JPH0623932B2 - Servo control method - Google Patents
Servo control methodInfo
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- JPH0623932B2 JPH0623932B2 JP59114190A JP11419084A JPH0623932B2 JP H0623932 B2 JPH0623932 B2 JP H0623932B2 JP 59114190 A JP59114190 A JP 59114190A JP 11419084 A JP11419084 A JP 11419084A JP H0623932 B2 JPH0623932 B2 JP H0623932B2
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多関節ロボット等の制御に用いて好適なサー
ボ制御方法に関する。The present invention relates to a servo control method suitable for controlling an articulated robot or the like.
従来のサーボ系は、いわゆるPID補償等のように複数の
特性補償を行っているが、それらの特性補償についてゲ
インは固定されている。The conventional servo system performs a plurality of characteristic compensations such as so-called PID compensation, but the gains for these characteristic compensations are fixed.
このように各特性補償のゲインが固定された従来のサー
ボ系は、多関節ロボットのような静的負荷や慣性負荷の
変動が激しい制御対象を、その動作領域に亘って適正に
制御することが困難であった。As described above, the conventional servo system in which the gain of each characteristic compensation is fixed can appropriately control a control target such as an articulated robot in which a static load or an inertial load fluctuates significantly over its operation range. It was difficult.
本発明は、このような従来のサーボ制御の問題点を解消
しようとするものである。The present invention is intended to solve such problems of the conventional servo control.
本発明は、複数の特性補償を並列に施すように構成され
たサーボ制御系に適用され、サーボモータに流れる電流
と該電流の単位時間当たりの変化量とによって規定され
る上記各特性補償の適正ゲインを予め記憶手段に記憶さ
せる工程と、上記サーボモータの電流を上記単位時間の
周期でサンプリングする工程と、上記サンプリングされ
た電流に基づいて該電流の変化量を演算する工程と、上
記サンプリングされた電流と上記電流の変化量とに基づ
いて、それらに対応する上記各適正ゲインを上記記憶手
段から読み出す工程と、上記記憶手段から読み出した各
適正ゲインをそれぞれ対応する各特性補償のゲインとし
て設定する工程とを含むことを特徴としている。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applied to a servo control system configured to perform a plurality of characteristic compensations in parallel, and the appropriateness of each of the characteristic compensations defined by the current flowing in the servomotor and the amount of change per unit time of the current. A step of storing the gain in a storage means in advance; a step of sampling the current of the servo motor at the unit time period; a step of calculating a change amount of the current based on the sampled current; Based on the current and the amount of change in the current, a step of reading the appropriate gains corresponding to them from the storage means, and setting the appropriate gains read from the storage means as corresponding gains of characteristic compensation. And a step of performing.
第１図は、第２図に例示する多関節ロボットの作動軸
（制御軸）の制御に適用した本発明に係るサーボ制御方
法の一実施例を示し、この実施例によれば以下の処理が
行なわれる。FIG. 1 shows an embodiment of a servo control method according to the present invention applied to the control of an operating axis (control axis) of an articulated robot illustrated in FIG. 2. According to this embodiment, the following processing is performed. Done.
1) メモリ１より作動軸についての旧目標位置データｅ
０′(t)および速度指令データυ０(t)を各々読出す（処
理１１および１２）。なお、上記メモリ１からは単位時
間毎に目標位置データが出力される。1) Old target position data e for the operating axis from memory 1
0 '(t) and speed command data υ 0 (t) are read out (processes 11 and 12). The target position data is output from the memory 1 every unit time.
また上記旧目標位置データｅ０′(t)は、現時点よりも
上記単位時間だけさかのぼった時点の目標位置データを
示している。Further, the old target position data e 0 ′ (t) indicates the target position data at the time point traced back by the unit time from the current time point.
2) 上記旧目標位置データｅ０′(t)および速度指令デ
ータυ０(t)に基づいて目標位置データｅ０(t)を演算す
る（処理１３）。2) The target position data e 0 (t) is calculated based on the old target position data e 0 ′ (t) and the speed command data υ 0 (t) (process 13).
3) 上記目標位置データｅ０(t)と位置検出器２（エン
コーダ等が適用される）より出力される現在位置データ
ｅ(t)とに基づいて位置偏差Δｅ(t)＝ｅ０(t)−ｅ(t)を
計算する（処理１４）。なお位置検出器２は、作動軸の
位置つまり回動角θを検出するものである。3) A position deviation Δe (t) = e 0 (t) based on the target position data e 0 (t) and the current position data e (t) output from the position detector 2 (encoder or the like is applied). ) -E (t) is calculated (process 14). The position detector 2 detects the position of the operating shaft, that is, the rotation angle θ.
4) 上記現在位置データｅ(t)を微分して該データｅ(t)
の一定時間における変化量、つまり現時点での作動軸の
回動速度υ(t)を計算し（処理１５）、この速度υ(t)と
上記速度指令データυ０(t)との偏差Δυ(t)＝υ０(t)
−υ(t)を計算する（処理１６）。4) Differentiate the current position data e (t) to obtain the data e (t)
Of the operating shaft rotation υ (t) at the present time is calculated (process 15), and the deviation Δυ (between this speed υ (t) and the speed command data υ 0 (t) is calculated. t) ＝ υ 0 (t)
-Υ (t) is calculated (process 16).
5) 上記速度指令データυ０(t)の一定時間における変
化量つまり指令加速度α０(t)を計算するとともに（処
理１７）、上記速度υ(t)を微分して該速度の上記一定
時間における変化量つまり現時点での各軸加速度α(t)
を計算する（処理１８）。そして上記加速度α０(t)と
α(t)との偏差Δα(t)＝α０(t)−α(t)を計算する（処
理１９）。5) The change amount of the speed command data υ 0 (t) in a certain time, that is, the command acceleration α 0 (t) is calculated (process 17), and the speed υ (t) is differentiated to obtain the speed for the certain time. The amount of change in each axis acceleration at present α (t)
Is calculated (process 18). Then, the deviation Δα (t) = α 0 (t) −α (t) between the accelerations α 0 (t) and α (t) is calculated (process 19).
6) 上記位置偏差Δｅ(t)に基づいて該偏差に対する積
分量の計算Ｉ(t)＝Ｉ（ｔ−１）＋Δｅ(t)を実行する
（処理２０）。6) Based on the position deviation Δe (t), the calculation of the integrated amount I (t) = I (t−1) + Δe (t) for the deviation is executed (process 20).
7) 上記位置偏差Δｅ(t)、速度偏差Δυ(t)、加速度偏
差Δα(t)、積分量Ｉ(t)に各々ゲイン常数GP,GV,GAおよ
びＧIを乗じる操作を行ない、各補償出力f1〜f4を計算
する（処理21,22,24,および25）。7) The position deviation Δe (t), speed deviation Δυ (t), acceleration deviation Δα (t), and integral amount I (t) are multiplied by the gain constants G P , G V , G A and G I , respectively. , Compensation outputs f 1 to f 4 are calculated (processes 21, 22, 24, and 25).
なお、定常偏差をなくすためのいわゆるドルーブ補償を
行なうべく、上記実施例では上記速度指令データυ
０(t)に係数ｋ＝１〜1.2を乗じるようにしており、した
がって出力f2はf2＝GV・(k・υ０(t)−υ(t))と表わされ
る。It should be noted that, in order to perform so-called drove compensation for eliminating the steady deviation, in the above embodiment, the speed command data υ
0 (t) is multiplied by a coefficient k = 1 to 1.2, and thus the output f 2 is expressed as f 2 = G V · (k · υ 0 (t) −υ (t)).
