JP4151401B2

JP4151401B2 - Servo control device

Info

Publication number: JP4151401B2
Application number: JP2002368643A
Authority: JP
Inventors: 萩原　　淳
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004199495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象が２慣性系を代表とするような振動系である場合の、負荷の振動を抑制するサーボ制御装置に関し、特にオブザーバの外乱推定値を使用し、振動を抑制するサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来例１）
従来のオブザーバを用いたサーボ制御装置では、２慣性系のような振動系の制御対象に対して、その振動を抑制するための方法としては、２慣性メカを正確に模擬したモデルを使用してオブザーバを構成し、負荷速度と弾性変位を推定し、それらにゲインを乗じてフィードバックしていた（例えば、特許文献１参照）。
（従来例２）
また、オブザーバを使用した外乱抑圧制御として、外乱オブザーバを構成し、外乱推定値の高周波成分を除去するために、フィルタ処理を施し、ゲインを乗じてフィードバックする方法が一般的に用いられていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−２００７８８（実施例、第５図）
【特許文献２】
特開平２−１９９５０２（実施例、第１図）
【０００４】
以下、２つの従来例について図を用いて説明する。
（従来例１）
図４において、１は制御対象の負荷であり、モータ２により駆動される。３はモータの速度を検出する検出器である。４はイナーシャ定数Jであり、加速度指令Urefをトルク指令Trefへ変換する定数である。５は、速度指令Vrefと検出速度Vmを入力し、指令と検出値が一致するようにサーボ制御を行う速度制御部であり、加速度指令Uref0を算出する。
41は２慣性系のオブザーバであり、トルク指令Tref（=u）と検出速度Vm（=v）を入力とし、弾性変位推定値dhと負荷速度推定値vlhを算出する。以下、（１）式に従来例１で使用されるオブザーバの式を示す。
【０００５】
【数１】

