JP2906255B2 - サーボ制御装置 - Google Patents

サーボ制御装置

Info

Publication number
JP2906255B2
JP2906255B2 JP1248762A JP24876289A JP2906255B2 JP 2906255 B2 JP2906255 B2 JP 2906255B2 JP 1248762 A JP1248762 A JP 1248762A JP 24876289 A JP24876289 A JP 24876289A JP 2906255 B2 JP2906255 B2 JP 2906255B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speed
signal
estimated
control
torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1248762A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH03110605A (ja
Inventor
明 島田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP1248762A priority Critical patent/JP2906255B2/ja
Priority to US07/587,450 priority patent/US5115418A/en
Publication of JPH03110605A publication Critical patent/JPH03110605A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2906255B2 publication Critical patent/JP2906255B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G05B2219/41367Estimator, state observer, space state controller
    • 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
    • G05B2219/41373Observe position and driving signal, estimate disturbance and speed

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 ロボットマニピュレータ、工作機械、XYテーブル等の
位置、速度または力制御装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明はロボットのアームや、工作機械の主軸、ワー
ク台等のように位置検出手段を持ち機械駆動される制御
対象に対して、クーロン摩擦、弾性、粘性または負荷変
動によって生じる加速力の変動や外界からの外力等から
なる制御対象への外乱負荷と制御対象の運動速度とを、
アクチュエータの発生する駆動力(または駆動電流)と
検出した現在位置データを用いて同時に推定する状態推
定演算部(外乱負荷・速度推定オブザーバ)を持つこと
を特徴とし、推定外乱負荷を正帰還することにより外乱
負荷を見かけ上消去する補償と推定速度を利用した速度
フィードバック補償とを同時に行う機能を有することで
制御性能を向上させることを特徴とするサーボ制御装置
である。(第1図)参照。
〔従来の技術〕
ロボット、工作機械等の機械駆動系のモータ軸には既
知または未知の外乱トルクが発生し、機械駆動を妨げる
場合、振動の原因になる場合、目標軌道への追従誤差を
発生する原因になる場合等の様々な制御性の劣化を引き
起こす問題があった。
従来、位置・速度制御の分野では第2図の例に見られ
るように位置検出器からの位置信号6または制御対象の
速度信号14のフィードバック信号を利用したフィードバ
ック制御ループを構成することで制御目的を達成してき
た。この際、外乱トルク7に対してはフィードバックル
ープが自ずから持つ外乱除去効果を利用し、ループゲイ
ンを可能な限り大きく取ることで偏差をなくす仕組みに
なっている。また、第5図の従来例の伝達関数ブロック
図に見られるように、位置指令5と位置検出信号6の偏
差に対しては積分補償項11をフィードバックループ内に
挿入することにより定常偏差をなくす方法が取られてき
た。しかしながら、制御対象の特性により制御系の安定
領域に制限が生じるので単なるゲイン11、12、13の向上
には限界があり十分な特性が得られない。
また既知外乱に対して動特性の変化を考慮した制御系
を構成することで対処する制御方法が多く開発されてい
るが、未知外乱に対しては同じ制御特性を維持すること
は難かった。
そこで第5図に見られるように、外乱トルク7を制御
対象モデル2の一部として扱い、アクチュエータの発生
電流または発生トルク8と運動速度14を用いて外乱トル
ク7を推定する外乱トルクオブザーバ4を構成し速度制
御系に応用する方法が開発されている。一方、速度制御
系に限らず、位置制御系を構成する場合にも、第1図、
第2図にも見られるように、速度フィードバックループ
を併用することで制御性を向上できることが知られてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ロボット、工作機械のうちの多くは小型化、軽量化を
目的としてタコジェネレータのような速度検出手段を持
たず、位置検出手段のみを持つ場合が少なくない。その