8) 上記各補償出力f1〜f4を加算する処理を実行して、
総合補償出力ｆ′を求める（処理２６）。8) Execute the processing to add the above compensation outputs f 1 to f 4 ,
The total compensation output f'is obtained (process 26).
9) 上記出力ｆ′に対する不感帯補償計算を行なう（処
理２７）。すなわち、補正量GN(０)を設定し、上記出
力ｆ′にこの補正量GNを加算してfOUT＝ｆ′＋GN×Sign
(ｆ′)を算出する。ただしSign(ｆ′)はｆ′＞０のとき
１，ｆ′＝０のとき０，ｆ′＜０のとき−１となる。な
お、上記補正量GNは作動軸駆動用の電動アクチュエータ
たるサーボモータ２８の不感帯量等に基づいて設定され
る。そしてこの不感帯補償を行なった場合の補償出力
ｆ′とfOUTの関係は第３図のように表わされる。9) Dead zone compensation calculation is performed for the output f '(process 27). That is, the correction amount G N (0) is set, the correction amount G N is added to the output f ′, and f OUT = f ′ + G N × Sign
Calculate (f '). However, Sign (f ') is 1 when f'> 0, 0 when f '= 0, and -1 when f'<0. The correction amount G N is set based on the dead zone amount of the servo motor 28, which is an electric actuator for driving the operating shaft. The relationship between the compensation outputs f'and f OUT when this dead zone compensation is performed is shown in FIG.
以上の各処理は、図示していないマイクロコンピュータ
のプログラムに従って、つまりソフトウエアによって実
行される。The above processes are executed by a program of a microcomputer (not shown), that is, by software.
上記不感帯補償計算２９によって得られる補償出力fOUT
はD/Aコンバータ２９によって対応するアナログ電圧υ
OUTに変換されたのちサーボアンプ３０よりモータ駆動
電圧VOUTとして出力される。そしてこの出力電圧ＶOUT
はモータ２８を制御し、これによって上記作動軸が作動
される。Compensation output f OUT obtained by the dead zone compensation calculation 29
Is the analog voltage corresponding to the D / A converter 29.
It is output as the motor drive voltage V OUT from the servo amplifier 30 after being converted to OUT. And this output voltage V OUT
Controls a motor 28 which activates the actuating shaft.
なお、第１図はロボットの１つの作動軸に係る制御系に
ついての特性補償処理の内容を示しているが、他の作動
軸に係る制御系についても同様の特性補償処理が施され
る。すなわち、第２図に示したロボットの場合、その旋
回軸４１，第１アーム軸４２，第２アーム軸４３および
手首軸４４に係る各制御系のいずれに対しても上記の特
性補償処理が施される。Although FIG. 1 shows the content of the characteristic compensation processing for the control system related to one operating axis of the robot, the same characteristic compensation processing is performed for the control systems related to the other operating axes. That is, in the case of the robot shown in FIG. 2, the above characteristic compensation processing is performed on each of the control systems related to the turning axis 41, the first arm axis 42, the second arm axis 43, and the wrist axis 44. To be done.
第１図に示した速度補償に基づく出力f2は、系の応答性
やダンピングを改善する作用をなす。また加速度補償に
基づく出力f3は、速度変動を押えて系の安定性を増すよ
うに作用する。さらに上記積分補償に基づく出力f4は、
系の応答性を向上させる作用と定常偏差を無くす作用を
なす。しかして、この位置偏差Δｅ(t)に対する積分補
償は、各補償を直列に行なう従来のサーボ系では行なう
ことができない。The output f 2 based on the velocity compensation shown in FIG. 1 serves to improve the response and damping of the system. Further, the output f 3 based on the acceleration compensation acts to suppress the speed fluctuation and increase the stability of the system. Further, the output f 4 based on the above integral compensation is
It acts to improve the responsiveness of the system and eliminate the steady-state deviation. However, the integral compensation for the position deviation Δe (t) cannot be performed by a conventional servo system that performs each compensation in series.
本実施例では、上記するように各補償を並列的に行なっ
ているので、それらの補償についてのゲインを上記ゲイ
ン常数GP,GV,GAおよびGIを変えることにより任意かつ個
別に調整することができる。したがって、制御対象（ロ
ボット）の各種動作状態等に適応した補償ゲインの設定
が可能であり、それによって従来不可能であった特殊な
作業を制御対象に行なわせることが可能になる。すなわ
ち、たとえば速度精度が位置精度よりも重要となる特殊
な作業を制御対象に行なわせる場合には、速度精度が優
先されるように上記各補償ゲインを調整することによっ
て該作業が適正に行なわれる。In this embodiment, since each compensation is performed in parallel as described above, the gain for those compensations is adjusted arbitrarily and individually by changing the gain constants G P , G V , G A and G I. can do. Therefore, it is possible to set the compensation gain adapted to various operating states of the controlled object (robot), thereby making it possible to cause the controlled object to perform a special work which has been impossible in the past. That is, for example, when the control target is to perform a special work in which the speed accuracy is more important than the position accuracy, the work is properly performed by adjusting the compensation gains so that the speed accuracy is prioritized. .
ところで第２図に例示したようなロボットは、その作動
状態や負荷状態が時々変化するので、前記した各特性補
償についてのゲインGP,GV,GAおよびGIを固定した場合、
個々の作動状態および負荷状態下で系の応答性、安定
性、位置精度等を良好に維持することが困難となる。By the way, since the operating state and the load state of the robot illustrated in FIG. 2 change from time to time, when the gains G P , G V , G A and G I for the respective characteristic compensations are fixed,
It becomes difficult to maintain good responsiveness, stability, positional accuracy, etc. of the system under each operating condition and load condition.
そこで本発明では、ロボットの作動状態および負荷状態
の変化が前記サーボ２８に流れる電流の変化として現わ
れることに着目し、該電流の変化に基づいて上記各特性
補償についてのゲインを変化させている。Therefore, in the present invention, attention is paid to the fact that changes in the operating state and load state of the robot appear as changes in the current flowing through the servo 28, and the gains for the above-described characteristic compensations are changed based on the changes in the current.
いま、上記モータ２８に流れる時点tiにおける電流を｜
IOUT｜、該時点tiより所定時間前の時点ti-1におけるそ
れを｜I′OUT｜とすると、上記ロボットのある作動軸に
ついての作動状態および負荷状態は電流｜IOUT｜と電流
変化｜IOUT｜−｜IOUT｜′＝｜ΔIOUT｜とに基づいて第
４図に例示する如く大別され、したがって、上記電流｜
IOUT｜と｜ΔIOUT｜が検出されれば、このある作動軸に
ついての作動状態および負荷状態を知ることができる。
すなわち、サーボモータに作用する負荷の大きさは該サ
ーボモータを流れる電流の大きさから把握される。一
方、サーボモータで駆動される軸が加減速動作される場
合には、サーボモータに瞬間的に大きな負担がかかるこ
とになるが、このような状況はサーボモータを流れる電
流の変化から把握することができる。Now, let the current at the time t i flowing through the motor 28 be
I OUT │, and that at a time point t i -1 a predetermined time before the time point t i is │I ' OUT │, the operating state and load state of a certain operating axis of the robot are current │I OUT │ and current Based on the change | I OUT | − | I OUT | ′ = | ΔI OUT |, it is roughly classified as illustrated in FIG.
If I OUT | and | ΔI OUT | are detected, it is possible to know the operating state and load state of this certain operating shaft.
That is, the magnitude of the load acting on the servo motor can be grasped from the magnitude of the current flowing through the servo motor. On the other hand, if the axis driven by the servo motor is accelerated or decelerated, the servo motor will be instantly loaded with a heavy load. This situation should be understood from the change in the current flowing through the servo motor. You can
そこで、負荷の軽重を示す情報である上記電流｜Ｉ
ＯＵＴ｜と、上記軸が定速度動作（停止を含む）してい
るか加速動作しているかを判断する情報である上記電流
の変化量｜ΔＩＯＵＴ｜を検出すれば、上記軸の作動状
態および負荷状態を知ることができる。なお、ロボット
の他の軸の作動状態および負荷状態も上記モータ電流｜
IOUT｜とその変化量｜ΔIOUT｜とに基づいて大別され
る。Therefore, the current | I, which is the information indicating the weight of the load,
OUT | and the amount of change | ΔI OUT | in the current, which is information for determining whether the shaft is operating at a constant speed (including stop) or accelerating, the operating state and load of the shaft are detected. You can know the condition. In addition, the operating state and load state of other axes of the robot are the same as the above motor current |
It is roughly classified based on I OUT | and its variation | ΔI OUT |.
第５図は、第４図の関係に基づいて作成されたゲインテ
ーブルを示す。このゲインテーブルの各領域Ａ′，
Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′およびＥ′は第４図に示す各領域Ａ，
Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥに各々対応し、それらの領域Ａ′〜
Ｅ′には領域Ａ〜Ｅに示す作動状態および負荷状態に対
応する最適ゲイン常数値が示されている。この実施例で
は、このようなゲインテーブルをロボットの各作動軸に
ついて予め設けるようにしている。FIG. 5 shows a gain table created based on the relationship shown in FIG. Each area A ′ of this gain table,
B ', C', D'and E'are the areas A, A shown in FIG.
B, C, D and E respectively corresponding to the areas A ′ to
In E ', optimum gain constants corresponding to the operating conditions and load conditions shown in the areas A to E are shown. In this embodiment, such a gain table is provided in advance for each operating axis of the robot.
ここで上記電流IOUTとΔIOUTの検出方法について説明す
る。電流IOUTは、たとえば前記サーボアンプ３０とモー
タ２８間の線路に挿入された低抵抗の両端電圧から検出
される。一方、変化電流ΔIOUTは、上記電流IOUTを図示
していないマイクロコンピュータによってサンプリング
して、そのサンプリング時点の電流IOUTの値と１サンプ
リング前の時点の電流IOUTの値との差分を上記コンピュ
ータに演算させることにより得られる。なお、上記サン
プリングの周期は例えば数10ms〜数100ms程度に設定さ
れる。Here, a method of detecting the currents I OUT and ΔI OUT will be described. The current I OUT is detected from the voltage across the low resistance inserted in the line between the servo amplifier 30 and the motor 28, for example. On the other hand, changes the current [Delta] I OUT is sampled by a microcomputer (not shown) the current I OUT, the difference between the value of current I OUT value and before one sampling time of the current I OUT of the sampling time It is obtained by operating a computer. The sampling cycle is set to, for example, about several 10 ms to several 100 ms.
このようにして電流IOUT，ΔIOUTが得られれば、これら
の電流の値と前記した各作動軸についてのゲインテーブ
ルとから、該各作動軸の作動状態および負荷状態に応じ
た最適ゲイン常数が選定され、これによってロボットを
作動状態および負荷状態に応じて最適制御することがで
きる。If the currents I OUT and ΔI OUT are obtained in this way, the optimum gain constants corresponding to the operating state and the load state of each operating axis are determined from the values of these currents and the gain table for each operating axis described above. It is selected so that the robot can be optimally controlled depending on operating conditions and load conditions.
第１図におけるゲイン設定という処理３１は、A/Dコン
バータ３２を介して入力されるモータ電流IOUTと上記各
作動軸についてのゲインテーブルとに基づいて上記最適
ゲイン常数を選定する処理を示している。なお、上記各
作動軸についてのゲインテーブルは、上記メモリ１また
は別のメモリに予めストアされる。The process 31 called gain setting in FIG. 1 shows a process for selecting the optimum gain constant based on the motor current I OUT input through the A / D converter 32 and the gain table for each of the operating axes. There is. The gain table for each operation axis is stored in the memory 1 or another memory in advance.
本発明によれば、制御対象の作動状態および負荷状態に
適合した各特性補償のゲインを設定することができるの
で、負荷変動の激しい多関節ロボット等の制御対象を円
滑かつ安定に制御することができる。According to the present invention, it is possible to set the gain of each characteristic compensation that is suitable for the operating state and the load state of the controlled object, so that it is possible to smoothly and stably control the controlled object such as an articulated robot having a large load fluctuation. it can.
第１図は本発明に係るサーボ制御方法の一実施例を示し
たブロック線図、第２図は多関節ロボットの一例を示し
た概念図、第３図は不感帯補償を説明するためのグラ
フ、第４図はモータの電流値と該電流値の変化量に基づ
いて判断される作動軸の作動状態および負荷状態の種別
を例示した図、第５図は第４図に基づいて作成されるゲ
インテーブルを例示した図である。 １……メモリ、２……位置検出器、２８……サーボモー
タ、３０……サーボアンプ、４１……旋回軸、４２……
第１アーム軸、４３……第２アーム軸、４４……手首
軸。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a servo control method according to the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an articulated robot, and FIG. 3 is a graph for explaining dead zone compensation. FIG. 4 is a diagram exemplifying the types of the operating state and load state of the operating shaft determined based on the current value of the motor and the amount of change in the current value, and FIG. 5 is the gain created based on FIG. It is the figure which illustrated the table. 1 ... Memory, 2 ... Position detector, 28 ... Servo motor, 30 ... Servo amplifier, 41 ... Swivel axis, 42 ...
First arm shaft, 43 ... Second arm shaft, 44 ... Wrist shaft.
Claims (2)
れたサーボ制御系に適用され、 サーボモータに流れる電流と該電流の単位時間当たりの
変化量とによって規定される上記各特性補償の適正ゲイ
ンを予め記憶手段に記憶させる工程と、 上記サーボモータの電流を上記単位時間の周期でサンプ
リングする工程と、 上記サンプリングされた電流に基づいて該電流の変化量
を演算する工程と、 上記サンプリングされた電流と上記電流の変化量とに基
づいて、それらに対応する上記各適正ゲインを上記記憶
手段から読み出す工程と、 上記記憶手段から読み出した各適正ゲインをそれぞれ対
応する各特性補償のゲインとして設定する工程と を含むことを特徴とするサーボ制御方法。1. A servo control system configured to perform a plurality of characteristic compensations in parallel, wherein each of the characteristic compensations is defined by a current flowing through a servomotor and a variation amount of the current per unit time. A step of storing an appropriate gain in a storage means in advance; a step of sampling the current of the servo motor at the cycle of the unit time; a step of calculating a change amount of the current based on the sampled current; Based on the calculated current and the amount of change in the current, a step of reading the appropriate gains corresponding to them from the storage means, and the appropriate gains read from the storage means as the gains of the respective characteristic compensations. And a step of setting the servo control method.
００msに設定される特許請求の範囲第（１）項記載のサ
ーボ制御方法。2. The sampling cycle is 10 ms to 1
The servo control method according to claim 1, wherein the servo control method is set to 00 ms.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114190A JPH0623932B2 (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Servo control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59114190A JPH0623932B2 (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Servo control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60256815A JPS60256815A (en) | 1985-12-18 |
| JPH0623932B2 true JPH0623932B2 (en) | 1994-03-30 |
Family
ID=14631450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59114190A Expired - Lifetime JPH0623932B2 (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Servo control method |
Country Status (1)
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-
1984
- 1984-06-04 JP JP59114190A patent/JPH0623932B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS60256815A (en) | 1985-12-18 |
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