【０００６】
ここで、Jmはモータイナーシャ、JLは負荷イナーシャ、Kはばね定数、l₁、l₂はオブザーバの推定値の収束の速さを決定する変数、ω₁、ω₂は中間変数である。
このように、オブザーバモデルとして、２慣性系のメカをそのまま使用するため、オブザーバの行列式自体に、メカのパラメータJm、JL、Kが含まれる構成となる。算出された、弾性変位推定値dhと負荷速度推定値vlhそれぞれに、係数器42のゲインK3と係数器43のゲインK4が乗じられ、加算器４４で加算されて減算器45に負帰還される。この方法では、負荷の状態量を推定し、フィードバックしてシステム全体の極を動かせるようになっており、減衰率が高くなるようにK3,K4を設定して負荷の振動が抑制されている。
（従来例２）
図５において、１は制御対象の負荷であり、モータ２により駆動される。３はモータの速度を検出する検出器である。４はイナーシャ定数Jであり、加速度指令Urefをトルク指令Trefへ変換する定数である。５は、速度指令Vref
と検出速度Vmを入力し、指令と検出値が一致するようにサーボ制御を行う速度制御部であり、加速指令Uref0を計算する。６は位置制御部を表し、位置指令θrefと検出位置θmを入力し、位置指令θrefと検出位値θmが一致するようにサーボ制御を行い、速度指令Vrefを算出する。51は外乱オブザーバを表し、トルク指令Trefと検出速度Vmを入力とし、外乱推定値dhを算出する。算出された外乱推定値dhに、係数器52のゲインを乗じ、フィルタ53でフィルタ処理した後、減算器５４にて負帰還される。ここで、係数器52中の記号Jはイナーシャ設定値、Aはフィードバックゲイン、K_Tはトルク定数を表す。
この方法では、外乱推定値をフィードバックすることで、外乱の影響を除去し、指令どおりに、モータが動作するような制御を行っていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１のサーボ制御方法では、（１）式に示すように２慣性系のメカを正確に模擬したモデルを使用するため、オブザーバの行列の要素自体に、メカのパラメータJm、JL、Kが含まれるため、計算が複雑になるという問題があった。また、ロボットなどのように動作中にイナーシャが変化する場合、ゲインだけでなく、オブザーバモデルまでも変化させなければならず、プログラムが複雑になるといった問題があった。また、例えば、メカのパラメータJm、JL、Kの設定値が実機とずれていた場合など、オブザーバの推定値自体がずれてしまうといった問題があった。そして、このように推定値自体がずれると振動抑制効果が得られないばかりか、逆に悪影響を及ぼすといった可能性もあった。
また、従来例２の外乱オブザーバを用いる方法では１つの信号（外乱推定値）しか取り扱っておらず、これでは、システム全体の極を自由に設定することはできず、結果的に制御対象の振動を完全に抑制するには不十分であるという問題があった。
本発明はこのような従来例１と従来例２の上記問題点に鑑みてなされたものであり、メカのパラメータを使用しない簡単な剛体系オブザーバを構成し、推定された外乱推定値にゲインG1を乗じたものと、外乱推定値を積分した外乱積分値にゲインG2を乗じたものを通常制御部で計算される加速度指令に加算するようにして、２種類の信号を独立に取り扱うことを可能とし、結果として、簡単な計算で、振動系メカの負荷の振動を完全に抑制することができる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、負荷を駆動するモータと、該モータの位置もしくは速度を検出する検出器と