JPH09322580A - 負荷状態推定装置 - Google Patents
負荷状態推定装置Info
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- JPH09322580A JPH09322580A JP8132195A JP13219596A JPH09322580A JP H09322580 A JPH09322580 A JP H09322580A JP 8132195 A JP8132195 A JP 8132195A JP 13219596 A JP13219596 A JP 13219596A JP H09322580 A JPH09322580 A JP H09322580A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】多質点機械系負荷を駆動するサーボモータをフ
ィードバック制御するためには，直接測定が実質上不可
能な状態変数をオブザーバにより推定する必要がある
が，従来方式のオブザーバは，外部から上記負荷に加わ
る外乱を推定できず，外乱が変動すると状態変数の推定
値に誤差が生じるという欠点を抱えていた。 【解決手段】本発明は，モータ電流とモータ速度に基づ
いてモータ軸トルクを推定するモータ軸トルクオブザー
バ３と，モータ軸トルクオブザーバにより推定された上
記モータ軸トルク及び上記モータ速度に基づいて負荷の
状態と負荷トルク外乱を推定する負荷状態演算部４によ
り外乱を推定し，多質点機械系負荷を駆動するサーボモ
ータのより精度の高い制御を提供することを目的とする
ものである。
ィードバック制御するためには，直接測定が実質上不可
能な状態変数をオブザーバにより推定する必要がある
が，従来方式のオブザーバは，外部から上記負荷に加わ
る外乱を推定できず，外乱が変動すると状態変数の推定
値に誤差が生じるという欠点を抱えていた。 【解決手段】本発明は，モータ電流とモータ速度に基づ
いてモータ軸トルクを推定するモータ軸トルクオブザー
バ３と，モータ軸トルクオブザーバにより推定された上
記モータ軸トルク及び上記モータ速度に基づいて負荷の
状態と負荷トルク外乱を推定する負荷状態演算部４によ
り外乱を推定し，多質点機械系負荷を駆動するサーボモ
ータのより精度の高い制御を提供することを目的とする
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，負荷状態推定装置
に係り，詳しくは，多質点機械系負荷を駆動するサーボ
モータをフィードバック制御するために，負荷外乱及び
負荷の状態を推定することのできる負荷状態推定装置に
関するものである。
に係り，詳しくは，多質点機械系負荷を駆動するサーボ
モータをフィードバック制御するために，負荷外乱及び
負荷の状態を推定することのできる負荷状態推定装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば，機械負荷を駆動するサーボモー
タの制御を行う時，モータと負荷の間の結合部が低剛性
であると共振・***振が発生し，制御が困難となる場合
がある。この共振・***振を防止するためには，フィー
ドバック制御が有効である。例えば負荷速度に基づいて
速度フィードバック制御を行う場合，フィードバック時
の変数である上記負荷速度を何らかの方法により測定す
る必要が生じるが，一般に負荷速度を直接測定するのは
不可能な場合が多く，測定が可能な場合でも測定器は高
価であり，現実的な解決手段として採用しがたい。この
ため観測可能な変数（例えば，モータ速度及びモータ電
流）に基づいて上記負荷速度等の状態変数を推定するオ
ブザーバが従来用いられてきた。一般にオブザーバと
は，ある系をフィードバック制御する場合に直接測定す
ることができない状態変数を制御入力と測定出力とから
推定するための機構を指し，状態観測器とも呼ばれる。
以下，サーボモータに駆動されるｎ質点機械系負荷の状
態を同一次元オブザーバにより推定する場合について説
明する。ここで該ｎ質点機械系負荷とは，例えば多関節
ロボットや産業用自動化機械でよく見受けられる負荷と
モータがギアを介して接続されている場合など，複数の
負荷が何らかの結合手段（以下，結合軸と呼ぶ）により
直列的に接続されたものを指す。先ず，同一次元オブザ
