CN112840276A - 振动抑制装置、振动抑制方法以及程序 - Google Patents

振动抑制装置、振动抑制方法以及程序 Download PDF

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Abstract

一种振动抑制装置，其对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括动作部、使动作部工作的致动部、以及将动作部和致动部连结的弹性体，其中，振动抑制装置的特征在于，具备：生成机构，其生成驱动致动部的驱动信号；推定机构，其对与机械系统相关的计测量进行推定；补正机构，其基于由推定机构推定出的计测量，对由生成机构生成的驱动信号进行补正；以及变更机构，其在机械系统的模型化误差增大的期间对在推定机构中使用的增益进行变更，以使得模型化误差的增大的影响变小。

Description

振动抑制装置、振动抑制方法以及程序
技术领域
本发明涉及对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制的振动抑制装置、振动抑制方法以及程序，该机械系统包括动作部、使动作部工作的致动部、以及将动作部与致动部连结的弹性体。
背景技术
已知有如下开环振动抑制方法：使与从安装于包含弹性体的驱动系统中的马达的干扰观测器得到的干扰转矩对应的电流通过带通滤波器，从而得到由弹性体产生的振动转矩(电流值)，并将该电流值以增益KC(转矩)放大，且将其从马达的电流指令(转矩指令)减去(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-337058号公报
发明内容
发明要解决的课题
在此，在采用对由干扰观测器得到的干扰转矩进行滤波处理而取出振动转矩，并通过开环控制来对转矩指令进行补正的结构的情况下，若机械系统的模型化误差的影响大，则有可能由滤波处理取出错误的振动转矩成分而进行错误的振动抑制。
本发明的目的在于降低因机械系统的模型化误差而进行错误的振动抑制的可能性。
用于解决课题的方案
基于上述目的，本发明提供一种振动抑制装置，其对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括动作部、使动作部工作的致动部、以及将动作部和致动部连结的弹性体，其中，振动抑制装置具备：生成机构，其生成驱动致动部的驱动信号；推定机构，其对与机械系统相关的计测量进行推定；补正机构，其基于由推定机构推定出的计测量，对由生成机构生成的驱动信号进行补正；以及变更机构，其在机械系统的模型化误差增大的期间对在推定机构中使用的增益进行变更，以使得模型化误差的增大的影响变小。
在此，模型化误差增大的期间可以是致动部的角速度的方向反转的前后期间。
另外，可以是，推定机构使用机械系统的状态方程式中的状态量的微分值对计测量进行推定。
而且，可以是，补正机构通过对驱动信号进行基于计测量的正反馈，由此对驱动信号进行补正。
另外，计测量可以是致动部的振动转矩的推定值或者致动部的振动转矩的微分值的推定值。在该情况下，可以是，推定机构通过对推定出的干扰进行滤波处理，从而根据干扰来算出振动转矩的推定值或者振动转矩的微分值的推定值。并且，可以是，变更机构可以将滤波处理中的收敛增益作为增益来使用。
而且，计测量也可以是致动部的振动转矩的推定值或者致动部的振动转矩的推定值的微分值。在该情况下，可以是，推定机构通过对推定出的干扰进行遗忘因子以及加权的最小二乘推定，由此根据干扰算出振动转矩的推定值。并且，可以是，变更机构将遗忘因子以及加权的最小二乘推定中的权重作为增益来使用。
另外，计测量也可以是动作部的角速度的推定值。在该情况下，可以是，变更机构将在算出角速度的推定值时所使用的收敛增益作为增益来使用。
或者，计测量也可以是弹性体的弹性变形角速度的推定值。
另外，本发明也提供一种振动抑制方法，其对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括动作部、使动作部工作的致动部、以及将动作部和致动部连结的弹性体，其中，振动抑制方法包括如下步骤：在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小，且在该期间以外不对增益进行变更，由此对与机械系统相关的计测量进行推定的步骤；以及基于推定出的计测量，对驱动致动部的驱动信号进行补正的步骤。
而且，本发明也提供一种使计算机作为振动抑制装置发挥功能的程序，该振动抑制装置对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括动作部、使动作部工作的致动部、以及将动作部和致动部连结的弹性体，其中，程序用于使计算机作为生成机构、推定机构、补正机构、以及变更机构发挥功能，生成机构生成驱动致动部的驱动信号，推定机构对与机械系统相关的计测量进行推定，补正机构基于由推定机构推定出的计测量，对由生成机构生成的驱动信号进行补正，变更机构在机械系统的模型化误差增大的期间对在推定机构中使用的增益进行变更，以使得模型化误差的增大的影响变小。
发明效果
根据本发明，能够降低因机械系统的模型化误差而进行错误的振动抑制的可能性。
附图说明
图1是示出应用本实施方式的机械系统10的结构的图。
图2是示出微小运动时的振动行为中的、没有进行振动抑制的情况下的振动行为的模拟结果的图表。
图3是示出微小运动时的振动行为中的、利用现有技术进行了振动抑制的情况下的振动行为的模拟结果的图表。
图4是示出第一实施方式的机械控制系统的结构例的框图。
图5的(a)是示出现有技术的周期干扰观测器中的干扰推定结果的图表，图5的(b)是示出第一实施方式的周期干扰观测器中的干扰推定结果的图表。
图6是示出将反馈增益Gd设为1并将振动转矩推定值dω^进行正反馈而得到的结果的图表。
图7是示出将反馈增益Gd设为3并将振动转矩推定值dω^进行正反馈而得到的结果的图表。
图8是示出将反馈增益Gd设为10并将振动转矩推定值dω^进行正反馈而得到的结果的图表。
图9是示出第一实施方式的控制器的收敛增益变更部、周期干扰观测器等的动作例的流程图。
图10是示出第二实施方式的机械控制系统的结构例的框图。
图11是示出第二实施方式的控制器的权重变更部、最小二乘推定部等的动作例的流程图。
图12是示出第三实施方式的机械控制系统的构成有周期干扰速度观测器的情况的结构例的框图。
图13是示出第三实施方式的控制器的收敛增益变更部、周期干扰速度观测器等的动作例的流程图。
图14是示出第四实施方式的机械控制系统的结构例的框图。
图15是示出第四实施方式的控制器的权重变更部、最小二乘推定部等的动作例的流程图。
图16是示出第五实施方式的机械控制系统的结构例的框图。
图17是示出用于根据马达角速度和转矩来计算臂角速度推定值的流程的框图。
图18是示出未对收敛增益与目标角速度相应地进行变更的情况下的臂角速度的实际值与臂角速度推定值的差异的图表。
