波
数におけるダンピングを増し、ねじり振動の発生を抑制
する。また、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より
高い場合は、ねじりトルク推定値の負フィードバックに
より回転軸の固有周波数でのダンピングを増すととも
に、ねじりトルク微分推定値は正フィードバックとし、
位置決め周波数での位相を進めることにより、所望の位
置決め速度を確保する。このようにして回転軸の固有周
波数に制限されない任意の速度での回転軸の位置決めが
可能になる。
＜実 施 例＞ ここで、第１図および第２図を参照して本発明の実施
例を説明する。第１図は全体の構成図であり、第３図と
同一部分には同符号を付す。
例を説明する。第１図は全体の構成図であり、第３図と
同一部分には同符号を付す。
回転軸の駆動軸Ａはモータ1,その角度検出手段2,角速
度検出手段３により構成され、各々モータ角度信号θ及
びモータ角速度信号を出力する。
度検出手段３により構成され、各々モータ角度信号θ及
びモータ角速度信号を出力する。
位置速度制御系12は、角度信号θ，角速度信号及び
角度目標値θrefを入力としている。そして位置ゲイン
手段９は角度信号θと角度目標値信号θrefとを減算演
算する減算手段11aを介して得られる角度偏差信号θref
−θに比例した信号Kp（θref−θ）を出力する。速度
ゲイン手段10は、信号Kp（θref−θ）と角速度信号
とを減算演算する減算手段11bを介して得られる速度偏
差信号Kp（θref−θ）−に比例したモータトルク指
令値τpvを出力する。
角度目標値θrefを入力としている。そして位置ゲイン
手段９は角度信号θと角度目標値信号θrefとを減算演
算する減算手段11aを介して得られる角度偏差信号θref
−θに比例した信号Kp（θref−θ）を出力する。速度
ゲイン手段10は、信号Kp（θref−θ）と角速度信号
とを減算演算する減算手段11bを介して得られる速度偏
差信号Kp（θref−θ）−に比例したモータトルク指
令値τpvを出力する。
一方、トルク制御系16は、上記駆動軸Ａの角度検出手
段２からの角度信号θ及びモータ１へのトルク指令信号
τを入力としている。そして、ばね要素５におけるねじ
りトルク値の推定値 及びねじりトルク微分値の推定値 をオブザーバ手段13を介して得、各々ねじりトルク推定
値ゲイン手段15及びねじりトルク微分推定値ゲイン手段
14を介して、信号 を得、さらに信号 から加算手段17aを介してモータトルク指令値τａを出
力する。この場合、ゲインTDは位置決め周波数が回転軸
の固有周波数より低い場合は負荷、位置決め周波数が回
転軸の固有周波数より高い場合は正値をとる。
段２からの角度信号θ及びモータ１へのトルク指令信号
τを入力としている。そして、ばね要素５におけるねじ
りトルク値の推定値 及びねじりトルク微分値の推定値 をオブザーバ手段13を介して得、各々ねじりトルク推定
値ゲイン手段15及びねじりトルク微分推定値ゲイン手段
14を介して、信号 を得、さらに信号 から加算手段17aを介してモータトルク指令値τａを出
力する。この場合、ゲインTDは位置決め周波数が回転軸
の固有周波数より低い場合は負荷、位置決め周波数が回
転軸の固有周波数より高い場合は正値をとる。
そして、位置速度制御系12からのモータトルク指令値
τpvとトルク制御系16からのモータトルク指令値τａを
加算手段17bで加算して得たモータトルク指令値τが、
サーボドライバ８に印加される。サーボドライバ８は駆
動軸Ａのモータ１にトルクを発生させる。
τpvとトルク制御系16からのモータトルク指令値τａを
加算手段17bで加算して得たモータトルク指令値τが、
サーボドライバ８に印加される。サーボドライバ８は駆
動軸Ａのモータ１にトルクを発生させる。
かかる方法により、位置決め制御をしたときの負荷軸
Ｂの角度の時間応答性を第２図（ａ）（ｂ）に示す。第
２図（ａ）（ｂ）に示すように、位置決め周波数が回転
軸の固有周波数より低い場合でも、また高い場合でも目
標位置に迅速に到達しかつ位置決め時のねじり振動が抑
制されているのがわかる。
Ｂの角度の時間応答性を第２図（ａ）（ｂ）に示す。第
２図（ａ）（ｂ）に示すように、位置決め周波数が回転
軸の固有周波数より低い場合でも、また高い場合でも目
標位置に迅速に到達しかつ位置決め時のねじり振動が抑
制されているのがわかる。
なお上記実施例ではオブザーバ手段13により、ばね要
素５のねじりトルク値及びねじりトルク微分値を推定し
たが、ねじりトルク値はトルクセンサにより直接測定
し、ねじりトルク微分値は、トルクセンサで測定したト
ルク値を基に推定するようにしてもよい。
素５のねじりトルク値及びねじりトルク微分値を推定し
たが、ねじりトルク値はトルクセンサにより直接測定
し、ねじりトルク微分値は、トルクセンサで測定したト
ルク値を基に推定するようにしてもよい。
ちなみに、「位置決め周波数」とは具体的には、位置
ゲイン手段９のゲインKpである。この位置決め周波数
は、設計者によって設定されるものであり、位置決めが
比較的低速度でよい場合には小さな値に設定され、位置
決めが高速性を要求される場合には大きな値に設定され