ーバを導入するためモータ・ｎ質点機械系負荷の概略構
成及び状態方程式を示す。ここに，図４はモータ・ｎ質
点機械系負荷の概略構成を示すブロック図である。ま
た，図４に示すモータ・ｎ質点機械系負荷のブロック線
図モデルを図５に，フィードバック変数を推定するため
の同一次元オブザーバを図６に示す。尚，図４及び図５
において，ｎ質点機械系負荷を駆動するサーボモータの
モータ出力トルクはＴＡであり，ｎ段目の負荷に外部よ
り加わる外乱が負荷トルク外乱ＴＤで表されている。ま
た，ＴＬ1 はサーボモータと第１段目の負荷を連結する
モータ軸のモータ軸トルク，ＴＬi は（ｉ−１）段目の
負荷とｉ段目の負荷の間を連結する結合軸の結合軸トル
ク，ωＭはモータ速度，ωＬ1〜ωＬn は各段の負荷の
負荷速度，ＫＭはモータイナーシャの逆数，ＫＬ1 〜Ｋ
Ｌn は各質点のイナーシャの逆数，Ｋε1 〜Ｋεn は各
軸のバネ定数，ｓはラプラス演算子，ｋはオブザーバゲ
インを表すものとする。また，ｉ及びｎは自然数であ
り，ｉはｎより小さい。図５に示すブロック線図に基づ
くｎ質点機械系負荷の状態方程式を（１）式に示す。 ＤＸ＝ＡＸ＋ＢＵ …（１） 簡単のためｎ＝３とすると， Ｘ＝（ＴＬ1 ，ＴＬ2 ，ωＭ，ωＬ1 ，ωＬ2 ）T Ｕ＝（ＴＡ，ＴＤ）T
タの制御を行う時，モータと負荷の間の結合部が低剛性
であると共振・***振が発生し，制御が困難となる場合
がある。この共振・***振を防止するためには，フィー
ドバック制御が有効である。例えば負荷速度に基づいて
速度フィードバック制御を行う場合，フィードバック時
の変数である上記負荷速度を何らかの方法により測定す
る必要が生じるが，一般に負荷速度を直接測定するのは
不可能な場合が多く，測定が可能な場合でも測定器は高
価であり，現実的な解決手段として採用しがたい。この
ため観測可能な変数（例えば，モータ速度及びモータ電
流）に基づいて上記負荷速度等の状態変数を推定するオ
ブザーバが従来用いられてきた。一般にオブザーバと
は，ある系をフィードバック制御する場合に直接測定す
ることができない状態変数を制御入力と測定出力とから
推定するための機構を指し，状態観測器とも呼ばれる。
以下，サーボモータに駆動されるｎ質点機械系負荷の状
態を同一次元オブザーバにより推定する場合について説
明する。ここで該ｎ質点機械系負荷とは，例えば多関節
ロボットや産業用自動化機械でよく見受けられる負荷と
モータがギアを介して接続されている場合など，複数の
負荷が何らかの結合手段（以下，結合軸と呼ぶ）により
直列的に接続されたものを指す。先ず，同一次元オブザ
ーバを導入するためモータ・ｎ質点機械系負荷の概略構
成及び状態方程式を示す。ここに，図４はモータ・ｎ質
点機械系負荷の概略構成を示すブロック図である。ま
た，図４に示すモータ・ｎ質点機械系負荷のブロック線
図モデルを図５に，フィードバック変数を推定するため
の同一次元オブザーバを図６に示す。尚，図４及び図５
において，ｎ質点機械系負荷を駆動するサーボモータの
モータ出力トルクはＴＡであり，ｎ段目の負荷に外部よ
り加わる外乱が負荷トルク外乱ＴＤで表されている。ま
た，ＴＬ1 はサーボモータと第１段目の負荷を連結する
モータ軸のモータ軸トルク，ＴＬi は（ｉ−１）段目の
負荷とｉ段目の負荷の間を連結する結合軸の結合軸トル
ク，ωＭはモータ速度，ωＬ1〜ωＬn は各段の負荷の
負荷速度，ＫＭはモータイナーシャの逆数，ＫＬ1 〜Ｋ
Ｌn は各質点のイナーシャの逆数，Ｋε1 〜Ｋεn は各
軸のバネ定数，ｓはラプラス演算子，ｋはオブザーバゲ
インを表すものとする。また，ｉ及びｎは自然数であ
り，ｉはｎより小さい。図５に示すブロック線図に基づ
くｎ質点機械系負荷の状態方程式を（１）式に示す。 ＤＸ＝ＡＸ＋ＢＵ …（１） 簡単のためｎ＝３とすると， Ｘ＝（ＴＬ1 ，ＴＬ2 ，ωＭ，ωＬ1 ，ωＬ2 ）T Ｕ＝（ＴＡ，ＴＤ）T
【数１】 尚，（１）式における状態変数Ｘ，制御入力Ｕは時間ｔ
の行列関数であるが，必要の無いかぎり単にＸ，Ｕと表
し，ＤＦは任意の状態変数Ｆの時間微分を示すものとす
る。上記したように（１）式の状態方程式における状態
変数Ｘのうち直接検出が容易であるのはモータ速度ωＭ
のみであり，フィードバック制御を行うためには上記負
荷速度（ωＬ1 〜ωＬn ）及び上記結合軸トルク（ＴＬ
1 〜ＴＬn ）を推定するオブザーバが必要となる。ここ