、指令と該検出器の信号から前記モータヘ与えるトルク指令を計算する位置制御部または速度制御部と、を有するサーボ制御装置において、前記モータに作用する外乱を推定する剛体系のオブザーバと、前記外乱推定値に乗じるゲインG1と、前記外乱推定値を積分し外乱積分値を計算する積分器と、前記外乱積分値に乗じるゲインG2と、前記外乱推定値にゲインG1を乗じた補償信号1と、前記外乱積分値にゲインG2を乗じた補償信号2と、前記位置制御部または前記速度制御部が計算した加速度指令Uref0と加算する加算器とを備えたことを特徴とするものである。
このようになっているため、簡単な計算で、且つ、制御系全体を自由に極配置でき、振動系メカの負荷の振動を完全に抑制することができる。また、メカのパラメータが分からない時でも、ゲインG1、G2の調整のみで、負荷の振動を完全に抑制することができる。
また、前記オブザーバで用いる状態変数は、モータ速度とモータに作用する加速度外乱の二つでであってもよい。このように状態変数が２つだけになっているため、さらに計算量が少なくできる。
また、前記オブザーバへの入力信号は、加速度指令と、モータ位置検出値もしくはモータ速度検出値であってもよい。このようにトルク指令ではなく加速度指令を用いているため、オブザーバの構成が簡単にでき、且つ、モータのイナーシャの正確な値が分からないような時でもオブザーバは外乱を正確に推定することができる。
また、前記ゲインG1と前記ゲインG2は、制御系全体の極配置により決定されるようにしてもよい。このようになっているため、制御系全体の挙動を自由に決定できる。
また、前記外乱推定値にゲインG1を乗じる前に、フィルタ処理する、フィルタF1(s)を備えてもよい。
また、前記積分器へ入力する前の前記外乱推定値をフィルタ処理する、フィルタF2(s)を備えてもよい。
このようになっているため、外乱推定値に、例えば摩擦や重力のようにフィードバックしたくない変数が含まれている場合除去することができる。また、外乱推定値が、高周波成分を含んでいる場合には、それを除去することができるという効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の方法を実施するサーボ制御装置のブロック図である。図において１は制御対象の負荷であり、モータ２により駆動される。３はモータの位置を検出する検出器である。４はイナーシャ定数Jであり、加速度指令Urefをトルク指令Trefへ変換する定数である。５は速度指令Vrefと検出速度Vmを入力し、指令と検出値が一致するようにサーボ制御を行う速度制御部であり、加速度指令Uref0を計算する。６は位置制御部を表し、位置指令θrefと検出位値θmを入力し、位置指令θrefと検出位値θmが一致するようにサーボ制御を行い、速度指令Vrefを算出する。７は剛体系オブザーバを表し、加速度指令Urefとモータ位置θmを入力し、外乱推定値dhを推定する。8は積分器を表し、外乱推定値を積分処理し、外乱積分値dIhを求める。９は外乱推定値にゲインG1を乗じる係数器を表し、10は外乱積分値にゲインG2を乗じる係数器を表している。11は加算器を表し、外乱推定値にゲインG1を乗じた補償信号Tcomp1と、外乱積分値にゲインG2を乗じた補償信号Tcomp2を速度制御器5で計算された加速度指令Uref0に足し合わせる処理を行う。
【００１０】
次に剛体系オブザーバの構成について具体的に説明する。（２）式のように、オブザーバのモデルを構成する。ここで、θm：モータ位置、Vm：モータ速度、d:加速度外乱、Uref：加速度指令である。
【００１１】
【数２】

【００１２】
（２）式をデジタル制御で実現するために、離散化してオブザーバの構成にすると（３）式のようになる。
【００１３】
【数３】

【００１４】
ここで、L1,L2,L3はオブザーバゲインであり、推定値の収束の速さを設計できる変数である。
変数L1、L2、L3は、（３）式の固有値の極λを設定して決定することができる。例えば、固有値を３つともλとした場合は、（４）式の恒等式を解いて求められる。
(S-λ)³=S³+(L1-3)S²+(3-2L1+L2Ts)S+L1-1+Ts²L3-L2Ts （４）
（４）式を解くと、（５）式が得られる。
L1=3-3λ
L2=(3λ²+2L1-3)/Ts （５）
L3=(1-L1+L2・Ts-λ³)/Ts²
従って、λを任意に決定し、（５）式へ代入して変数L1,L2,L3の値を求めればよい。ここで、Tsは制御サンプリング時間を表す。
そして、後は、（３）式を制御サンプリング時間ごとに逐次計算をすれば、外乱推定値dhを求めることができる。
次に、外乱推定値dhを積分し、外乱積分値dIhを求める方法であるが、以下の（６）式により計算される。
dIh(k+1)=dIh(k)+Ts・dh(k+1) （６）
最後に、外乱推定値dhと計算された外乱積分値dIhに、それぞれゲインG1,ゲインG2を乗じ、Uref0に加算器で加え合わせて、最終的な加速度指令Urefを（７）式により求める。
Uref=Uref0+G1・dh+G2・dIh （７）
本実施の形態を用いれば、オブザーバのモデル自体は２慣性系ではなく、剛体系で構成され、且つ、加速度指令を入力するため、（３）式で表されるように、負荷イナーシャやばね定数などの制御対象のパラメータを全く用いず、非常に簡単に、計算量も少なく、負荷の振動を抑制することが可能になる。
また、メカのパラメータが分からない場合も、オブザーバ自体の計算は正確に行われるため、ゲインG1、G2を調整して負荷の振動を抑制することが可能になる。
以上が、第一の実施の形態の説明である。
次に第二の実施の形態について図２に基づいて説明する。ここでは、第一の実施の形態と、剛体系オブザーバで使用する変数のみが異なる。第一の実施の形態（図１）では、加速度指令Urefと位置検出値θmを入力としていたが、本実施例では、図２に示すように、加速度指令Urefと速度検出値Vmを入力とするところが特徴である。この場合、オブザーバの式は（８）式のようになる。
【００１５】
【数４】