場合、制御位置は位置検出データの微分値を速度検出値
として利用する必要があるが、アナログ回路による微分
は高周波ノイズを拾いやすいため実用的ではなかった。
また位置を表すパルスを発生する型の位置検出手段を有
する制御対象に対しては、パルス周波数に比例する電圧
を発生する速度検出回路が広く利用されているが、低速
度においてリップルを含むために精度に問題があり、振
動の原因にもなった。上記速度検出回路のリップルを消
すためにローパスフィルタを挿入する方法がとられる遅
れが生じて制御性を劣化させる問題が起こった。また、
ディジタルサーボ制御装置では現在位置と1サンプル前
の位置の1階差分を速度データとして近似する方法が取
られている場合が多いがこれも低速度においてリップル
が増大するため振動や騒音の原因となり易い。
以上のように、位置検出手段のみを有する位置制御系
に対して、制御対象からの速度信号と、制御系の駆動ト
ルク信号よりオブザーバで推定外乱トルクを出力して位
置制御系に利用する制御装置では実用上問題があった。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記問題を解決するため、制御対象の位置信
号および駆動力信号の両信号を演算処理するオブザーバ
(状態推定器)を用い、推定外乱負荷と推定速度とを算
出し推定外乱負荷は正帰還し、推定速度は速度フィード
バック補償してサーボ制御する制御装置であり、位置検
出手段を持ち、速度検出手段を持たない制御対象に対し
て、駆動力(または駆動電流)と位置検出値とを入力と
し、オブザーバ理論に基づき外乱と速度とを推定する状
態推定演算部(外乱トルク・速度オブザーバ)を構成
し、上記推定外乱負荷を正帰還し、(作用効果)併せて
推定速度を用いて速度フィードバックを同時に行う手段
をソフトウェア(CPU装置)により行なうようにしたサ
ーボ制御装置である。
〔作用〕
サーボ制御装置1の位置制御演算部3は位置指令5と
制御対象の位置検出信号6とのデータを比較し、推定速
度10のデータを利用して制御に必要な演算を行い、駆動
力指令として出力する。一方、外乱負荷速度オブザーバ
は駆動力8と位置検出信号6を入力し、推定外乱負荷9
と推定速度10を出力する。推定外乱負荷9は前記の位置
制御演算部3の出力と加算され、駆動力8が得られる。
制御対象2は駆動力8と外乱負荷7の差によって駆動
制御される。
〔実施例〕
本発明の実施例について制御対象が回転系の例で説明
する。
第1図において、サーボ制御装置1の位置制御演算部
3には、位置指令信号5および制御対象2の位置検出器
からの位置検出信号6が出力される。一方、外乱トルク
・速度オブザーバ4には、位置検出信号6と、駆動トル
ク(駆動力)信号8とが入力され、オブザーバ4はこれ
ら両信号をもとにして演算を行ない、推定外乱トルク
(負荷)信号9および推定速度信号10とを出力する。
推定速度信号10は位置制御演算部3に入力され、推定
外乱トルク信号9は位置制御演算部3の出力10aに加算
される。
位置制御演算部3では、位置指令5と位置検出信号6
とを比較するとともに、推定速度信号10を用いて制御対
象を所定の位置に移動させる駆動力を求める演算を行な
い、駆動トルク指令信号10aを出力する。この駆動トル
ク信号10aは前述したように推定外乱トルク信号9と加
算され駆動トルク信号8が得られる。そしてこの駆動ト
ルク信号8と制御対象の加速変動や摺動摩擦等の外乱ト
ルクとの差により制御対象2が駆動制御されることとな
る。
なお、位置制御演算部3および外乱トルク速度オブザ
ーバ4等からなるサーボ制御装置1はCPU装置を用いて
ソフトウェアにより演算処理するようにしているが、そ
れぞれ位置制御演算回路、オブザーバ回路で演算出力す
るようにしてもよい。
次に外乱トルク推定の原理について説明する。第1式
は制御対象に関する運動方程式で、モータ発生トルク
Tm、慣性モーメントJ、角度位置θ、外乱トルクTL、・
は時間微分を表す。
外乱トルク速度推定オブザーバを得るために制御対象
を第2式、第3式のような状態方程式で表現しておく。
そこで第1式を第4式の定義と第5式の仮定の基に状態
方程式表現したものが第6式、第7式である。
第5式の仮定に対しても、基えたオブザーバが結果的
にある程度の外乱トルク変化に追従することが外乱トル
クオブザーバに関する文献により明らかになっている。
運動方程式:Tm=J+TL (1式) 状態方程式:=AX+BU (2式) Y=CX (3式) 定義 :X1=θ、u=Tm (4式) X2=、y=x1=θ X3=TL 現代制御理論の基本的な設計手法であるゴピナスの最
小次元オブザーバを第6式、第7式に適用することで第
8式、第9式の型式で表した第10式、第11式を得る。各
状態量は第12式で示される意味をもっている。
L1、L2は上記システムの固有値を求めるパラメータ定
数であり、システム安定性が確保できるように決める。
次に第10式、第11式で得られた外乱トルク速度推定オ
ブザーバを制御装置上にソフトウェアで実現するために
離散化を行う。第13式で定義される変換を行うことで第
14式、第15式の型式で表した第16式、第17式が得られ
る。式中のパラメータは第18式から第27式で表される。
Z{(k+1)T}=・Z(kT)+・U(kT)
(14式) X(kT)=・Z(kT)+・U(kT) (15式) 但し、z1{(k+1)T}をzk11、z2{(k+1)
T}をzk21と書き表し、z1(kT)をzk1、z2(kT)をzk2
と書き表す。
y(kT)をyk、u(kT)をukと書き表す。
x1をXk1、x2(kT)をxk2、x3(kT)をXk3と書き表
す。