で，上記モータ・ｎ質点機械系負荷システムと同一次元
のシステムを導入する。 ＤＸ* ＝（Ａ−ｋＩ）Ｘ* ＋ｋＸ＋ＢＵ …（２） 但し，Ｘ* ＝（ＴＬ1 * ，ＴＬ2 * ，ωＭ* ，ω
Ｌ1 * ，ωＬ2 * ）T ｋはオブザーバゲイン Ｉは単位行列 さらに，（１）式の状態変数Ｘ（ｔ）と（２）式の変数
Ｘ* （ｔ）の差をＥ（ｔ）とおき， Ｅ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）* −Ｘ（ｔ） …（３） （３）式を整理すると， ＤＥ（ｔ）＝Ｅ（０）｛（Ａ−ｋＩ）ｔ｝ …（４） となる。（４）式に示されるように（Ａ−ｋＩ）が安定
行列であれば，どんなＥ（０）に対しても，ｔ→∞でＥ
（ｔ）→０，即ち，Ｘ* （ｔ）→Ｘ（ｔ）となるのでＸ
* をＸの推定値とすることができる。従って，例えば図
６に示すようなオブザーバを電子回路やマイクロコンピ
ュータ等の演算手段により実現し，上記モータ・ｎ質点
機械系負荷の制御システムに導入すれば，上記状態変数
Ｘの推定値Ｘ* （以下，* は推定値を示す。）をフィー
ドバックして制御を行うことができる。尚，マイクロコ
ンピュータ等の演算手段を用いる場合には，制御入力及
び測定できる状態変数をＡ／Ｄ変換器によりデジタル化
すると共に（２）式のシステムを差分化して使用する。
差分化した場合の（２）式のシステムを（５）式に示
す。 ｛Ｘ* （ｍ）−Ｘ* （ｍ−１）｝／ｈ ＝（Ａ−ｋＩ）Ｘ* （ｍ−１）＋ｋＸ（ｍ）＋ＢＵ（ｍ） …（５） 但し，ｍは演算回数 ｈは演算周期 しかし，上記したような従来のオブザーバでは，制御入
力Ｕとして負荷トルク外乱ＴＤが必要であるため負荷ト
ルク外乱ＴＤが無い場合及び既知である場合には正確な
状態変数Ｘの推定を行うことができるが，負荷トルク外
乱ＴＤが変動する場合には状態変数推定値Ｘ* に変動分
だけ誤差が含まれてしまう。換言すれば，上記オブザー
バでは負荷トルク外乱を推定することができない。
の行列関数であるが，必要の無いかぎり単にＸ，Ｕと表
し，ＤＦは任意の状態変数Ｆの時間微分を示すものとす
る。上記したように（１）式の状態方程式における状態
変数Ｘのうち直接検出が容易であるのはモータ速度ωＭ
のみであり，フィードバック制御を行うためには上記負
荷速度（ωＬ1 〜ωＬn ）及び上記結合軸トルク（ＴＬ
1 〜ＴＬn ）を推定するオブザーバが必要となる。ここ
で，上記モータ・ｎ質点機械系負荷システムと同一次元
のシステムを導入する。 ＤＸ* ＝（Ａ−ｋＩ）Ｘ* ＋ｋＸ＋ＢＵ …（２） 但し，Ｘ* ＝（ＴＬ1 * ，ＴＬ2 * ，ωＭ* ，ω
Ｌ1 * ，ωＬ2 * ）T ｋはオブザーバゲイン Ｉは単位行列 さらに，（１）式の状態変数Ｘ（ｔ）と（２）式の変数
Ｘ* （ｔ）の差をＥ（ｔ）とおき， Ｅ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）* −Ｘ（ｔ） …（３） （３）式を整理すると， ＤＥ（ｔ）＝Ｅ（０）｛（Ａ−ｋＩ）ｔ｝ …（４） となる。（４）式に示されるように（Ａ−ｋＩ）が安定
行列であれば，どんなＥ（０）に対しても，ｔ→∞でＥ
（ｔ）→０，即ち，Ｘ* （ｔ）→Ｘ（ｔ）となるのでＸ
* をＸの推定値とすることができる。従って，例えば図
６に示すようなオブザーバを電子回路やマイクロコンピ
ュータ等の演算手段により実現し，上記モータ・ｎ質点
機械系負荷の制御システムに導入すれば，上記状態変数
Ｘの推定値Ｘ* （以下，* は推定値を示す。）をフィー
ドバックして制御を行うことができる。尚，マイクロコ
ンピュータ等の演算手段を用いる場合には，制御入力及
び測定できる状態変数をＡ／Ｄ変換器によりデジタル化
すると共に（２）式のシステムを差分化して使用する。
差分化した場合の（２）式のシステムを（５）式に示
す。 ｛Ｘ* （ｍ）−Ｘ* （ｍ−１）｝／ｈ ＝（Ａ−ｋＩ）Ｘ* （ｍ−１）＋ｋＸ（ｍ）＋ＢＵ（ｍ） …（５） 但し，ｍは演算回数 ｈは演算周期 しかし，上記したような従来のオブザーバでは，制御入
力Ｕとして負荷トルク外乱ＴＤが必要であるため負荷ト
ルク外乱ＴＤが無い場合及び既知である場合には正確な
状態変数Ｘの推定を行うことができるが，負荷トルク外
乱ＴＤが変動する場合には状態変数推定値Ｘ* に変動分
だけ誤差が含まれてしまう。換言すれば，上記オブザー