图19是示出使用未对收敛增益与目标角速度相应地进行变更的情况下的臂角速度推定值进行了反馈而得到的结果的图表。
图20是示出对收敛增益与目标角速度相应地进行了变更的情况下的臂角速度的实际值与臂角速度推定值的差异的图表。
图21是示出使用对收敛增益与目标角速度相应地进行了变更的情况下的臂角速度推定值进行了反馈而得到的结果的图表。
图22是示出第五实施方式的控制器的收敛增益变更部、臂角速度推定观测器等的动作例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[本实施方式的背景]
图1是示出应用本实施方式的机械系统10的结构的图。如图所示，机械系统10是通过将臂1与马达2用减速机等的弹性体3结合而构成的、具有固有振动模式的机械系统。另外，将臂1的旋转角设为θA，将马达2的旋转角设为θM，将对马达2的指令转矩设为τ。由马达2返回旋转角θM。在此，臂1是动作部的一例，马达2是致动部的一例，对马达2的指令转矩τ是对致动部进行驱动的驱动信号的一例。另外，以下，将指令转矩τ及旋转角θM称为致动信息。此时，该机械系统1的运动方程式由下式给出。
[数1]
Figure BDA0003001759960000051
Figure BDA0003001759960000052
在该式中，臂1的固有振动频率为√(K/JA)。另外，JA是臂1的惯性(以下，称为“臂惯性”)，JM是马达2的惯性(以下，称为“马达惯性”)，K是弹性体3的刚性，fA是臂1的摩擦力(以下，称为“臂摩擦力”)，fM是马达2的摩擦力(以下，称为“马达摩擦力”)，f是作用于臂1的励振力，ε是弹性变形(＝θA-θM)。需要说明的是，在说明书的数学式及附图中，在文字的正上方标注的“·”表示时间的一阶微分，文字的正上方标注的“··”表示时间的二阶微分。另一方面，在说明书的文本中，用“d/dt”表示时间的一阶微分，用“d2/dt2”表示时间的二阶微分。
在此，作为现有技术，可考虑构成干扰观测器，对干扰观测器的输出进行滤波处理而取出振动转矩成分，并通过开环控制来对驱动信号进行补正的技术。
在良好地被控制的机器人等中，通常驱动信号中的振动转矩成分微小，而容易受到模型化误差的影响。特别是在机器人等进行微小动作的情况下，摩擦力的影响成为支配性的因素，在折回动作时摩擦力激变。此时，产生的模型化误差激增，所包含的频率成分也包含复杂的高频成分。
若在这样的状况下应用现有技术，则干扰观测器的输出较大地受到由折回时的摩擦力引起的模型化误差的影响，即使要进行滤波处理来取出振动转矩成分，也会取出错误的成分。特别是在相位偏差90°以上时，振动抑制效果消失，反而存在对振动进行励振的可能性。由于上述模型化误差的影响，即使对于用现有技术推定出的振动转矩成分，相对于真实值也产生90°以上的相位偏差，结果反而进行了励振。即，在折回时，成为模型化误差成分比振动转矩成分大非常多的状况，而在现有技术中导致基于错误的推定结果进行控制。
图2及图3是示出微小运动时的振动行为的模拟结果的图表。其中，图2示出没有进行振动抑制的情况下的振动行为，图3示出通过现有技术进行了振动抑制的情况下的振动行为。由这些图可知，通过现有技术完全没有抑制振动。
需要说明的是，图3是励振力f不起作用的情况下的模拟结果，但在励振力f起作用的情况下，由于模型化误差的影响而造成相位偏差，在现有技术中反而存在使振动冗余的可能性。
因此，在本实施方式中，在模型化误差(特别是包含高频成分)大的部位处，通过减小推定部的增益来减小模型化误差的影响。具体而言，在摩擦力的模型化误差的变化剧烈的、马达角速度的方向反转的前后期间，减小观测器的收敛增益、或者减小最小二乘推定中的权重，从而减小模型化误差的影响。
[第一实施方式]
图4是示出第一实施方式的机械控制系统100的结构例的框图。如图所示，该机械控制系统100包括机械系统10、以及对机械系统10进行控制的控制器20。在控制器20中，例如CPU(未图示)从ROM等存储单元(未图示)读入程序并执行，由此实现各功能。在本实施方式中，作为振动抑制装置的一例，设置有控制器20。
首先，对机械系统10的功能结构进行说明。
如图所示，机械系统10包括运算器11至15。
运算器11取得从励振力f中减去由运算器12输出的臂摩擦力fA(dθA/dt)，并减去由运算器15输出的Kε而得到的结果。然后，通过对将该结果除以臂惯性JA而得到的结果进行积分来运算臂角速度dθA/dt，并输出该运算得到的臂角速度dθA/dt。
运算器12取得由运算器11输出的臂角速度dθA/dt。然后，基于该臂角速度dθA/dt来运算臂摩擦力fA(dθA/dt)，并输出该运算得到的臂摩擦力fA(dθA/dt)。
运算器13取得从由控制器20输出的指令转矩τ中减去由运算器14输出的马达摩擦力fM(dθM/dt)，并加上由运算器15输出的Kε而得到的结果。然后，通过对将该结果除以马达惯性JM而得到的结果进行积分来运算马达角速度dθM/dt，并输出该运算得到的马达角速度dθM/dt。
运算器14取得由运算器13输出的马达角速度dθM/dt。然后，基于该马达角速度dθM/dt来运算马达摩擦力fM(dθM/dt)，并输出该运算得到的马达摩擦力fM(dθM/dt)。
运算器15取得弹性变形速度dε/dt，该弹性变形速度dε/dt通过从由运算器11输出的臂角速度dθA/dt中减去由运算器13输出的马达角速度dθM/dt而得到。然后，通过对将该弹性变形速度dε/dt乘以刚性K而得到的结果进行积分来运算Kε，并输出该运算得到的Kε。
接下来，对控制器20的功能结构进行说明。
如图所示，控制器20包括PID控制部21、惯性补偿部22、以及摩擦补偿部23。
PID控制部21取得从对控制器20指示的、马达2的目标的角速度(以下，称为“目标角速度”)dθD/dt中减去由机械系统10反馈的马达角速度dθM/dt而得到的结果。然后，通过对该结果进行PID控制，从而输出反馈转矩。
惯性补偿部22取得对控制器20指示的目标角速度dθD/dt。然后，通过对该目标角速度dθD/dt应用臂惯性模型及马达惯性模型来运算惯性补偿“(JA^+JM^)d2θD/dt2”，从而输出基于惯性模型的前馈转矩。
摩擦补偿部23取得对控制器20指示的目标角速度dθD/dt。然后，通过对该目标角速度dθD/dt应用臂摩擦模型及马达摩擦模型来运算摩擦补偿“fA^(dθD/dt)+fM^(dθD/dt)”，从而输出基于摩擦模型的前馈转矩。
需要说明的是，在说明书的数学式及附图中，虽然将帽子符号标注于文字的正上方，但在说明书的文本中，将帽子符号标注于文字的后方。在本实施方式中，作为生成驱动信号的生成机构的一例，设置有PID控制部21、惯性补偿部22、摩擦补偿部23。
另外，控制器20包括振动转矩推定部30。振动转矩推定部30取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt，并输出由弹性体3产生且作用于马达2的振动转矩的推定值即振动转矩推定值dω^。具体而言，振动转矩推定部30包括运算部31和周期干扰观测器32。