る。また「回転軸の固有周波数」は、具体的にはばね要
素５のねじりばね剛性であり、この値は制御対象に固有
の物理定数であり、予め判っている。そして、設計者
は、位置決め周波数こ回転軸の固有周波数を比較し、位
置決め周波数が回転軸の固有周波数より低い場合には、
ゲインTDを負値に設定し、位置決め周波数が回転軸の固
有周波数より高い場合には、ゲインTDを正値に設定する
のである。
ゲイン手段９のゲインKpである。この位置決め周波数
は、設計者によって設定されるものであり、位置決めが
比較的低速度でよい場合には小さな値に設定され、位置
決めが高速性を要求される場合には大きな値に設定され
る。また「回転軸の固有周波数」は、具体的にはばね要
素５のねじりばね剛性であり、この値は制御対象に固有
の物理定数であり、予め判っている。そして、設計者
は、位置決め周波数こ回転軸の固有周波数を比較し、位
置決め周波数が回転軸の固有周波数より低い場合には、
ゲインTDを負値に設定し、位置決め周波数が回転軸の固
有周波数より高い場合には、ゲインTDを正値に設定する
のである。
＜発明の効果＞ 以上実施例にて説明したように、本発明によれば、任
意の位置決め速度において、回転軸を目標位置に迅速に
到達させ、かつ位置決め時のねじり振動を抑制すること
ができた。
意の位置決め速度において、回転軸を目標位置に迅速に
到達させ、かつ位置決め時のねじり振動を抑制すること
ができた。
第１図は本発明の制御方法を適用した制御系を示す構成
図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の制御方法を実行した
場合の負荷軸の時間応答を示す特性図、第３図は従来技
術の制御系を示す構成図、第４図は従来技術の制御方法
を実行した場合の負荷軸の時間応答を示す特性図であ
る。 図面中、 Ａは回転軸の駆動軸、 Ｂは回転軸の負荷軸、 １はモータ、 ２は角度検出手段、 ３は角速度検出手段、 ５はばね要素、 ８はサーボドライバ、 ９は位置ゲイン手段、 10は速度ゲイン手段、 11a,11bは減算手段、 12は位置速度制御系、 13はオブザーバ手段、 14はねじりトルク微分推定値ゲイン手段、 15はねじりトルク推定値ゲイン手段、 16はトルク制御系、 17a,17bは加算手段である。
図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の制御方法を実行した
場合の負荷軸の時間応答を示す特性図、第３図は従来技
術の制御系を示す構成図、第４図は従来技術の制御方法
を実行した場合の負荷軸の時間応答を示す特性図であ
る。 図面中、 Ａは回転軸の駆動軸、 Ｂは回転軸の負荷軸、 １はモータ、 ２は角度検出手段、 ３は角速度検出手段、 ５はばね要素、 ８はサーボドライバ、 ９は位置ゲイン手段、 10は速度ゲイン手段、 11a,11bは減算手段、 12は位置速度制御系、 13はオブザーバ手段、 14はねじりトルク微分推定値ゲイン手段、 15はねじりトルク推定値ゲイン手段、 16はトルク制御系、 17a,17bは加算手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 3/12 306 G05D 3/12 305
Claims (2)
- 【請求項１】トルク指令信号の値に応じて回転駆動する
駆動軸と、ばね要素を介して駆動軸に結合されて回転す
る負荷軸とでなる回転軸を制御対象とし、トルク指令信
号の値を制御することにより負荷軸の位置決めをする制
御方法であって、 前記駆動軸へのトルク指令信号に対し、駆動軸に備えた
角度検出手段及び角速度検出手段から出力される角度信
号及び角速度信号を基に負フィードバック制御する位置
速度制御系と、 前記ばね要素でのねじりトルク値及びねじりトルク微分
値を、前記角度信号及び前記駆動軸へのトルク指令信号
を入力とするオブザーバ手段により推定し、前記駆動軸
へのトルク指令信号に対し、推定したねじりトルク値を
基に負フィードバック制御するとともに、前記駆動軸へ
のトルク指令信号に対し、位置決め周波数が回転軸の固
有周波数より低い場合には推定したねじりトルク微分値
を基に負フィードバック制御をし逆に位置決め周波数が
回転軸の固有周波数より高い場合には推定したねじりト
ルク微分値を基に正フィードバック制御するトルク制御
系とを有し、 位置速度制御に加えトルク制御をも合せて行うことによ
り、任意の位置決め周波数での負荷軸の位置決めをする
ことを特徴とする高速位置決め制御方法。 - 【請求項２】トルク指令信号の値に応じて回転駆動する
駆動軸と、ばね要素を介して駆動軸に結合されて回転す
る負荷軸とでなる回転軸を制御対象とし、トルク指令信
号の値を制御することにより負荷軸の位置決めをする制
御方法であって、 前記駆動軸へのトルク指令信号に対し、駆動軸に備えた
角度検出手段及び角速度検出手段から出力される角度信
号及び角速度信号を基に負フィードバック制御する位置
速度制御系と、 前記ばね要素でのねじりトルク値をトルクセンサにより
直接測定するとともに測定されたトルク値からねじりト
ルク微分値を推定し、前記駆動軸へのトルク指令信号に