バでは負荷トルク外乱を推定することができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記したような従来方
式のオブザーバでは，負荷トルク外乱が変動した場合，
状態変数Ｘが正確に推定できないという問題があった。
さらに，従来のオブザーバでは，（４）式に示されるよ
うに推定値Ｘ* が状態変数Ｘに漸近するために多少の時
間を必要とする。この推定のための遅れは，サーボモー
タにより駆動する機械負荷の質点が多くなると大きな問
題となる。即ち，状態変数の多い多質点機械系負荷を駆
動するサーボモータの制御では，上記サーボモータの共
振・***振発生を防止する目的でサーボ制御系へ状態変
数推定値Ｘ* をフィードバックしたとしても，上記した
推定遅れのために逆に制御系が不安定となったり，ハン
チングを起こしたりする恐れがある。また，オブザーバ
ゲインｋを設定する必要があるが，多質点機械系負荷の
場合，その計算は複雑となる。本発明は，このような従
来の技術における課題を解決するために，状態観測器を
改良し，多質点機械系負荷における負荷の状態及び外部
からの負荷トルク外乱を推定することのできる負荷状態
推定装置を提供することを目的とするものである。
式のオブザーバでは，負荷トルク外乱が変動した場合，
状態変数Ｘが正確に推定できないという問題があった。
さらに，従来のオブザーバでは，（４）式に示されるよ
うに推定値Ｘ* が状態変数Ｘに漸近するために多少の時
間を必要とする。この推定のための遅れは，サーボモー
タにより駆動する機械負荷の質点が多くなると大きな問
題となる。即ち，状態変数の多い多質点機械系負荷を駆
動するサーボモータの制御では，上記サーボモータの共
振・***振発生を防止する目的でサーボ制御系へ状態変
数推定値Ｘ* をフィードバックしたとしても，上記した
推定遅れのために逆に制御系が不安定となったり，ハン
チングを起こしたりする恐れがある。また，オブザーバ
ゲインｋを設定する必要があるが，多質点機械系負荷の
場合，その計算は複雑となる。本発明は，このような従
来の技術における課題を解決するために，状態観測器を
改良し，多質点機械系負荷における負荷の状態及び外部
からの負荷トルク外乱を推定することのできる負荷状態
推定装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，複数の負荷を結合軸により直列的に連結し
た多質点機械系負荷を駆動するサーボモータのモータ電
流とモータ速度との各検出値に基づいて，上記サーボモ
ータに結合された負荷の状態を推定する負荷状態推定装
置において，上記モータ電流と上記モータ速度との各検
出値に基づいて，上記サーボモータのモータ軸トルクを
推定するモータ軸トルクオブザーバと，上記モータ速度
の検出値と上記モータ軸トルクの推定値とに基づいて，
上記サーボモータに結合された初段の負荷の負荷速度と
上記初段の負荷とその次段の負荷との間の結合軸トルク
とを推定する初段負荷状態推定器と，（ｉ−１）段目の
負荷の負荷速度の推定値と，上記（ｉ−１）段目の負荷
とｉ段目の負荷との間の結合軸トルクの推定値とに基づ
いて，上記ｉ段目の負荷の負荷速度と上記ｉ段目の負荷
と（ｉ＋１）段目の負荷との間の結合軸トルクとを推定
する各段負荷状態推定器とを具備してなることを特徴と
する負荷状態推定装置として構成されている。このた
め，各段の負荷の負荷速度及び各段の負荷と次段の負荷
との間の結合軸トルクを推定することが可能である。さ
らに，最終段の負荷とその次段の負荷との間の結合軸ト
ルクとして推定されるトルクを上記サーボモータに加わ
る負荷トルク外乱とすれば，外部からの外乱を推定する
ことができるとともに，外乱による状態変数の推定誤差
を減少させることが可能である。また，各段の負荷の負
荷速度及び上記各段の負荷とその次段の負荷との間の上
記結合軸トルクを推定する際の雑音を低減する雑音低減
手段を具備すれば，雑音による状態変数の推定誤差を減
少させ，より精度のよい負荷の状態推定を行うことがで
きる。
に本発明は，複数の負荷を結合軸により直列的に連結し
た多質点機械系負荷を駆動するサーボモータのモータ電
流とモータ速度との各検出値に基づいて，上記サーボモ
ータに結合された負荷の状態を推定する負荷状態推定装
置において，上記モータ電流と上記モータ速度との各検
