JP5574228B2 - 波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償法 - Google Patents
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Description
前記モータを駆動するためのモータ駆動電流に加える摩擦補償電流icompとして、前記モータ軸が偏差を持って静止した際には、(A)式に示すように、静止摩擦補償電流isを採用し、それ以外の場合にはクーロン摩擦補償電流icを採用し、
モータ軸が位置決め試行毎に、予め設定した整定範囲θstabに一度も到達しない場合には、前記のステップ関数の補償量issの値を、予め設定したステップ補償増加量iss−iだけ増加させ、
モータ軸が試行毎に整定範囲θstab内へ到達後も整定範囲を超える振動が持続する場合には、前記の補償量issの値を、予め設定したステップ補償減少量iss−dだけ減少させ、
前記の整定範囲θstabを超える振動の判定は、位置決め中に一度以上整定範囲に到達しながら、試行終了時刻tsetにおいて、モータ軸角度が整定範囲θstab外であった場合に、振動が持続しているとしたことを特徴としている。
本発明者等はアクチュエータにおける波動歯車装置の温度変化に依存する特性の解析を行った。すなわち、アクチュエータの位置決め制御において、モータ軸静止前後の波動歯車装置の温度変化に依存する摩擦特性の変動の解析を行った。
上記のように、従来の静止摩擦補償法では、周囲温度40℃にてモータ軸を目標角度で静止させられなかった。そこで、温度変化に対応すべく摩擦特性変動に対してロバストな摩擦補償(以後、これを「適応型摩擦補償」と呼ぶ。)へと拡張を行う。
1)摩擦が変動した場合でも過補償や補償不足とならないように応答中のデータに基づき、摩擦補償量を変化させる。
2)従来の静止摩擦補償法は、静止時の摩擦のみを考慮したものであり、モータ軸動作時には補償量が零となる。そのため、モータ軸が微小動作後、直ちに静止する場合があるため、静止摩擦補償に加えてクーロン摩擦補償を付加する。
従来の静止摩擦補償は、モータ軸静止時に予め測定した最大静止摩擦力に相当する補償量をステップ状に印加することにより、モータ軸を強制的に動作させるものであった。そのため、温度変化などによって摩擦力が変動した場合、過補償や補償不足により補償精度が劣化する。
モータ軸動作時には、静止摩擦補償から(6)式に示すステップ関数のクーロン摩擦補償量icに切り替えることでモータ軸が直ちに静止することを抑制する。
(3.1 適応型摩擦補償のパラメータ設定)
表3に示す適応型摩擦補償の各パラメータは以下のように設定した。
周囲温度設定時の位置決め応答結果により適応型摩擦補償の有効性を検討した。表2に位置決め実験条件を示し、図12に実機モータ軸応答を示す。図から、全ての温度でモータ軸が目標角度前後で大きく振動せずに目標角度に到達しており、本発明による補償法が温度変化に伴う特性変動に対してロバストな補償であることが確認された。
2 アクチュエータ
3 負荷軸
4 モータ
5 負荷
6 モータ軸
Claims (6)
- モータの出力回転を波動歯車減速機を介して減速して負荷軸から負荷側に伝達するアクチュエータの駆動制御を、前記モータのモータ軸の検出位置に基づき前記負荷軸の位置を制御するセミクローズドループ制御系により行い、周囲温度の変化に伴う前記波動歯車減速機の摩擦特性の変動に起因して、前記セミクローズド制御系による前記負荷軸の位置決め精度が低下することを抑制するアクチュエータの適応型摩擦補償法であって、
前記モータを駆動するためのモータ駆動電流に加える摩擦補償電流icompとして、前記モータ軸が偏差を持って静止した際には、(A)式に示すように、静止摩擦補償電流isを採用し、それ以外の場合にはクーロン摩擦補償電流icを採用し、
e[k]:モータ軸偏差
ω m [k]:モータ軸速度
前記静止摩擦補償電流isは(B)式によって規定され、ステップ関数の補償量issに(C)式によって規定される単調増加なランプ関数の補償量isrを加えたものであり、
dsr:ランプ増加量
l:摩擦補償動作の開始時刻
前記クーロン摩擦補償電流icは(D)式によって規定され、ステップ関数の補償量icsまたはランプ関数の補償量icrであることを特徴とする波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償方法。
- 請求項1または2において、
前記静止摩擦補償電流isの算出に用いる前記のステップ関数の補償量issを、位置決めの試行終了時に、(F)式に示すように、
モータ軸が位置決め試行毎に、予め設定した整定範囲θstabに一度も到達しない場合には、前記のステップ関数の補償量issの値を、予め設定したステップ補償増加量iss−iだけ増加させ、
モータ軸が試行毎に整定範囲θstab内へ到達後も整定範囲を超える振動が持続する場合には、前記の補償量issの値を、予め設定したステップ補償減少量iss−dだけ減少させ、
前記の整定範囲θstabを超える振動の判定は、位置決め中に一度以上整定範囲に到達しながら、試行終了時刻tsetにおいて、モータ軸角度が整定範囲θstab外であった場合に、振動が持続しているとしたことを特徴とする波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償方法。
- 請求項1ないし3のうちのいずれかの項において、
前記クーロン摩擦補償電流icの算出に用いる前記のステップ関数の補償量icsを、予め定めた摩擦補償有効範囲θeffectよりも小さな整定範囲θstab(θstab<θeffect)内では、予め定めた値ics−effectから、これよりも小さな値ics−stabに減少させることを特徴とする波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償方法。 - 請求項4において、
モータ軸静止時の前記クーロン摩擦補償電流icを、前記摩擦補償有効範囲θeffectにおいてモータ軸速度が予め設定した値よりも小さいとき以外は零にすることを特徴とする波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償方法。 - 請求項1ないし5のうちのいずれかの項において、
前記クーロン摩擦補償電流icの算出に用いる前記のランプ関数の補償量icrとして、モータ軸が目標角度で静止した際には、モータ軸が直前の角度に戻ることを抑制するために単調減少なランプ関数の補償量を用いて、前記クーロン摩擦補償電流icを徐々に減少させることを特徴とする波動歯車減速機の温度変化に伴う摩擦特性変動を考慮したアクチュエータの適応型摩擦補償方法。
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