対し、測定したねじりトルク値を基に負フィードバック
制御するとともに、前記駆動軸へのトルク指令信号に対
し、位置決め周波数が回転軸の固有周波数より低い場合
には推定したねじりトルク微分値を基に負フィードバッ
ク制御をし逆に位置決め周波数が回転軸の固有周波数よ
り高い場合には推定したねじりトルク微分値を基に正フ
ィードバック制御をするトルク制御系とを有し、 位置速度制御に加えトルク制御をも合せて行うことによ
り、任意の位置決め周波数での負荷軸の位置決めをする
ことを特徴とする高速位置決め制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192733A JP2798217B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 高速位置決め制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1192733A JP2798217B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 高速位置決め制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0358106A JPH0358106A (ja) | 1991-03-13 |
| JP2798217B2 true JP2798217B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=16296164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1192733A Expired - Lifetime JP2798217B2 (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 高速位置決め制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2798217B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013180130A1 (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | 株式会社明電舎 | ダイナモメータシステムの制御装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05216504A (ja) * | 1992-02-06 | 1993-08-27 | Fanuc Ltd | バネ系を含む制御対象に対する適応的スライディングモード制御方式 |
| JP3253434B2 (ja) * | 1993-10-28 | 2002-02-04 | 東洋電機製造株式会社 | 電動機駆動システムの軸トルク制御方法および軸トルク推定方法 |
| JP4580600B2 (ja) * | 2001-09-11 | 2010-11-17 | 住友重機械工業株式会社 | ガルバノスキャナの制御方法、装置、及び、ガルバノスキャナ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638212B2 (ja) * | 1986-08-14 | 1994-05-18 | 川崎重工業株式会社 | 物体の位置制御装置 |
| JPS63191211A (ja) * | 1987-02-03 | 1988-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 可動体の制御装置 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP1192733A patent/JP2798217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013180130A1 (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-05 | 株式会社明電舎 | ダイナモメータシステムの制御装置 |
| JP2013246152A (ja) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Meidensha Corp | ダイナモメータシステムの制御装置 |
| KR101515902B1 (ko) | 2012-05-29 | 2015-05-04 | 메이덴샤 코포레이션 | 다이나모미터 시스템의 제어장치 |
| US9335228B2 (en) | 2012-05-29 | 2016-05-10 | Meidensha Corporation | Dynamometer system control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0358106A (ja) | 1991-03-13 |
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