出値に基づいて，上記サーボモータのモータ軸トルクを
推定するモータ軸トルクオブザーバと，上記モータ速度
の検出値と上記モータ軸トルクの推定値とに基づいて，
上記サーボモータに結合された初段の負荷の負荷速度と
上記初段の負荷とその次段の負荷との間の結合軸トルク
とを推定する初段負荷状態推定器と，（ｉ−１）段目の
負荷の負荷速度の推定値と，上記（ｉ−１）段目の負荷
とｉ段目の負荷との間の結合軸トルクの推定値とに基づ
いて，上記ｉ段目の負荷の負荷速度と上記ｉ段目の負荷
と（ｉ＋１）段目の負荷との間の結合軸トルクとを推定
する各段負荷状態推定器とを具備してなることを特徴と
する負荷状態推定装置として構成されている。このた
め，各段の負荷の負荷速度及び各段の負荷と次段の負荷
との間の結合軸トルクを推定することが可能である。さ
らに，最終段の負荷とその次段の負荷との間の結合軸ト
ルクとして推定されるトルクを上記サーボモータに加わ
る負荷トルク外乱とすれば，外部からの外乱を推定する
ことができるとともに，外乱による状態変数の推定誤差
を減少させることが可能である。また，各段の負荷の負
荷速度及び上記各段の負荷とその次段の負荷との間の上
記結合軸トルクを推定する際の雑音を低減する雑音低減
手段を具備すれば，雑音による状態変数の推定誤差を減
少させ，より精度のよい負荷の状態推定を行うことがで
きる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して，本発明
の一実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化したものであ
って，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに図１は本発明の一実施の形態に係る負荷状態
推定装置の基本構成を示すブロック線図，図２は図４に
示したｎ質点機械系負荷におけるｉ段目の質点系を示す
ブロック線図，図３は上記負荷状態装置に係る負荷状態
演算部のｉ段目の質点系に対応する部分のブロック線図
である。尚，上記負荷状態推定装置における各変数及び
制御定数の定義は従来の技術と同様とする。図１に示す
ように，本実施の形態に係る負荷状態推定装置は，サー
ボモータのモータ電流ＩＡを検出する電流検出器１，モ
ータ速度ωＭを検出する速度検出器２，モータ電流ＩＡ
及びモータ速度ωＭに基づいてモータ軸トルクＴＬ1 を
推定するモータ軸トルクオブザーバ３，モータ速度ωＭ
及びモータ軸トルクＴＬ1 に基づいて負荷の状態を推定
する負荷状態演算部４（初段負荷状態推定器及び各段負
荷状態推定器に相当）により構成されており，図４に示
したｎ質点機械系負荷を駆動するサーボモータをフィー
ドバック制御する場合の状態変数を推定する。以下，上
記負荷状態推定装置による状態変数の推定の詳細を説明
する。先ず，図２のｉ段目の質点系の状態方程式を示
す。 ωＬi ＝（ＫＬi ／ｓ）（ＴＬi −ＴＬi+1 ） …（６） ＴＬi ＝（Ｋεi ／ｓ）（ωＬi-1 −ωＬi ） …（７） （６）式及び（７）式における（ｉ−１）段目の負荷の
負荷速度ωＬi-1 と（ｉ−１）段目の負荷とｉ段目の負
荷との間の結合軸トルクＴＬi が既知であるとして，状
態方程式を書き直すと， ωＬi * ＝ωＬi-1 * −（ｓ／Ｋεi * ）ＴＬi * …（８） ＴＬi+1 * ＝−（ｓ／ＫＬi * ）ωＬi * ＋ＴＬi * …（９） となる。また，（８）式及び（９）式に対応するブロッ
ク線図は図３のようになる。図３のブロック線図を１段
目の質点系からｎ段目の質点系にわたって直列に接続し
たものを，マイクロコンピュータ等の演算手段により実
現したものが負荷状態演算部４である。負荷状態演算部
４では各段の負荷の負荷速度ωＬi * 及び各段の負荷と
その次段の負荷との間の結合軸トルクＴＬi+1 * とが推
定される。負荷状態演算部４の入力（１段目の負荷質点
系への入力）はωＬ1 * 及びＴＬ 1 * ，即ちモータ速度
ωＭ及びモータ軸トルクＴＬ1 * である。この内，モー
タ速度ωＭは速度検出器２（例えばモータ軸に接続され
たタコジェネレータやパルスエンコーダ等を接続す
る。）により測定される。また，電流検出器１により検
出されたモータ電流ＩＡからモータ出力トルクＴＡを求
めれば，モータ軸トルクＴＬ1 * はモータ出力トルクＴ
Ａ及び上記モータ速度ωＭに基づいてモータ軸トルクオ
ブザーバ３により推定される。負荷状態演算部４では，
上記モータ速度ωＭ及びモータ軸トルクＴＬ1 * より１
段目の負荷速度ωＬ1 * 及び１段目と２段目の間の結合
軸トルクＴＬ2 * を推定し，上記負荷速度ωＬ1 * 及び
上記結合軸トルクＴＬ2 * に基づいて２段目の負荷速度
ωＬ2 * 及び２段目と３段目の間の結合軸トルクＴＬ3
* を求めるというように順次，各段の負荷の状態を推定
することができる。また，最終段（ｎ段目）の負荷質点
系に対応する負荷状態推定値は，ｎ段目の負荷の負荷速
度ωＬn * 及びｎ段目の負荷と（ｎ＋１）段目の負荷の
間の結合軸トルクＴＬn+1 * であるが，結合軸トルクＴ
Ｌn+1 * はｎ段目の負荷に外部より加わった負荷トルク
外乱ＴＤ* に相当する。尚，負荷状態演算部４には微分
器４１及び４２が含まれるため，入力信号に含まれる雑
音を大きくしてしまう恐れがある。このため，負荷状態
演算部４の各段に，例えばローパスフィルタを挿入し，
上記雑音を低減する。以上のようにして，本実施の形態
に係る負荷状態推定装置を用いれば，各段の負荷の状態
及び外乱による負荷トルク外乱ＴＤの正確な推定が可能
であり，負荷トルク外乱が変動した場合でも精度のよい
制御を提供することができる。また，ゲイン設定を行う
必要がなく多質点機械系負荷に適用する場合でも演算が
簡単で，推定遅れもない。
の一実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化したものであ
って，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに図１は本発明の一実施の形態に係る負荷状態
推定装置の基本構成を示すブロック線図，図２は図４に
示したｎ質点機械系負荷におけるｉ段目の質点系を示す
ブロック線図，図３は上記負荷状態装置に係る負荷状態
演算部のｉ段目の質点系に対応する部分のブロック線図
である。尚，上記負荷状態推定装置における各変数及び
制御定数の定義は従来の技術と同様とする。図１に示す
ように，本実施の形態に係る負荷状態推定装置は，サー
ボモータのモータ電流ＩＡを検出する電流検出器１，モ
ータ速度ωＭを検出する速度検出器２，モータ電流ＩＡ
及びモータ速度ωＭに基づいてモータ軸トルクＴＬ1 を
推定するモータ軸トルクオブザーバ３，モータ速度ωＭ
及びモータ軸トルクＴＬ1 に基づいて負荷の状態を推定
する負荷状態演算部４（初段負荷状態推定器及び各段負
荷状態推定器に相当）により構成されており，図４に示
したｎ質点機械系負荷を駆動するサーボモータをフィー
ドバック制御する場合の状態変数を推定する。以下，上
記負荷状態推定装置による状態変数の推定の詳細を説明
する。先ず，図２のｉ段目の質点系の状態方程式を示
す。 ωＬi ＝（ＫＬi ／ｓ）（ＴＬi −ＴＬi+1 ） …（６） ＴＬi ＝（Ｋεi ／ｓ）（ωＬi-1 −ωＬi ） …（７） （６）式及び（７）式における（ｉ−１）段目の負荷の
負荷速度ωＬi-1 と（ｉ−１）段目の負荷とｉ段目の負
荷との間の結合軸トルクＴＬi が既知であるとして，状
態方程式を書き直すと， ωＬi * ＝ωＬi-1 * −（ｓ／Ｋεi * ）ＴＬi * …（８） ＴＬi+1 * ＝−（ｓ／ＫＬi * ）ωＬi * ＋ＴＬi * …（９） となる。また，（８）式及び（９）式に対応するブロッ
ク線図は図３のようになる。図３のブロック線図を１段
目の質点系からｎ段目の質点系にわたって直列に接続し
たものを，マイクロコンピュータ等の演算手段により実
現したものが負荷状態演算部４である。負荷状態演算部
４では各段の負荷の負荷速度ωＬi * 及び各段の負荷と
その次段の負荷との間の結合軸トルクＴＬi+1 * とが推
定される。負荷状態演算部４の入力（１段目の負荷質点
系への入力）はωＬ1 * 及びＴＬ 1 * ，即ちモータ速度
ωＭ及びモータ軸トルクＴＬ1 * である。この内，モー
タ速度ωＭは速度検出器２（例えばモータ軸に接続され
たタコジェネレータやパルスエンコーダ等を接続す
る。）により測定される。また，電流検出器１により検
出されたモータ電流ＩＡからモータ出力トルクＴＡを求
めれば，モータ軸トルクＴＬ1 * はモータ出力トルクＴ
Ａ及び上記モータ速度ωＭに基づいてモータ軸トルクオ