【００１６】
ここで、LL1、LL2は、（３）式のL1,L2,L3の求め方と同様に求めればよい。
このように第二の実施の形態を用いれば、第一の実施の形態で用いるオブザーバより、さらに、簡単な構成になり、計算量も非常に少なくなるという効果がある。以上が、第二の実施の形態の説明である。
次に第三の実施の形態について図３に基づいて説明する。図３は、図２に、13のフィルタF1(s)と14のフィルタF2(s)が付加されたものである。このように、フィルタ処理を行えば、外乱推定値に含まれる、フィードバックしたい値のみを抽出してフィードバックできるため、摩擦や重力などの外乱がある場合も、性能が落ちないという効果がある。ここで、F1(s)とF2(s)で表されるフィルタの種類は限定されるものではなく、例えば、摩擦、重力等の低周波数の外乱を除去したい場合は、ハイパスフィルタを用いればよく、また、ノイズ等高周波の信号を除去したい場合はローパスフィルタを用いればよいことになる。また特定の周波数成分のみ抽出したい場合は、バンドパスフィルタを用いても良いし、逆に、特定の周波数成分のみ除去したい場合はノッチフィルタを用いても良い。また、これらのフィルタを組み合わせて使用しても良い。以上が、第三の実施の形態の説明である。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の方法によれば、オブザーバにより外乱を推定しゲインを乗じたものと、外乱推定値を積分した外乱積分値にゲインを乗じたもの２つを加速度指令値に加算することで、２つの負荷情報を独立にフィードバックでき、ゲインの選び方でシステム全体を自由に極配置することができ、結果として、制御対象の振動を完全に抑制できるという効果がある。
また、オブザーバ行列の各要素にイナーシャやばね定数などのメカのパラメータが含まれないため、オブザーバ自体の推定値が誤差を含むことは無いという効果がある。
また、オブザーバ行列の各要素にメカのパラメータが含まれないため、動作中にメカのパラメータが変化する場合なども、フィードバックゲインの値のみを変更すればよく、処理が簡単になるという効果がある。
また、外乱推定値を積分した変数をフィードバックするため、外乱推定値に高周波の成分がある場合も、積分の効果で平均化され、フィードバックゲインを大きく設定できるという効果がある。
また、オブザーバ行列の各要素にメカのパラメータが含まれないため、メカのパラメータが分からない場合であっても、ゲインG1、G2を調整するだけで負荷の振動を抑制することが可能になる。
また、請求項２に記載の装置によれば、モータ速度とモータの加速度外乱のみ推定する構成であるのでオブザーバの行列計算が非常に簡単になるという効果がある。
また、請求項５および請求項６記載の装置によれば、外乱推定値をフィルタ処理することで、外乱推定値に含まれるフィードバックしたい値のみを抽出してフィードバックできるため、摩擦や重力などの外乱がある場合も、性能が落ちないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第二の実施の形態の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第三の実施の形態の構成を示すブロック図
【図４】従来例１を適用したサーボ制御装置の構成を示すブロック図
【図５】従来例２を適用したサーボ制御装置の構成を示すブロック図
１負荷
２モータ
３検出器
４イナーシャ定数
５速度制御部
６位置制御部
７剛体系オブザーバ
８積分器
９、１０、４２、４３、５２係数器
１１、４４加算器
１３フィルタF1(s)
１４フィルタF2(s)
４１２慣性系オブザーバ
４５、５４減算器
５１外乱オブザーバ
５３フィルタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo control device that suppresses vibration of a load when a control target is a vibration system typified by a two-inertia system, and in particular, servo control that suppresses vibration using an estimated disturbance value of an observer. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
(Conventional example 1)
In a servo control device using a conventional observer, a model that accurately simulates a two-inertia mechanism is used as a method for suppressing the vibration of a controlled object such as a two-inertia system. An observer is configured, load speed and elastic displacement are estimated, and gain is multiplied by a gain to feed back (see, for example, Patent Document 1).
(Conventional example 2)
In addition, as a disturbance suppression control using an observer, a method has been generally used in which a disturbance observer is configured and subjected to a filtering process and multiplied by a gain in order to remove a high frequency component of the disturbance estimated value ( For example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-60-200788 (Example, FIG. 5)
[Patent Document 2]
JP-A-2-199502 (Example, Fig. 1)
[0004]
Hereinafter, two conventional examples will be described with reference to the drawings.
(Conventional example 1)
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a load to be controlled, which is driven by the motor 2. Reference numeral 3 denotes a detector for detecting the speed of the motor. 4 is an inertia constant J, which is a constant for converting the acceleration command Uref into the torque command Tref. A speed control unit 5 inputs a speed command Vref and a detected speed Vm, and performs servo control so that the command and the detected value coincide with each other, and calculates an acceleration command Uref0.
Reference numeral 41 denotes a two-inertia observer, which receives the torque command Tref (= u) and the detected speed Vm (= v) and calculates the estimated elastic displacement value dh and the estimated load speed value vlh. Hereinafter, the observer equation used in Conventional Example 1 is shown in Equation (1).
[0005]
[Expression 1]

[0006]
Here, Jm is a motor inertia, JL is a load inertia, K is a spring constant, l ₁ and l ₂ are variables that determine the convergence speed of the estimated value of the observer, and ω ₁ and ω ₂ are intermediate variables.
As described above, since the two-inertia mechanism is used as it is as the observer model, the observer determinant itself includes the mechanism parameters Jm, JL, and K. The calculated elastic displacement estimated value dh and load speed estimated value vlh are respectively multiplied by the gain K3 of the coefficient unit 42 and the gain K4 of the coefficient unit 43, added by the adder 44, and negatively fed back to the subtractor 45. . In this method, the state quantity of the load is estimated and fed back so that the poles of the entire system can be moved, and K3 and K4 are set so as to increase the attenuation rate, and the vibration of the load is suppressed.
(Conventional example 2)
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a load to be controlled, which is driven by the motor 2. Reference numeral 3 denotes a detector for detecting the speed of the motor. 4 is an inertia constant J, which is a constant for converting the acceleration command Uref into the torque command Tref. 5 is the speed command Vref
Is a speed control unit that performs servo control so that the command and the detected value match, and calculates an acceleration command Uref0. Reference numeral 6 denotes a position control unit, which receives a position command θref and a detected position θm, performs servo control so that the position command θref and the detected position value θm coincide with each other, and calculates a speed command Vref. Reference numeral 51 denotes a disturbance observer, which receives the torque command Tref and the detection speed Vm and calculates a disturbance estimated value dh. The calculated disturbance estimated value dh is multiplied by the gain of the coefficient unit 52, filtered by the filter 53, and then negatively fed back by the subtractor 54. Here, the symbol J in the coefficient unit 52 represents the inertia set value, A represents the feedback gain, and K _T represents the torque constant.
In this method, the influence of the disturbance is removed by feeding back the estimated disturbance value, and control is performed so that the motor operates according to the command.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the servo control method of the conventional example 1 uses a model that accurately simulates the mechanism of the two inertia system as shown in the equation (1), the mechanical parameters Jm, JL, Since K was included, there was a problem that the calculation was complicated. Further, when the inertia changes during operation like a robot, there is a problem that not only the gain but also the observer model must be changed, and the program becomes complicated. Further, for example, when the set values of the mechanical parameters Jm, JL, and K are deviated from the actual machine, there is a problem that the estimated value of the observer itself is deviated. In addition, if the estimated value itself deviates in this way, not only the vibration suppressing effect can be obtained, but there is also a possibility that it adversely affects.
Further, the method using the disturbance observer of Conventional Example 2 handles only one signal (disturbance estimated value), and this makes it impossible to freely set the poles of the entire system, resulting in the vibration of the controlled object. There is a problem that it is insufficient to completely suppress the above.
The present invention has been made in view of the above-described problems of Conventional Example 1 and Conventional Example 2, and constitutes a simple rigid system observer that does not use mechanical parameters, and gain G1 is added to the estimated disturbance estimated value. It is possible to handle two types of signals independently by multiplying the acceleration command calculated by the normal control unit by multiplying the disturbance integral value obtained by multiplying the disturbance estimated value by the gain G2 As a result, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of completely suppressing vibration of a load of a vibration system mechanism with a simple calculation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention includes a motor for driving a load, a detector for detecting the position or speed of the motor, and a position control unit for calculating a torque command to be given to the motor from the command and a signal of the detector. Alternatively, in a servo control device having a speed control unit, a rigid system observer for estimating a disturbance acting on the motor, a gain G1 for multiplying the disturbance estimated value, and the disturbance estimated value are integrated to calculate a disturbance integrated value. Integrator, gain G2 for multiplying the disturbance integral value, compensation signal 1 for multiplying the disturbance estimated value by gain G1, compensation signal 2 for multiplying the disturbance integral value by gain G2, and the position control unit or The speed control unit includes an acceleration command Uref0 calculated by an adder.
Since it is in this way, it is possible to arrange the entire control system freely with simple calculation and to completely suppress the vibration of the load of the vibration system mechanism. Even when the mechanical parameters are unknown, the vibration of the load can be completely suppressed only by adjusting the gains G1 and G2.
Further, the state variable used in the observer may be two of motor speed and acceleration disturbance acting on the motor. Since there are only two state variables in this way, the amount of calculation can be further reduced.
The input signal to the observer may be an acceleration command and a motor position detection value or a motor speed detection value. Since the acceleration command is used instead of the torque command in this way, the configuration of the observer can be simplified, and the observer can accurately estimate the disturbance even when the exact value of the inertia of the motor is not known. .
Further, the gain G1 and the gain G2 may be determined by the pole arrangement of the entire control system. Because of this, the behavior of the entire control system can be determined freely.
Further, a filter F1 (s) may be provided that performs a filter process before multiplying the estimated disturbance value by a gain G1.
Further, a filter F2 (s) for filtering the disturbance estimated value before being input to the integrator may be provided.
Since it is in this way, the disturbance estimated value can be removed when a variable that is not desired to be fed back is included, such as friction or gravity. Moreover, when the estimated disturbance value includes a high-frequency component, there is an effect that it can be removed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a servo control apparatus for implementing the method of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a load to be controlled, which is driven by a motor 2. 3 is a detector for detecting the position of the motor. 4 is an inertia constant J, which is a constant for converting the acceleration command Uref into the torque command Tref. A speed control unit 5 inputs a speed command Vref and a detected speed Vm and performs servo control so that the command and the detected value coincide with each other, and calculates an acceleration command Uref0. Reference numeral 6 denotes a position control unit, which receives a position command θref and a detected position value θm, performs servo control so that the position command θref and the detected position value θm coincide with each other, and calculates a speed command Vref. Reference numeral 7 denotes a rigid system observer, which inputs an acceleration command Uref and a motor position θm, and estimates a disturbance estimated value dh. Reference numeral 8 denotes an integrator, which integrates the estimated disturbance value to obtain a disturbance integral value dIh. 9 represents a coefficient unit that multiplies the disturbance estimated value by the gain G1, and 10 represents a coefficient unit that multiplies the disturbance integral value by the gain G2. 11 represents an adder, which adds a compensation signal Tcomp1 obtained by multiplying the estimated disturbance value by the gain G1 and a compensation signal Tcomp2 obtained by multiplying the disturbance integral value by the gain G2 to the acceleration command Uref0 calculated by the speed controller 5. Do.
[0010]
Next, the configuration of the rigid system observer will be specifically described. An observer model is constructed as shown in equation (2). Here, θm: motor position, Vm: motor speed, d: acceleration disturbance, Uref: acceleration command.
[0011]
[Expression 2]

[0012]
In order to realize the expression (2) by digital control, if it is discretized to form an observer, the expression (3) is obtained.
[0013]
[Equation 3]

[0014]
Here, L1, L2, and L3 are observer gains, and are variables that can design the speed of convergence of the estimated value.
The variables L1, L2, and L3 can be determined by setting the eigenvalue pole λ in the equation (3). For example, when all of the eigenvalues are λ, it is obtained by solving the identity of equation (4).
(S-λ) ³ = S ³ + (L1-3) S ² + (3-2L1 + L2Ts) S + L1-1 + Ts ² L3-L2Ts (4)
When equation (4) is solved, equation (5) is obtained.
L1 = 3-3λ
L2 = (3λ ² + 2L1-3) / Ts (5)
L3 = (1-L1 + L2 ・ Ts-λ ³ ) / Ts ²
Therefore, λ can be arbitrarily determined and substituted into equation (5) to obtain the values of variables L1, L2, and L3. Here, Ts represents the control sampling time.
Then, the disturbance estimated value dh can be obtained by sequentially calculating equation (3) for each control sampling time.
Next, the disturbance estimated value dh is integrated to obtain the disturbance integrated value dIh, which is calculated by the following equation (6).
dIh (k + 1) = dIh (k) + Ts · dh (k + 1) (6)
Finally, the estimated disturbance value dh and the calculated disturbance integral value dIh are multiplied by gain G1 and gain G2, respectively, and added to Uref0 by an adder to obtain a final acceleration command Uref by the equation (7).
Uref = Uref0 + G1, dh + G2, dIh (7)
If this embodiment is used, the observer model itself is not a two-inertia system but a rigid system, and an acceleration command is input, so that the load inertia and the spring constant are expressed as shown in equation (3). It is possible to suppress the vibration of the load very easily and with a small amount of calculation without using any parameters to be controlled.
Further, even when the mechanical parameters are not known, the observer itself is accurately calculated. Therefore, it is possible to adjust the gains G1 and G2 to suppress the vibration of the load.
The above is the description of the first embodiment.
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Here, only the variables used in the rigid system observer are different from the first embodiment. In the first embodiment (FIG. 1), the acceleration command Uref and the position detection value θm are input, but in this embodiment, the acceleration command Uref and the speed detection value Vm are input as shown in FIG. However, it is a feature. In this case, the observer equation is as shown in equation (8).
[0015]
[Expression 4]

[0016]
Here, LL1 and LL2 may be obtained in the same manner as the method of obtaining L1, L2, and L3 in equation (3).
As described above, the use of the second embodiment has an effect that the configuration becomes simpler and the amount of calculation becomes much smaller than the observer used in the first embodiment. The above is the description of the second embodiment.
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is obtained by adding 13 filters F1 (s) and 14 filters F2 (s) to FIG. In this way, if the filtering process is performed, only the value to be fed back included in the estimated disturbance value can be extracted and fed back, so that there is an effect that the performance does not deteriorate even when there is a disturbance such as friction or gravity. Here, the types of filters represented by F1 (s) and F2 (s) are not limited.For example, if it is desired to remove low-frequency disturbances such as friction and gravity, a high-pass filter may be used. In addition, when it is desired to remove high-frequency signals such as noise, a low-pass filter may be used. Further, when it is desired to extract only a specific frequency component, a band pass filter may be used. Conversely, when only a specific frequency component is desired to be extracted, a notch filter may be used. Further, these filters may be used in combination. The above is the description of the third embodiment.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of the present invention, a disturbance is estimated by an observer and multiplied by a gain, and a disturbance integral value obtained by integrating the disturbance estimated value and a gain are added to the acceleration command value. By doing so, the two pieces of load information can be fed back independently, and the entire system can be freely arranged by selecting the gain. As a result, there is an effect that the vibration of the controlled object can be completely suppressed.
Further, since each element of the observer matrix does not include mechanical parameters such as inertia and spring constant, there is an effect that the estimated value of the observer itself does not include an error.
In addition, since the mechanical parameters are not included in each element of the observer matrix, even when the mechanical parameters change during operation, it is only necessary to change the feedback gain value, and the processing is simplified. .
In addition, since a variable obtained by integrating the estimated disturbance value is fed back, even when the estimated disturbance value includes a high-frequency component, it is averaged by the effect of integration, and the feedback gain can be set large.
Further, since the mechanical parameters are not included in each element of the observer matrix, even if the mechanical parameters are not known, it is possible to suppress the vibration of the load only by adjusting the gains G1 and G2.
According to the second aspect of the present invention, since only the motor speed and the motor acceleration disturbance are estimated, there is an effect that the matrix calculation of the observer becomes very simple.
Further, according to the devices of