运算部31取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt。并且，通过对将该马达角速度dθM/dt乘以臂惯性JA和马达惯性JM这两者的和而得到的结果进行微分，从而输出惯性力。
周期干扰观测器32取得干扰转矩d，该干扰转矩d通过从由运算部31输出的惯性力和由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的转矩这两者的和中减去对马达2的指令转矩τ而得到。然后，通过对干扰转矩d进行仅取出由下式表示的固有振动频率ω的振动成分的滤波处理，来运算振动转矩推定值dω^，并输出该运算得到的振动转矩推定值dω^。
[数2]
Figure BDA0003001759960000081
在本实施方式中，作为与机械系统相关的计测量的一例，使用振动转矩推定值dω^，作为对计测量进行推定的推定机构的一例，设置有振动转矩推定部30。
而且，控制器20包括运算部33。运算部33取得由振动转矩推定部30输出的振动转矩推定值dω^。然后，通过对该振动转矩推定值dω^乘以反馈增益Gd来运算振动抑制转矩，并输出该运算得到的振动抑制转矩。
由此，对由PID控制部21输出的反馈转矩加上由惯性补偿部22输出的基于惯性模型的前馈转矩，并对其结果加上由运算部33输出的振动抑制转矩。在该意义上，运算部33是基于计测量对驱动信号进行补正的补正机构的一例。并且，对其结果加上由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的前馈转矩，其结果成为对马达2的指令转矩τ。
然而，在第一实施方式中，控制器20除了这些结构之外还包括收敛增益变更部34。收敛增益变更部34通过与对控制器20指示的目标角速度dθD/dt相应地修正与在周期干扰观测器32中使用的滤波器的收敛增益相当的ζ，由此免受包含高频成分的模型化误差增大的折回时的影响。具体而言，当目标角速度dθD/dt小时减小收敛增益ζ即可。以下，在目标角速度dθD/dt的绝对值为0.01rad/s以下的情况下，将收敛增益ζ设为0，而排除了模型化误差的影响。在本实施方式中，作为机械系统的模型化误差增大的期间的一例，使用目标角速度dθD/dt变小的期间，作为在推定机构中使用的增益的一例，使用收敛增益ζ，作为在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小的变更机构的一例，设置有收敛增益变更部34。
图5的(a)是示出现有技术的周期干扰观测器32中的干扰推定结果的图表，图5的(b)是示出第一实施方式的周期干扰观测器32中的干扰推定结果的图表。从图5的(a)、图5的(b)可知，在现有技术中，由于模型化误差的影响而完全不能推定励振力，而相对于此，在第一实施方式中，能够正确地推定励振力。
另外，图6是示出将反馈增益Gd设为1并将振动转矩推定值dω^进行正反馈，以弱于干扰的方式进行了谐振比控制而得到的结果的图表。从图6可知，与没有图2所示的振动抑制的情况相比，振动被抑制为1/2。
而且，图7及图8是示出增大反馈增益而将振动转矩推定值dω^进行正反馈，并进行了谐振比控制而得到的结果的图表。从图7可知，在将反馈增益Gd设为3的情况下，振动能够降低到约1/4，从图8可知，在将反馈增益Gd设为10的情况下，振动能够降低到约1/11。
图9是示出第一实施方式的控制器20的收敛增益变更部34、周期干扰观测器32、运算部33等的动作例的流程图。
如图所示，在控制器20中，收敛增益变更部34判定对控制器20指示的目标角速度dθD/dt的绝对值是否为阈值(例如，0.01rad/s)以下(步骤101)。若判定为目标角速度dθD/dt的绝对值为阈值以下，则收敛增益变更部34变更周期干扰观测器32中的收敛增益ζ(步骤102)。
接下来，周期干扰观测器32通过对干扰转矩d进行仅取出固有振动频率ω的振动成分的滤波处理，由此算出振动转矩推定值dω^(步骤103)。即，若在步骤102中收敛增益ζ被变更，则使用变更后的收敛增益ζ来算出振动转矩推定值dω^。另一方面，若收敛增益ζ未被变更，则使用既定值的收敛增益ζ来算出振动转矩推定值dω^。
接下来，运算部33基于在步骤103中算出的振动转矩推定值dω^，算出振动抑制转矩(步骤104)。
由此，控制器20将基于在步骤104中算出的振动抑制转矩而被补正了的指令转矩τ向马达2输出(步骤105)。
[第二实施方式]
在第一实施方式中，在振动转矩推定值dω^的推定中使用了周期干扰观测器32，但第二实施方式中，使用进行遗忘因子以及加权的最小二乘推定的推定部(以下，称为“最小二乘推定部”)来得到同样的结果。
图10是示出第二实施方式的机械控制系统200的结构例的框图。如图所示，该机械控制系统200包括机械系统10和对机械系统10进行控制的控制器20。在控制器20中，例如通过CPU(未图示)从ROM等存储单元(未图示)读入程序并执行来实现各功能。在本实施方式中，作为振动抑制装置的一例，设置有控制器20。
对于机械系统10的功能结构，由于与在第一实施方式中说明的功能结构相同，因此省略说明。
接下来，对控制器20的功能结构进行说明。
如图所示，控制器20包括PID控制部21、惯性补偿部22、以及摩擦补偿部23。对于这些结构也是，由于它们与在第一实施方式中说明的结构相同，因此省略说明。
另外，控制器20包括振动转矩推定部40。振动转矩推定部40与第一实施方式的振动转矩推定部30同样，取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt，并输出由弹性体3产生且作用于马达2的振动转矩的推定值即振动转矩推定值dω^。具体而言，振动转矩推定部40包括运算部41和最小二乘推定部42。
运算部41取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt。并且，通过对将该马达角速度dθM/dt乘以臂惯性JA和马达惯性JM这两者的和而得到的结果进行微分，从而输出惯性力。
最小二乘推定部42取得干扰转矩d，该干扰转矩d通过从由运算部41输出的惯性力和由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的转矩这两者的和中，减去对马达2的指令转矩τ而得到。然后，通过对干扰转矩d进行由下式表示的遗忘因子以及加权的最小二乘推定，来运算振动转矩推定值dω^，并输出该运算得到的振动转矩推定值dω^。
[数3]
Figure BDA0003001759960000111
Figure BDA0003001759960000112
Figure BDA0003001759960000113
在此，g(t)是在时刻t的权重，ρ是遗忘系数，d(t)是在时刻t的初始干扰值。
在本实施方式中，作为与机械系统相关的计测量的一例，使用了振动转矩推定值dω^，作为对计测量进行推定的推定机构的一例，设置有振动转矩推定部40。