θ(kT)をθ、(kT)を、TL(kT)をTLk
表す。
(Tはサンプリング・タイム、Jは慣性モーメントの公
称値。) 第16式、第17式で表される離散化形式の外乱トルク速
度推定オブザーバを制御装置内に組み込む様子を示した
ものが第6図で示されるフローチャートであり、上記外
乱トルク速度推定は単にオブザーバと表記してある。サ
ーボ制御装置はデータを初期化した後、繰り返しループ
に入り、逐次の位置指令データを作成し、サンプリング
タイムを待って、位置検出を行う。検出値と前回の入力
を基にオブザーバが外乱トルクと速度を推定し、サーボ
演算ルーチンに転送する。サーボは演算結果を駆動トル
クとして出力し、繰り返しの回数kを更新する。
第7図にオブザーバの演算ルーチンを示す。
Zki(i=0,1,2,…)は外乱トルク速度推定オブザー
バ内の中間変数であり、データ値は初期値を0としてフ
ローチャートのループ内でサンプリングタイム毎に更新
されていく。Zii1は第14式のZ{(k+1)}に相当
し、Ziiに相当するZ(k)の1サンプル後の変数であ
り、このルーチン内で逐次更新される。
第28式に推定外乱トルクと推定速度とを利用した制御
補償を実現する式を示す。指令位置と検出位置の差の積
分にゲインが乗ぜられ、推定速度と検出位置とにそれぞ
れゲインが乗ぜられて負帰還され、推定外乱トルクが正
帰還される。
k:推定速度 TLk:推定外乱トルク Tmk:メカトルク 第8図が実現のためのルーチンである。
結果として、第4図に示される伝達関数ブロックが実
現されることになる。
〔発明による効果〕
ロボットを例に取ると、ロボットが未知重量を持つ物
体を把持した場合に、ロボットの動特性パラメータは未
知量の変化を生ずる。また、ロボットに限らず機械駆動
系の弾性、粘性、摩擦等のパラメータは環境温度、湿度
等により変化する。これらの変化によって駆動時に生ず
るトルク変動は制御系に対して外乱トルクとして作用す
る。本制御装置はこの外乱トルクを見かけ上消去するこ
とで制御系を常に一定の制御特性を維持させることがで
きる。
一般に位置・速度制御系の速度リップルは外乱トルク
の他、検出ノイズ、駆動トルクリップル等により生じる
が、上記の外乱トルク消去機能だけでなく、外乱トルク
速度推定オブザーバが持つローパスフィルタ特性を利用
して推定速度を利用した速度フィードバックを用いるこ
とにより、速度検出時の検出ノイズをも取り除くことが
できる。外乱トルク除去と推定速度フィードバックを同
時に行うことにより、速度リップルを生じ易い低速度で
も安定した制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例のブロック図で、外乱トルク速
度推定オブザーバとそれを利用した制御装置を示してい
る。第2図および第3図は従来の制御装置の概念図。 第4図は本発明の実施例の伝達関数を示すブロック図。
第5図は第2図の実施例の伝達関数を示すブロック図で
ある。 第6図は本発明の実施例の制御方式を示すフローチャー
トであり、第7図および第8図は第6図のオブザーバと
サーボの演算ルーチンのフローチャートである。 1……サーボ制御装置 2……制御対象 3……位置制御演算部 4……外乱負荷(トルク)・速度推定オブザーバ(状態
推定演算部) 5……位置指令信号 6……位置信号 7……外乱負荷(トルク) 8……駆動力(トルク)信号 9……推定外乱負荷(トルク)信号 10……推定速度信号 11……積分補償ゲイン 12……速度フィードバックゲイン 13……位置フィードバックゲイン 14……速度
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 3/00 - 3/12 G05B 13/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位置検出手段をもつ機械駆動系からなる制
    御対象を制御するサーボ制御装置において、 上記制御対象を駆動する駆動力信号と位置検出信号より
    演算して上記制御対象の外乱負荷と上記制御対象の運動
    速度とを同時に推定し、推定外乱負荷および推定速度信
    号を出力する状態推定演算手段と、 位置指令信号と上記位置検出信号と上記推定速度信号と
    から演算して駆動力指令信号を出力する位置制御演算手
    段とを有し、 上記推定外乱負荷信号は上記位置制御演算手段に正帰還
    し、 上記推定速度信号は速度フィードバック補償する構成と
    した ことを特徴とするサーボ制御装置。
JP1248762A 1989-09-25 1989-09-25 サーボ制御装置 Expired - Fee Related JP2906255B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1248762A JP2906255B2 (ja) 1989-09-25 1989-09-25 サーボ制御装置
US07/587,450 US5115418A (en) 1989-09-25 1990-09-25 Servo control apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1248762A JP2906255B2 (ja) 1989-09-25 1989-09-25 サーボ制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03110605A JPH03110605A (ja) 1991-05-10
JP2906255B2 true JP2906255B2 (ja) 1999-06-14