ブザーバ３により推定される。負荷状態演算部４では，
上記モータ速度ωＭ及びモータ軸トルクＴＬ1 * より１
段目の負荷速度ωＬ1 * 及び１段目と２段目の間の結合
軸トルクＴＬ2 * を推定し，上記負荷速度ωＬ1 * 及び
上記結合軸トルクＴＬ2 * に基づいて２段目の負荷速度
ωＬ2 * 及び２段目と３段目の間の結合軸トルクＴＬ3
* を求めるというように順次，各段の負荷の状態を推定
することができる。また，最終段（ｎ段目）の負荷質点
系に対応する負荷状態推定値は，ｎ段目の負荷の負荷速
度ωＬn * 及びｎ段目の負荷と（ｎ＋１）段目の負荷の
間の結合軸トルクＴＬn+1 * であるが，結合軸トルクＴ
Ｌn+1 * はｎ段目の負荷に外部より加わった負荷トルク
外乱ＴＤ* に相当する。尚，負荷状態演算部４には微分
器４１及び４２が含まれるため，入力信号に含まれる雑
音を大きくしてしまう恐れがある。このため，負荷状態
演算部４の各段に，例えばローパスフィルタを挿入し，
上記雑音を低減する。以上のようにして，本実施の形態
に係る負荷状態推定装置を用いれば，各段の負荷の状態
及び外乱による負荷トルク外乱ＴＤの正確な推定が可能
であり，負荷トルク外乱が変動した場合でも精度のよい
制御を提供することができる。また，ゲイン設定を行う
必要がなく多質点機械系負荷に適用する場合でも演算が
簡単で，推定遅れもない。
【０００６】
【実施例】上記した本発明の一実施の形態に係る負荷状
態推定装置では，サーボモータのモータ電流の検出値Ｉ
Ａによりモータ軸トルクＴＬ1 の推定を行ったが，検出
値の代わりに，サーボモータへの電流指令に基づいてモ
ータ軸トルクＴＬ1 の推定を行ってもよい。このような
負荷状態推定装置も本発明における負荷状態推定装置の
一例である。
態推定装置では，サーボモータのモータ電流の検出値Ｉ
Ａによりモータ軸トルクＴＬ1 の推定を行ったが，検出
値の代わりに，サーボモータへの電流指令に基づいてモ
ータ軸トルクＴＬ1 の推定を行ってもよい。このような
負荷状態推定装置も本発明における負荷状態推定装置の
一例である。
【０００７】
【発明の効果】本発明は上記したように構成されている
ため，多質点機械系負荷における各段の負荷の負荷速度
及び各段の負荷と次段の負荷との間の結合軸トルクを推
定することが可能であり，より精度の高いフィードバッ
ク制御を提供することができる。また，ゲイン設定を行
う必要がなく多質点機械系負荷に適用する場合でも演算
が簡単で，推定遅れもない。さらに，最終段の負荷とそ
の次段の負荷との間の結合軸トルクとして推定されるト
ルクを上記サーボモータに加わる負荷トルク外乱とすれ
ば，外部からの外乱を推定することができるとともに，
外乱による状態変数の推定誤差を減少させることが可能
である。また，各段の負荷の負荷速度及び上記各段の負
荷とその次段の負荷との間の上記結合軸トルクを推定す
る際の雑音を低減する雑音低減手段を具備すれば，雑音
による状態変数の推定誤差を減少させ，より精度のよい
負荷の状態推定を行うことができる。
ため，多質点機械系負荷における各段の負荷の負荷速度
及び各段の負荷と次段の負荷との間の結合軸トルクを推
定することが可能であり，より精度の高いフィードバッ
ク制御を提供することができる。また，ゲイン設定を行
う必要がなく多質点機械系負荷に適用する場合でも演算
が簡単で，推定遅れもない。さらに，最終段の負荷とそ
の次段の負荷との間の結合軸トルクとして推定されるト
ルクを上記サーボモータに加わる負荷トルク外乱とすれ
ば，外部からの外乱を推定することができるとともに，
外乱による状態変数の推定誤差を減少させることが可能
である。また，各段の負荷の負荷速度及び上記各段の負
荷とその次段の負荷との間の上記結合軸トルクを推定す
る際の雑音を低減する雑音低減手段を具備すれば，雑音
による状態変数の推定誤差を減少させ，より精度のよい
負荷の状態推定を行うことができる。
【図１】本発明の一実施の形態に係る負荷状態推定装置
の概略構成を示すブロック図。
の概略構成を示すブロック図。
【図２】モータ・ｎ質点機械系負荷のｉ段目の質点系の
構成を示す図。
構成を示す図。
【図３】上記負荷状態推定装置に係る負荷状態演算部の
部分ブロック線図。
部分ブロック線図。
【図４】モータ・ｎ質点機械系負荷の概略構成を示すブ
ロック図。
ロック図。
【図５】モータ・ｎ質点機械系負荷のモデルブロック線