而且，控制器20包括运算部43。运算部43取得由振动转矩推定部40输出的振动转矩推定值dω^。并且，通过对该振动转矩推定值dω^乘以反馈增益Gd来运算振动抑制转矩，并输出该运算得到的振动抑制转矩。
由此，对由PID控制部21输出的反馈转矩加上由惯性补偿部22输出的基于惯性模型的前馈转矩，并对其结果加上由运算部43输出的振动抑制转矩。在该意义上，运算部43是基于计测量来对驱动信号进行补正的补正机构的一例。并且，对其结果加上由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的前馈转矩，其结果成为对马达2的指令转矩τ。
然而，在第二实施方式中，控制器20除了这些结构之外还包括权重变更部44。权重变更部44与对控制器20指示的目标角速度dθD/dt相应地变更在最小二乘推定部42中使用的式的权重g(t)，由此得到与第一实施方式同样的结果。具体而言，当目标角速度dθD/dt小时，减小权重g(t)即可。在第二实施方式中也可以得到与图5至图8同样的图表，但在这些图表中，在目标角速度dθD/dt的绝对值为0.01rad/s以下的情况下，将权重g(t)设为0，而排除了模型化误差的影响。在本实施方式中，作为机械系统的模型化误差增大的期间的一例，使用了目标角速度dθD/dt变小的期间，作为在推定机构中使用的增益的一例，使用了权重g(t)，作为在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小的变更机构的一例，设置有权重变更部44。
图11是示出第二实施方式的控制器20的权重变更部44、最小二乘推定部42、运算部43等的动作例的流程图。
如图所示，在控制器20中，权重变更部44判定对控制器20指示的目标角速度dθD/dt的绝对值是否为阈值(例如，0.01rad/s)以下(步骤201)。若判定为目标角速度dθD/dt的绝对值为阈值以下，则权重变更部44变更最小二乘推定部42中的权重g(t)(步骤202)。
接下来，最小二乘推定部42对干扰转矩d进行遗忘因子以及加权的最小二乘推定，由此算出振动转矩推定值dω^(步骤203)。即，若在步骤202中权重g(t)被变更，则使用变更后的权重g(t)来算出振动转矩推定值dω^。另一方面，若权重g(t)未被变更，则使用既定值的权重g(t)来算出振动转矩推定值dω^。
接下来，运算部43基于在步骤203中算出的振动转矩推定值dω^而算出振动抑制转矩(步骤204)。
由此，控制器20将基于在步骤204中算出的振动抑制转矩而被补正了的指令转矩τ向马达2输出(步骤205)。
[第三实施方式]
在第一及第二实施方式中，利用以弱于推定出的振动转矩的方式进行控制的谐振比控制而抑制了振动，但在第三实施方式中，通过对振动转矩的微分值进行负反馈而得到同样的振动抑制效果。在该情况下，既可以对周期干扰观测器的输出即振动转矩推定值进行微分并反馈，也可以构成输出振动转矩的微分值的推定值(以下，称为“振动转矩微分值推定值”)的周期干扰速度观测器，并将振动转矩微分值推定值进行反馈。
图12是示出第三实施方式的机械控制系统300的构成有周期干扰速度观测器的情况的结构例的框图。如图所示，该机械控制系统300包括机械系统10和对机械系统10进行控制的控制器20。在控制器20中，例如CPU(未图示)从ROM等存储单元(未图示)读入程序并执行，由此实现各功能。在本实施方式中，作为振动抑制装置的一例，设置有控制器20。
对于机械系统10的功能结构，由于与在第一及第二实施方式中说明的功能结构相同，因此省略说明。
接下来，对控制器20的功能结构进行说明。
如图所示，控制器20包括PID控制部21、惯性补偿部22、以及摩擦补偿部23。对于这些结构也是，由于它们与在第一及第二实施方式中说明的结构相同，因此省略说明。
另外，控制器20包括振动转矩微分值推定部50。振动转矩微分值推定部50取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt，并输出由弹性体3产生且作用于马达2的振动转矩的微分值的推定值即振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^。具体而言，振动转矩微分值推定部50包括运算部51和周期干扰速度观测器52。
运算部41取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt。然后，通过对将该马达角速度dθM/dt乘以臂惯性JA和马达惯性JM这两者的和而得到的结果进行微分，从而输出惯性力。
周期干扰速度观测器52取得干扰转矩d，该干扰转矩d通过从由运算部51输出的惯性力和由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的转矩这两者的和中减去对马达2的指令转矩τ而得到。然后，对干扰转矩d进行取出由下式表示的固有振动频率ω的振动速度成分的滤波处理，由此运算振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^，并输出该运算得到的振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^。
[数4]
Figure BDA0003001759960000131
在本实施方式中，作为与机械系统相关的计测量的一例，使用了振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^，作为对计测量进行推定的推定机构的一例，设置有振动转矩微分值推定部50。
而且，控制器20包括运算部53。运算部53取得由振动转矩微分值推定部50输出的振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^。然后，将该振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^乘以反馈增益Gdv，由此运算振动抑制转矩，并输出该运算得到的振动抑制转矩。
由此，对由PID控制部21输出的反馈转矩加上由惯性补偿部22输出的基于惯性模型的前馈转矩，并从其结果中减去由运算部53输出的振动抑制转矩。在该意义上，运算部53是基于计测量来对驱动信号进行补正的补正机构的一例。并且，对其结果加上由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的前馈转矩，其结果成为对马达2的指令转矩τ。
然而，在第三实施方式中，控制器20除了这些结构之外还包括收敛增益变更部54。收敛增益变更部54通过与对控制器20指示的目标角速度dθD/dt相应地修正与在周期干扰速度观测器52中使用的滤波器的收敛增益相当的ζ，由此免受包含高频成分的模型化误差增大的折回时的影响。具体而言，当目标角速度dθD/dt小时减小收敛增益ζ即可。在第三实施方式中也可以得到与图6至图8同样的图表，但在这些图表中，在目标角速度dθD/dt的绝对值为0.01rad/s以下的情况下，将收敛增益ζ设为0，而排除了模型化误差的影响。在本实施方式中，作为机械系统的模型化误差增大的期间的一例，使用了目标角速度dθD/dt变小的期间，作为在推定机构中使用的增益的一例，使用了收敛增益ζ，作为在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小的变更机构的一例，设置有收敛增益变更部54。
图13是示出第三实施方式的控制器20的收敛增益变更部54、周期干扰速度观测器52、运算部53等的动作例的流程图。
如图所示，在控制器20中，收敛增益变更部54判定对控制器20指示的目标角速度dθD/dt的绝对值是否为阈值(例如，0.01rad/s)以下(步骤301)。若判定为目标角速度dθD/dt的绝对值为阈值以下，则收敛增益变更部54变更周期干扰速度观测器52中的收敛增益ζ(步骤302)。
接下来，周期干扰速度观测器52对干扰转矩d进行仅取出固有振动频率ω的振动速度成分的滤波处理，由此算出振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^(步骤303)。即，若在步骤302中收敛增益ζ被变更，则使用变更后的收敛增益ζ来算出振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^。另一方面，若收敛增益ζ未被变更，则使用既定值的收敛增益ζ来算出振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^。
接下来，运算部53基于在步骤303中算出的振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^而算出振动抑制转矩(步骤304)。
由此，控制器20将基于在步骤304中算出的振动抑制转矩而被补正了的指令转矩τ向马达2输出(步骤305)。
[第四实施方式]
第四实施方式是在如第二实施方式那样使用了最小二乘推定的情况下，将振动转矩推定值的微分值(以下，称为“振动转矩推定值微分值”)进行负反馈而得到同样的振动抑制效果的实施方式。
图14是示出第四实施方式的机械控制系统400的结构例的框图。如图所示，该机械控制系统400包括机械系统10和对机械系统10进行控制的控制器20。在控制器20中，例如CPU(未图示)从ROM等存储单元(未图示)读入程序并执行，由此实现各功能。在本实施方式中，作为振动抑制装置的一例，设置有控制器20。
对于机械系统10的功能结构，由于与在第一至第三实施方式中说明的功能结构相同，因此省略说明。
接下来，对控制器20的功能结构进行说明。
如图所示，控制器20包括PID控制部21、惯性补偿部22、以及摩擦补偿部23。对于这些结构也是，由于它们与在第一至第三实施方式中说明的结构相同，因此省略说明。
另外，控制器20包括振动转矩推定部60。振动转矩推定部60与第二实施方式的振动转矩推定部40同样，取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt，并输出由弹性体3产生且作用于马达2的振动转矩的推定值即振动转矩推定值dω^。具体而言，振动转矩推定部60包括运算部61和最小二乘推定部62。
运算部61取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt。并且，通过对将该马达角速度dθM/dt乘以臂惯性JA和马达惯性JM这两者的和而得到的结果进行微分，从而输出惯性力。
最小二乘推定部62取得干扰转矩d，该干扰转矩d通过从由运算部61输出的惯性力和由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的转矩这两者的和中，减去对马达2的指令转矩τ而得到。然后，通过对干扰转矩d进行由下式表示的遗忘因子以及加权的最小二乘推定来运算振动转矩推定值dω^，并输出该运算得到的振动转矩推定值dω^。
[数5]
Figure BDA0003001759960000161
Figure BDA0003001759960000162
Figure BDA0003001759960000163
Figure BDA0003001759960000164
在此，g(t)是在时刻t的权重，ρ是遗忘系数，d(t)是在时刻t的初始干扰值。
而且，控制器20包括运算部63和运算部64。
运算部63取得由振动转矩推定部60输出的振动转矩推定值dω^。并且，通过对该振动转矩推定值dω^进行微分来运算振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt，并输出该运算得到的振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt。
在本实施方式中，作为与机械系统相关的计测量的一例，使用了振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt，作为对计测量进行推定的推定机构的一例，设置有振动转矩推定部30及运算部63。
运算部64取得由运算部63输出的振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt。然后，通过将该振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt乘以反馈增益Gdv来运算振动抑制转矩，并输出该运算得到的振动抑制转矩。
由此，对由PID控制部21输出的反馈转矩加上由惯性补偿部22输出的基于惯性模型的前馈转矩，并从其结果中减去由运算部64输出的振动抑制转矩。在该意义上，运算部64是基于计测量来对驱动信号进行补正的补正机构的一例。并且，对其结果加上由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的前馈转矩，其结果成为对马达2的指令转矩τ。
然而，在第四实施方式中，控制器20除了这些结构之外还包括权重变更部65。权重变更部65与对控制器20指示的目标角速度dθD/dt相应地变更在最小二乘推定部62中使用的式的权重g(t)，由此得到与第三实施方式同样的结果。具体而言，当目标角速度dθD/dt小时减小权重g(t)即可。在第四实施方式中也可以得到与图6至图8同样的图表，但在这些图表中，在目标角速度dθD/dt的绝对值为0.01rad/s以下的情况下，将权重g(t)设为0，而排除了模型化误差的影响。在本实施方式中，作为机械系统的模型化误差增大的期间的一例，使用了目标角速度dθD/dt变小的期间，作为在推定机构中使用的增益的一例，使用了权重g(t)，作为在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小的变更机构的一例，设置有权重变更部65。
图15是示出第四实施方式的控制器20的权重变更部65、最小二乘推定部62、运算部63、运算部64等的动作例的流程图。
如图所示，在控制器20中，权重变更部65判定对控制器20指示的目标角速度dθD/dt的绝对值是否为阈值(例如，0.01rad/s)以下(步骤401)。若判定为目标角速度dθD/dt的绝对值为阈值以下，则权重变更部65变更最小二乘推定部62中的权重g(t)(步骤402)。
接下来，最小二乘推定部62对于扰转矩d进行遗忘因子以及加权的最小二乘推定，由此算出振动转矩推定值dω^(步骤403)。即，若在步骤402中权重g(t)被变更，则使用变更后的权重g(t)来算出振动转矩推定值dω^。另一方面，若权重g(t)未被变更，则使用既定值的权重g(t)来算出振动转矩推定值dω^。
然后，运算部63对在步骤403中算出的振动转矩推定值dω^进行微分，由此算出振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt(步骤404)。
接下来，运算部64基于在步骤404中算出的振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt而算出振动抑制转矩(步骤405)。
由此，控制器20将基于在步骤405中算出的振动抑制转矩而被补正了的指令转矩τ向马达2输出(步骤406)。
[第五实施方式]
在第一至第四实施方式中，构成了对干扰进行推定的观测器，但在第五实施方式中，构成对臂角速度dθA/dt进行推定的观测器。
图16是示出第五实施方式的机械控制系统500的结构例的框图。如图所示，该机械控制系统500包括机械系统10和对机械系统10进行控制的控制器20。在控制器20中，例如CPU(未图示)从ROM等存储单元(未图示)读入程序并执行，由此实现各功能。在本实施方式中，作为振动抑制装置的一例，设置有控制器20。
对于机械系统10的功能结构，由于与在第一至第四实施方式中说明的功能结构相同，因此省略说明。
接下来，对控制器20的功能结构进行说明。
如图所示，控制器20包括PID控制部21、惯性补偿部22、以及摩擦补偿部23。对于这些结构也是，由于它们与在第一至第四实施方式中说明的结构相同，因此省略说明。
另外，控制器20包括臂角速度推定部70。臂角速度推定部70取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt，并输出臂角速度推定值(dθA/dt)^。具体而言，臂角速度推定部70包括臂角速度推定观测器71。
臂角速度推定观测器71取得由机械系统10输出的马达角速度dθM/dt、以及通过从对马达2的指令转矩τ中减去由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的转矩而得到的转矩τM。并且，通过对该马达角速度dθM/dt和转矩τM进行接下来所示的处理来运算臂角速度推定值(dθA/dt)^，并输出该运算得到的臂角速度推定值(dθA/dt)^。
图17是示出用于根据马达角速度dθM/dt和转矩τM来计算臂角速度推定值(dθA/dt)^的流程的框图。
如图所示，在臂角速度推定观测器71中，运算部711通过对马达角速度dθM/dt进行微分而运算马达角加速度d2θM/dt2。另外，运算部712通过对转矩τM乘以1/JM而运算τM/JM。而且，运算部713通过对如后述那样运算出的ε^乘以K/JM来运算Kε^/JM。这样一来，运算部714通过从马达角加速度d2θM/dt2中减去τM/JM，并对将其结果加上Kε^/JM而得到的结果乘以收敛增益L1，来运算L1×(d2θM/dt2-τM/JM+Kε^/JM)。
另一方面，运算部715通过从马达角加速度d2θM/dt2中减去τM/JM，并对将其结果加上Kε^/JM而得到的结果乘以收敛增益L2，来运算L2×(d2θM/dt2-τM/JM+Kε^/JM)。另外，运算部716通过对马达角速度dθM/dt加上L2×(d2θM/dt2-τM/JM+Kε^/JM)，并对从其结果中减去臂角速度推定值(dθA/dt)^而得到的结果进行积分来运算ε^。而且，运算部717通过对ε^乘以K/JA来运算Kε^/JA。
由此，运算部718通过对将L1×(d2θM/dt2-τM/JM+Kε^/JM)加上Kε^/JA而得到的结果进行积分来运算臂角速度推定值(dθA/dt)^。
这样，臂角速度推定观测器71通过最小维观测器的形式来实现。另外，通常不使用状态量dθM/dt的微分值d2θM/dt2，而用输出值τM、f进行置换，在该实施方式中，没有用输出值τM、f进行置换，而通过保留了状态量dθM/dt的微分值d2θM/dt2的形式来实现。需要说明的是，这是使用机械系统的状态方程式中的状态量的微分值来对计测量进行推定的一例。另外，这样的方法不仅能够应用于第五实施方式，而且也可以在第一至第四实施方式中应用。
在本实施方式中，作为与机械系统相关的计测量的一例，使用了臂角速度推定值(dθA/dt)^，作为对计测量进行推定的推定机构的一例，设置有臂角速度推定部70。
再次参照图16，控制器20包括运算部72。运算部72取得由臂角速度推定部70输出的臂角速度推定值(dθA/dt)^。然后，通过对该臂角速度推定值(dθA/dt)^乘以反馈增益Gv来运算振动抑制转矩，并输出该运算得到的振动抑制转矩。
由此，对由PID控制部21输出的反馈转矩加上由惯性补偿部22输出的基于惯性模型的前馈转矩，并从其结果中减去由运算部72输出的振动抑制转矩。在该意义上，运算部72是基于计测量来对驱动信号进行补正的补正机构的一例。并且，对其结果加上由摩擦补偿部23输出的基于摩擦模型的前馈转矩，其结果成为对马达2的指令转矩τ。
然而，在第五实施方式中，控制器20除了这些结构之外还包括收敛增益变更部73。收敛增益变更部73与对控制器20指示的目标角速度dθD/dt相应地，变更在臂角速度推定观测器71中使用的收敛增益L1、L2。具体而言，当目标角速度dθD/dt小时减小收敛增益L1、L2即可。以下，在目标角速度dθD/dt的绝对值为0.01rad/s以下的情况下，将收敛增益L1、L2设为0，而排除了模型化误差的影响。在本实施方式中，作为机械系统的模型化误差增大的期间的一例，使用了目标角速度dθD/dt变小的期间，作为在推定机构中使用的增益的一例，使用了收敛增益L1、L2，作为在机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得模型化误差的增大的影响变小的变更机构的一例，设置有收敛增益变更部73。
图18及图19是示出未对收敛增益L1、L2与目标角速度dθD/dt相应地进行变更的情况下的模拟结果的图表。其中，图18示出臂角速度的实际值与臂角速度推定值的差异。由该图可知臂角速度推定值由于模型化误差的影响而偏离臂角速度的实际值。另外，图19示出使用图18的臂角速度推定值进行了反馈而得到的结果。由该图可知通过将偏离了臂角速度的实际值的臂角速度推定值进行反馈，而使得马达角速度大幅偏离目标角速度。另外，由此推测出臂角速度也大幅偏离臂1的目标的角速度。
另一方面，图20及图21是示出对收敛增益L1、L2与目标角速度dθD/dt相应地进行了变更的情况下的模拟结果的图表。其中，图20示出臂角速度的实际值与臂角速度推定值的差异。由该图可知能够得到与臂角速度的实际值大致一致的臂角速度推定值。另外，图21示出使用图20的臂角速度推定值进行了反馈而得到的结果。由该图可知通过将与臂角速度的实际值大致一致的臂角速度推定值进行反馈，能够得到良好的振动抑制效果。
图22是示出第五实施方式的控制器20的收敛增益变更部73、臂角速度推定观测器71、运算部72等的动作例的流程图。
如图所示，在控制器20中，收敛增益变更部73判定对控制器20指示的目标角速度dθD/dt的绝对值是否为阈值(例如，0.01rad/s)以下(步骤501)。若判定为目标角速度dθD/dt的绝对值为阈值以下，则收敛增益变更部73变更臂角速度推定观测器71中的收敛增益L1、L2(步骤502)。
接下来，臂角速度推定观测器71通过进行图17所示的处理来算出臂角速度推定值(dθA/dt)^(步骤503)。即，若在步骤502中收敛增益L1、L2被变更，则使用变更后的收敛增益L1、L2来算出臂角速度推定值(dθA/dt)^。另一方面，若收敛增益L1、L2未被变更，则使用既定值的收敛增益L1、L2来算出臂角速度推定值(dθA/dt)^。
接下来，运算部72基于在步骤503中算出的臂角速度推定值(dθA/dt)^而算出振动抑制转矩(步骤504)。
由此，控制器20将基于在步骤504中算出的振动抑制转矩而被补正了的指令转矩τ向马达2输出(步骤505)。
[变形例]
在第一至第五的实施方式中，基于振动转矩推定值dω^、振动转矩微分值推定值(ddω/dt)^、振动转矩推定值微分值d(dω^)/dt、臂角速度推定值(dθA/dt)^来算出振动抑制转矩，但并不局限于此。例如，也可以基于弹性体3的弹性变形速度的推定值(dε/dt)^来算出振动抑制转矩。
附图标记说明：
10 机械系统；
11、12、13、14、15 运算器；
20 控制器；
21 PID控制部；
22 惯性补偿部；
23 摩擦补偿部；
30、40、60 振动转矩推定部；
31、33、41、43、51、53、61、63、64、72 运算部；
32 周期干扰观测器；
34、54、73 收敛增益变更部；
42、62 最小二乘推定部；
44、65 权重变更部；
50 振动转矩微分值推定部；
52 周期干扰速度观测器；
70 臂角速度推定部；
71 臂角速度推定观测器；
100、200、300 机械控制系统。

Claims (15)

1.一种振动抑制装置，其对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括所述动作部、使该动作部工作的致动部、以及将该动作部和该致动部连结的弹性体，其中，所述振动抑制装置的特征在于，
所述振动抑制装置具备：
生成机构，其生成驱动所述致动部的驱动信号；
推定机构，其对与所述机械系统相关的计测量进行推定；
补正机构，其基于由所述推定机构推定出的所述计测量，对由所述生成机构生成的所述驱动信号进行补正；以及
变更机构，其在所述机械系统的模型化误差增大的期间对在所述推定机构中使用的增益进行变更，以使得该模型化误差的增大的影响变小。
2.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述模型化误差增大的期间是所述致动部的角速度的方向反转的前后期间。
3.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述推定机构使用所述机械系统的状态方程式中的状态量的微分值对所述计测量进行推定。
4.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述补正机构通过对所述驱动信号进行基于所述计测量的正反馈，由此对该驱动信号进行补正。
5.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述计测量是所述致动部的振动转矩的推定值或者所述致动部的振动转矩的微分值的推定值。
6.根据权利要求5所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述推定机构通过对推定出的干扰进行滤波处理，从而根据该干扰来算出所述振动转矩的推定值或者所述振动转矩的微分值的推定值。
7.根据权利要求6所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述变更机构将所述滤波处理中的收敛增益作为所述增益来使用。
8.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述计测量是所述致动部的振动转矩的推定值或者所述致动部的振动转矩的推定值的微分值。
9.根据权利要求8所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述推定机构对推定出的干扰进行遗忘因子以及加权的最小二乘推定，由此根据该干扰算出所述振动转矩的推定值。
10.根据权利要求9所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述变更机构将所述遗忘因子以及加权的最小二乘推定中的权重作为所述增益来使用。
11.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述计测量是所述动作部的角速度的推定值。
12.根据权利要求11所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述变更机构将在算出所述角速度的推定值时所使用的收敛增益作为所述增益来使用。
13.根据权利要求1所述的振动抑制装置，其特征在于，
所述计测量是所述弹性体的弹性变形角速度的推定值。
14.一种振动抑制方法，其对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括所述动作部、使该动作部工作的致动部、以及将该动作部和该致动部连结的弹性体，其中，所述振动抑制方法的特征在于，
包括如下步骤：
在所述机械系统的模型化误差增大的期间对增益进行变更以使得该模型化误差的增大的影响变小，且在该期间以外不对该增益进行变更，由此对与该机械系统相关的计测量进行推定的步骤；以及
基于推定出的所述计测量，对驱动所述致动部的驱动信号进行补正的步骤。
15.一种使计算机作为振动抑制装置发挥功能的程序，所述振动抑制装置对具有固有振动模式的机械系统中的动作部的振动进行抑制，该机械系统包括所述动作部、使该动作部工作的致动部、以及将该动作部和该致动部连结的弹性体，其中，
所述程序用于使所述计算机作为生成机构、推定机构、补正机构、以及变更机构发挥功能，
所述生成机构生成驱动所述致动部的驱动信号，
所述推定机构对与所述机械系统相关的计测量进行推定，
所述补正机构基于由所述推定机构推定出的所述计测量，对由所述生成机构生成的所述驱动信号进行补正，
所述变更机构在所述机械系统的模型化误差增大的期间对在所述推定机构中使用的增益进行变更，以使得该模型化误差的增大的影响变小。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7068133B2 (ja) * 2018-10-19 2022-05-16 国立大学法人 東京大学 制御システム、制御方法、及び制御プログラム
KR102487640B1 (ko) * 2021-02-26 2023-01-11 재단법인 대구경북과학기술원 플랜트 제어 장치 및 그 제어 방법
CN114415509B (zh) * 2022-01-11 2023-04-28 西北工业大学 一种针对远程火箭弹的伺服弹性主动抑制方法
CN116512245A (zh) * 2023-03-13 2023-08-01 之江实验室 一种柔性关节机械臂残余振动抑制的轨迹优化方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121580A (ja) * 1995-10-26 1997-05-06 Meidensha Corp 低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置
CN1322311A (zh) * 1998-09-28 2001-11-14 株式会社安川电机 位置控制装置
JP2008228484A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Nagaoka Univ Of Technology モータ制御装置およびモータ制御方法
JP2012068199A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Meidensha Corp 軸トルク制御装置
JP2012226411A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Meidensha Corp 周期外乱抑制装置および周期外乱抑制方法
US20130057191A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Motor control apparatus
JP2013118817A (ja) * 2013-03-21 2013-06-13 Yaskawa Electric Corp 電動機制御装置
JP2014117787A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Daihen Corp 制御装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3337826B2 (ja) 1994-06-08 2002-10-28 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ オープンループ振動抑制方法
JPH08147038A (ja) * 1994-11-21 1996-06-07 Tsubakimoto Chain Co モータの駆動制御装置
JP2002258902A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 回転記録装置およびその制御方法
JP3796261B1 (ja) * 2005-12-02 2006-07-12 山洋電気株式会社 モータの負荷イナーシャ推定方法
JP4329792B2 (ja) * 2006-08-10 2009-09-09 トヨタ自動車株式会社 電動パワーステアリング装置
EP2692611B1 (en) * 2011-03-29 2017-08-02 JTEKT Corporation Electric power steering apparatus
CN103492962B (zh) * 2011-04-15 2016-11-02 株式会社明电舍 周期性扰动抑制设备和周期性扰动抑制方法
JP5646073B2 (ja) * 2011-10-13 2014-12-24 三菱電機株式会社 サーボ制御装置
JP2014034101A (ja) * 2012-08-10 2014-02-24 Toshiba Corp ロボット制御装置
CA2987032C (en) * 2015-05-26 2022-08-23 Nissan Motor Co., Ltd. Control device for electric vehicle and control method for electric vehicle
US10838408B2 (en) * 2015-08-07 2020-11-17 Keio University Vibration control device, vibration control method, vibration control system, program, and recording medium
US10379133B2 (en) * 2016-01-20 2019-08-13 Simmonds Precision Products, Inc. Speed estimation systems

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09121580A (ja) * 1995-10-26 1997-05-06 Meidensha Corp 低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置
CN1322311A (zh) * 1998-09-28 2001-11-14 株式会社安川电机 位置控制装置
JP2008228484A (ja) * 2007-03-14 2008-09-25 Nagaoka Univ Of Technology モータ制御装置およびモータ制御方法
JP2012068199A (ja) * 2010-09-27 2012-04-05 Meidensha Corp 軸トルク制御装置
JP2012226411A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Meidensha Corp 周期外乱抑制装置および周期外乱抑制方法
US20130057191A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Motor control apparatus
JP2014117787A (ja) * 2012-12-19 2014-06-30 Daihen Corp 制御装置
JP2013118817A (ja) * 2013-03-21 2013-06-13 Yaskawa Electric Corp 電動機制御装置

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