JPS62126883A - 速度制御方式 - Google Patents
速度制御方式Info
- Publication number
- JPS62126883A JPS62126883A JP60266616A JP26661685A JPS62126883A JP S62126883 A JPS62126883 A JP S62126883A JP 60266616 A JP60266616 A JP 60266616A JP 26661685 A JP26661685 A JP 26661685A JP S62126883 A JPS62126883 A JP S62126883A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed
- control system
- motor
- load
- integrator
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/32—Automatic controllers electric with inputs from more than one sensing element; with outputs to more than one correcting element
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
- Numerical Control (AREA)
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
” (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。
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 。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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
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 (2)
- (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。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60266616A JPS62126883A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 速度制御方式 |
EP86906946A EP0247206B1 (en) | 1985-11-27 | 1986-11-26 | Speed control system |
US07/082,633 US4816734A (en) | 1985-11-27 | 1986-11-26 | Speed control system |
KR1019870700648A KR900007107B1 (ko) | 1985-11-27 | 1986-11-26 | 속도 제어 방식 |
DE8686906946T DE3683642D1 (de) | 1985-11-27 | 1986-11-26 | Regelungssystem fuer die geschwindigkeit. |
PCT/JP1986/000601 WO1987003432A1 (en) | 1985-11-27 | 1986-11-26 | Speed control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60266616A JPS62126883A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 速度制御方式 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62126883A true JPS62126883A (ja) | 1987-06-09 |
Family
ID=17433285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60266616A Pending JPS62126883A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 速度制御方式 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4816734A (ja) |
EP (1) | EP0247206B1 (ja) |
JP (1) | JPS62126883A (ja) |
KR (1) | KR900007107B1 (ja) |
DE (1) | DE3683642D1 (ja) |
WO (1) | WO1987003432A1 (ja) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63274385A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-11 | Fanuc Ltd | サ−ボモ−タの速度制御装置 |
JPS63273115A (ja) * | 1987-04-30 | 1988-11-10 | Fanuc Ltd | サ−ボ制御回路 |
JPS6464577A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-10 | Fanuc Ltd | Servomotor controller |
JPH01137305A (ja) * | 1987-11-25 | 1989-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | フィードバック制御装置 |
JPH01186182A (ja) * | 1988-01-19 | 1989-07-25 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御装置 |
JPH01194881A (ja) * | 1988-01-26 | 1989-08-04 | Sony Corp | 記録再生装置 |
JPH07120216B2 (ja) * | 1988-10-21 | 1995-12-20 | 新技術事業団 | 位置制御方法 |
US4893068A (en) * | 1988-11-15 | 1990-01-09 | Hughes Aircraft Company | Digital servo employing switch mode lead/lag integrator |
US4914726A (en) * | 1989-01-17 | 1990-04-03 | Tektronix, Inc. | Mass velocity controller |
US5036266A (en) * | 1989-01-17 | 1991-07-30 | Tektronix, Inc. | Mass velocity controller |
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