図。
図。
【図６】従来方式のオブザーバの一例を示す図。
１・・・電流検出器 ２・・・速度検出器 ３・・・モータ軸トルクオブザーバ ４・・・負荷状態演算部
Claims (3)
- 【請求項１】複数の負荷を結合軸により直列的に連結し
た多質点機械系負荷を駆動するサーボモータのモータ電
流とモータ速度との各検出値に基づいて，上記サーボモ
ータに結合された負荷の状態を推定する負荷状態推定装
置において，上記モータ電流と上記モータ速度との各検
出値に基づいて，上記サーボモータのモータ軸トルクを
推定するモータ軸トルクオブザーバと，上記モータ速度
の検出値と上記モータ軸トルクの推定値とに基づいて，
上記サーボモータに結合された初段の負荷の負荷速度と
上記初段の負荷とその次段の負荷との間の結合軸トルク
とを推定する初段負荷状態推定器と，（ｉ−１）段目の
負荷の負荷速度の推定値と，上記（ｉ−１）段目の負荷
とｉ段目の負荷との間の結合軸トルクの推定値とに基づ
いて，上記ｉ段目の負荷の負荷速度と上記ｉ段目の負荷
と（ｉ＋１）段目の負荷との間の結合軸トルクとを推定
する各段負荷状態推定器とを具備してなることを特徴と
する負荷状態推定装置。 - 【請求項２】最終段の負荷とその次段の負荷との間の結
合軸トルクとして推定されるトルクを上記サーボモータ
に加わる負荷トルク外乱とする請求項１記載の負荷状態
推定装置。 - 【請求項３】各段の負荷の負荷速度及び上記各段の負荷
とその次段の負荷との間の上記結合軸トルクを推定する
際の雑音を低減する雑音低減手段を具備してなる請求項
１若しくは２記載の負荷状態推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13219596A JP3329184B2 (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 負荷状態推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13219596A JP3329184B2 (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 負荷状態推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09322580A true JPH09322580A (ja) | 1997-12-12 |
| JP3329184B2 JP3329184B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=15075627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13219596A Expired - Fee Related JP3329184B2 (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 負荷状態推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329184B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015186406A1 (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-10 | 株式会社明電舎 | 周期外乱自動抑制装置 |
-
1996
- 1996-05-27 JP JP13219596A patent/JP3329184B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015186406A1 (ja) * | 2014-06-06 | 2015-12-10 | 株式会社明電舎 | 周期外乱自動抑制装置 |
| JPWO2015186406A1 (ja) * | 2014-06-06 | 2017-04-20 | 株式会社明電舎 | 周期外乱自動抑制装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3329184B2 (ja) | 2002-09-30 |
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