JPS62126883A

JPS62126883A - 速度制御方式

Info

Publication number: JPS62126883A
Application number: JP60266616A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kurakake; 鞍掛　三津雄; Keiji Sakamoto; 坂本　啓二
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1985-11-27
Publication date: 1987-06-09
Also published as: KR900007107B1; US4816734A; EP0247206A1; KR880701039A; EP0247206A4; EP0247206B1; WO1987003432A1; DE3683642D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、速度制御方式に係り、特に、低剛性負荷を有
するサーボモータの速度制御方式に関する。

（従来技＊）従来の低剛性の機械負荷、例えばロボットのアームを制
御する際のＤＣモータを用いた速度制御系は、第２図の
ように示すことができる０図において、Ｋ１は積分定数
、Ｋ２　、に５　、に４は比例定数、Ｋｔは電力増幅器
定数、Ｊｍはロータイナーシャ、ＪＬ　　は負荷慣性イ
ナーシャ、Ｋはロータと負荷結合のバネ定数である。こ
の場合の入力信号ｖｒと出力信号例えば、ロボットハン
ドの先端速度７文との比（伝達関数）は、積分器へのフ
ィードバックをｖ文から行なえばＶｌ／Ｖｒ＝　（ＫＩＫｔ）／　（Ｋｔ　’Ｋｔ＋　（
Ｋ２　　十　Ｋ５）　　　ｅＫｔ　　＊ｓ＋　　（Ｊｍ
＋Ｊ　Ｌ　　＋に４　　　・　Ｋｔ＊ｋ　　）＊ｓｚ　
＋に５＠Ｉ（ｔ＊　　（ＪＬ／Ｋ）＊Ｓ３＋ＪｍＩＩＪ
Ｌ　　／Ｋ）Ｓ’　）　　　　　−（１）で表わされる
。

即ち、（１）式の分母の１次微分Ｓ　＝　ｄ／ｄｔ、２
次微分５２．３次微分Ｓ３の各項には、比例定数Ｋ　２
　、Ｋ　５　＋　Ｋ　４のみが乗算されるので、この係
数を自由に変えて系を安定に保つことができる、また、
直流項ＫＩ　参Ｋｔも、積分定数に１のみを自由に変え
ることができる。

（従来技術の問題点）しかしながら実際上は、機械送り系、即ちモータ速度Ｖ
ｍを積分器にフィードバックしており、この場合には、
モータ速度ＶｍはＶｍ＝　（１＋　（ＪＬ　　−Ｓ”　）／Ｋ）ＶＬ；Ｌ
−・（２）であるので、（１）式は、ｖ文／ｖｒ＝（Ｋ１　・Ｋｔ）／［ＫＩ　ＩｔＫｔ＋（
Ｋ２　＋に５　）Ｋｔ　・Ｓ＋　（Ｊｍ＋ＪＬ＋に４　
ｅＫｔ　　＊　　ＪＬ　　　＋　　（Ｋｌ　　　ｅＫｔ
　　＊ＪＬ　　）　　／Ｋ）　　Ｓ　　２　＋に３・Ｋ
ｔ・（ＪＬ　・Ｓ３）／に＋ＪｍｅＪＬ　・（Ｓ−’　
／Ｋ）］　　　　　　　　　　　　・・・（３）と表さ
れる。このため、２次微分Ｓ２の項には。

比例定数に４と積分定数に１の二つの係数が乗算される
ため、系を安定に調整することが困難となるという問題
があった。即ち、制御系の時定数は、１次微分の項と直
流項の係数の比で定まり、（（Ｋ２　＋に５）ＫＬ）／
Ｋｔ　−Ｋｔ＝　（Ｋ２　＋に５　）　／Ｋｌ　　　　
　　　・・・（２）と表される。したがって、積分定数
に１の値を、（Ｋ２　＋に５　）に対して適当な値を選
定することにより、系を安定に動作させることができる
が、２次微分の項には、係数として比例定数に４も含ま
れているため、Ｋｌの値を（Ｋ２　＋に５　）との関係
で選定すると、制御系のバランスが得られないという問
題があった。

そこで、本発明はこのような従来技術の問題点を解消し
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、サーボモータの速度、及びサーボモータによ
り駆動される機械負荷の速度を、サーボ制御系にフィー
ドバックして機械負荷の速度を制御するものにおいて、
サーボ制御系に、サーボモータの速度をフィードバック
する積分器と、機械負荷の速度をフィードバックする積
分器とを別個に設けたことを特徴とする、速度制御方式
を提供することにより、前記した従来技術の問題点を解
消するものである。

（作用）本発明は、サーボモータ及び機械負荷の速度を、それぞ
れサーボ制御系に設けた別個の積分器にフィードバック
しているので、安定した制御系が得られる。

（実施例）以下、図により本発明の実施例について説明する。第２
図は、本発明による速度制御系のブロック図である０本
発明は、サーボ制御系に、モータ速度Ｖｍをフィードバ
ー、りする積分器Ａと、機械負荷先端速度ｖ文をフィー
ドバックする積分器Ｂとを別個に設けたことを特徴とす
るものである。

図において、Ｋｌをモータ速度に対する積分定数、に５
を機械負荷速度に対する積分定数とすると、モータ速度
と機械速度の２つの信号について拡大した場合の伝達関
数は次のように表わされる。即ち、Ｖｉ／Ｖｒ＝　（Ｋ１　＋に５）　ＩＩＫｔ／　［（Ｋ
ｔ　＋に５）　・Ｋ　ｔ　＋　（Ｋ２　＋Ｋｓ　）・Ｋ
Ｌ−５＋（Ｊｍ＋Ｊ　ｌ＋　（Ｋｚ　ｅ　Ｋｔ　ｌｌＫ
１／Ｋ））　　・Ｓ２＋（Ｋ５　・Ｋｔ　＊ＪＪＬ／Ｋ
）　ｅＳ３＋　（Ｊｍ・ＪｊＬ／Ｋ）　　・Ｓ４］　　
　　　　　　　　　　　・・・（３）次に、機械負荷速
度について拡大した場合の伝達関数は、Ｋｍを負荷速度
に対する積分定数とすると、Ｖ文／　Ｖ　ｒ　＝　Ｋ　ｍ　・Ｋ　ｔ　／　（Ｋ　ｍ
　１１Ｋ　ｔ　＋　　（Ｋ　２＋に５）Ｋｔ　　＊Ｓ＋
　　（Ｊｍ＋ＪｆＬ＋に４　　・Ｋｔ　　＊Ｊｌ）Ｓｚ
　＋　　（Ｋｓ　　”Ｋｔ　・Ｊｉ／Ｋ）　　・Ｓコ　
＋（Ｊｍ−Ｊ！；Ｌ／Ｋ）　　１１Ｓ’　）　　　　　
　　−（４）で表わされる。したがって、（３）、（４
）式を比較すると、１次微分、３次微分の係数は同じで
あるから、２次微分の項以外の係数を一致させるには。

Ｋ１　　＋に５　＝　Ｋｍ　　　　　　　　　　　　・
”　（５）となるように、積分定数Ｋ　ｌ　ｒ　Ｋ　５
を定めればよいことになる。即ち、このときに制御系の
ノ（ランスが得られる。

ここで、負荷速度に対する拡大形について２分母がバタ
ーワースパターンに一致するように各係数を選ぶものと
する。バターワースパターンは、（１，ｌ、　　０．５
．　　Ｑ、１５．　０．０３．０．００３　・・司　　
・・・　（６）で表されるが、２次微分の項の係数は、
比例定数に４によって自由に変更できるので、１次微分
、３次微分、４次微分の各項の係数については、Ｓ　：
　Ｇ１＝　（Ｋ２　＋Ｋｇ　）／Ｋｍ＝ｔｙ・・・（７
）Ｓ３　　：Ｇ５＝　　（Ｋ、＠Ｊ交）／（Ｋ・Ｋｍ）
＝０．１５σ３　　　　　　　　　　　・・・（８）Ｓ
４：Ｇ４　＝　（１／Ｋｍ＠Ｋｔ）　−（Ｊｍ＊Ｊｉ／
Ｋ）＝０．０３σ４　　　　　　　　・・・（９）が成
立する。このとき、モータ速度と負荷速度の２つの出力
に対する拡大形の伝達関数の２次微分の係数は、次のよ
うになる。

Ｓｚ：Ｇ２＝　（１／　（Ｋｌ　＋に５）Ｋｔ）　Ｏ（
Ｊｍ＋Ｊ文＋（Ｋｔ　−Ｋｔ−ＫＪＩ）／Ｋ）　＝　（
（Ｊｍ＋Ｊ文）／　（Ｋｍ働Ｋｔ））＋　（Ｋｌ　争Ｊ
ＪＬ）／（Ｋｍ−Ｋ）　　　　　　　　　　・・・（１
０）ここで、（９）式より（１／Ｋｍ拳Ｋｔ）　Φ（ＪｍＩＩＪｉ／Ｋ）＝０　。

０３σ４であるから、Ｇ２；（Ｋ・　（Ｊｍ＋ＪｆＬ）／（Ｊｍ＠Ｊ交））Ｘ
ｏ　　、０３σ’　　＋　　（Ｋｔ　　／Ｋｍ）　　・
　（Ｊ　ｌ／Ｋ＞・・・　（１ｌ）となる、いま、 ωｎｚ＝　　（Ｋ・　（Ｊｍ＋Ｊ見）／（Ｊｍ・Ｊ見）
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（
１２）とおくと、Ｊｍ＝Ｊ文　　　　　　　　　　　　・・・（１３）と
仮定して、 ωｎｚ＝　（２１１Ｋ）／ＪＲ・＝　（１４）となるの
で、Ｇ２　　＝ωｎｚ　Ｘｏ　　、０３σ’　　＋　　（Ｋ
ｌ　　／Ｋｍ）　　・（２／ωｎ２　）＝　　（ωｎ２
　Ｘｏ、０３σ”　　＋　　（Ｋ、／Ｋｍ）　　（２／
ωｎｚ　ｃｒｚ））　　ｔｙ”　・＝　　（１５）が成
立する。ここで、 ωｎ２・σ２＝α　　　　　　　　・・・（１６）とお
くと、Ｇ２　＝　　（０，０３ａ＋　　（Ｋｔ　／Ｋｍ）（２
／α））　ｆ”　　　　　　　　　　　　　　、　（１
７）が得られる。

例えば、σ＝５．３Ｘ１０　　、Ｗｎ＝２πＸ８とする
と、バターワースの係数Ｂω２は。

Ｂω２＝２．１２Ｘ１０　　＋（Ｋｔ／Ｋｍ）Ｘ２８．
１８　　　　　　　　　　　　　　・・・（１８）が導
かれる。

なお、機械先端の速度は、モータの出力トルク及びモー
タの位置より、オブザーバ（推定器）により推定した値
を用いることもできる。このオブザーバによる速度推定
については、本発明の出願人により、特開昭６０−２０
０７８８号公報で提案されている。以下、オブザーバに
よる速度推定について、第３図のブロック図により説明
する。

図において、１，２．３は演算器、４は推定器、５はモ
ータ、６はＩ−Ｐコントローラ、θはモータの位置、■
はモータ速度、Ｕはトルク指令、■はモータ電流、■は
速度推定値である０次に、この制御系の動作について説
明する。

まず、速度指令値と後述する速度推定値Ｖの差が演算器
１から出力される。この出力信号は積分され演算器２に
出力される。一方、後述する速度推定値Ｖにフィードバ
ックゲインに２をかけたものが演算器２に入力され、そ
れらの入力信号間の差がトルク指令Ｕとして出力され、
モータ５が制御される。そして、モータの速度はＶとし
て出力され、ロータリエンコーダによって位置θが検出
される。ここで位置θの情報には演算器３において負荷
トルク（クーロン摩擦）を示す電流ＩＬ　が加えられた
結果が含まれる。

推定器、つまり、オブザーバ４を用いて速度推定値を得
る場合には、定常的な推定誤差を生ずる原因となる負荷
トルクを同時に推定する。即ち、推定器４にはモータ電
流■と負荷トルクを示す工りを考慮した位置情報θを入
力し、速度推定値Ｖを出力する。

この点について、更に詳細に説明すると、前記モータ電
流Ｉ、速度Ｖ、位置θ、負荷トルクによる電流ＩＬ　　
として、同−次元オブザーバを構成すると、次のように
なる。

実際に検出し、推定器つまり、オブザーバ４に入力する
ものはモータ電流工と位置θであり、ディジタル処理す
る為の同一次元オブザーバはλ３はオブザーバのゲイン
であり、推定値が真値に収束するための時間に反比例す
る。

そこで、これをマイクロプロセッサで処理する為に上記
のオブザーバを下記のアルゴリズムで実現する。

このようにして、オブザーバにより速度が推定されるか
ら、第１図に示すような本発明の制御系においても、機
械速度がオブザーバにより推定できるのは明らかである
。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、ロボットノ＼ンド等の
低剛性の機械負荷を制御する制御系において、モータの
速度及び機械先端の速度を、サーボ制御系のそれぞれ別
個の積分器にフィードバックして速度制御を行なうので
、バランス良く安定した制御が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は従来例のブロッ
ク図、第３図はオブザーバにより速度を推定する原理を
説明するブロック図である。Ｋ　１　　＋　Ｋ　５・・・積分定数、Ｋ２．に５．に
４・・・比例定数、Ｊｍ・・・ロータイナーシャ、Ｊｌ
・・・負荷慣性イナーシャ。特許出願人　　ファナック株式会社代　理　人　　弁理士　辻　　　實〜１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サーボモータの速度、及びサーボモータにより駆
動される機械負荷の速度を、サーボ制御系にフィードバ
ックして機械負荷の速度を制御するものにおいて、サー
ボ制御系に、サーボモータの速度をフィードバックする
積分器と、機械負荷の速度をフィードバックする積分器
とを別個に設けたことを特徴とする、速度制御方式。
（２）前記機械負荷の速度を、サーボモータの出力トル
クとサーボモータ位置よりオブザーバにて推定した値と
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
速度制御方推定した値とすることを特徴とする速度制御
方式。