claims

5 and 6, since the estimated disturbance value is filtered, only the value to be fed back included in the estimated disturbance value can be extracted and fed back. Even if there is, there is an effect that the performance does not fall.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a servo control device to which the conventional example 1 is applied. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the servo control device to which the conventional example 2 is applied. Detector 4 Inertia constant 5 Speed control unit 6 Position control unit 7 Rigid system observer 8

Integrator

9, 10, 42, 43, 52

Coefficient unit

11, 44 Adder 13 Filter F1 (s)
14 Filter F2 (s)
41 2-

inertia observer

45, 54 Subtractor 51 Disturbance observer 53 Filter

Claims

負荷を駆動するモータと、そのモータの位置もしくは速度を検出する検出器と、指令と前記検出器の信号から前記モータヘ与えるトルク指令を計算する位置制御部または速度制御部と、を有するサーボ制御装置において、
前記モータに作用する外乱を推定する剛体系のオブザーバと、
前記外乱推定値にゲインG1を乗じる係数器と、
前記外乱推定値を積分して外乱積分値を計算する積分器と、
前記外乱積分値にゲインG2を乗じる第２の係数器と、
前記外乱推定値に前記ゲインG1を乗じた補償信号1と、前記外乱積分値に前記ゲインG2を乗じた補償信号2と、前記位置制御部または前記速度制御部が計算した加速度指令Uref0を加算する加算器と
を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。Servo control device having a motor for driving a load, a detector for detecting the position or speed of the motor, and a position control unit or a speed control unit for calculating a torque command to be given to the motor from the command and a signal of the detector In
A rigid observer for estimating disturbance acting on the motor;
A coefficient multiplier for multiplying the estimated disturbance value by a gain G1,
An integrator that integrates the estimated disturbance value to calculate a disturbance integral value;
A second coefficient multiplier for multiplying the disturbance integral value by a gain G2,
A compensation signal 1 obtained by multiplying the disturbance estimated value by the gain G1, a compensation signal 2 obtained by multiplying the disturbance integral value by the gain G2, and an acceleration command Uref0 calculated by the position control unit or the speed control unit are added. A servo control device comprising an adder.

前記オブザーバで推定する状態変数は、モータ速度と前記モータに作用する加速度外乱の二つであることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。2. The servo control apparatus according to claim 1, wherein the state variable estimated by the observer is two of a motor speed and an acceleration disturbance acting on the motor.

前記オブザーバの入力信号は、加速度指令と、モータ位置検出値もしくはモータ速度検出値であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のサーボ制御装置。3. The servo control device according to claim 1, wherein the input signal of the observer is an acceleration command and a motor position detection value or a motor speed detection value.

前記ゲインG1と前記ゲインG2の値は、制御系全体の極配置により決定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーボ制御装置。4. The servo control device according to claim 1, wherein the values of the gain G <b> 1 and the gain G <b> 2 are determined by pole arrangement of the entire control system. 5.

前記外乱推定値に前記ゲインG1を乗じる前に、フィルタ処理する、フィルタF1(s)を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のサーボ制御装置。5. The servo control device according to claim 1, further comprising a filter F <b> 1 (s) that performs a filter process before the disturbance estimated value is multiplied by the gain G <b> 1.

前記積分器へ入力する前の前記外乱推定値をフィルタ処理する、フィルタF2(s)を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のサーボ制御装置。6. The servo control device according to claim 1, further comprising a filter F2 (s) for filtering the disturbance estimated value before being input to the integrator.