Family

ID=17182998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1248762A Expired - Fee Related JP2906255B2 (ja) 1989-09-25 1989-09-25 サーボ制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2906255B2 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2637578B2 (ja) * 1989-11-08 1997-08-06 オークマ株式会社 工作機械の位置制御装置
JPH11305803A (ja) 1998-04-24 1999-11-05 Hitachi Ltd 制御装置
JP3804060B2 (ja) * 2000-12-14 2006-08-02 株式会社安川電機 フィードバック制御装置
JP4421131B2 (ja) * 2001-03-30 2010-02-24 住友重機械工業株式会社 スプール型流量制御弁及びその制御装置
CN114798873B (zh) * 2022-04-26 2023-03-07 广州蓝方自动化设备有限公司 一种用于管接头高速冲压成型工艺及其一体化设备

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03110605A (ja) 1991-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2763832B2 (ja) 未知ダイナミックスを含むプラントの制御装置および方法
EP0130570B1 (en) Method and apparatus for controlling a robot hand along a predetermined path
JP5996127B2 (ja) 摩擦同定方法および摩擦同定装置
JP3506157B2 (ja) 電動機の位置制御装置
JPH0683403A (ja) 適応pi制御方式
US5115418A (en) Servo control apparatus
KR20160117223A (ko) 서보 모터 제어 장치 및 충돌 검출 방법
US5091683A (en) Servo control apparatus
JP2906255B2 (ja) サーボ制御装置
JP2906256B2 (ja) サーボ制御装置
Aksman et al. Force estimation based compliance control of harmonically driven manipulators
CN114734437A (zh) 机器人关节控制方法及装置
JPH08278821A (ja) サーボ制御系の制振方法
JPH07121239A (ja) ロボット装置の制御方法
JP3374592B2 (ja) ロボットの制御パラメータ推定方法
JP4078396B2 (ja) 位置決め制御装置
JP4038659B2 (ja) サーボ制御装置
JP3171860B2 (ja) サーボ制御システム
JP2000099105A (ja) 負荷機械の制御方法
Yin et al. A Phased Optimization Method for Robot Dragging Teaching without Torque Sensors
JPS62126403A (ja) 速度制御方式
JPH08249068A (ja) オブザーバ制御演算装置
JPH0577176A (ja) 多軸ロボツトの制御装置
KR0157634B1 (ko) 로보트의 적응 제어방법
JPH05257537A (ja) 適応的pi制御方式

Legal Events

Date Code Title Description
S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees