DE3887062T2 - Servosteuerung. - Google Patents

Servosteuerung.

Info

Publication number
DE3887062T2
DE3887062T2 DE3887062T DE3887062T DE3887062T2 DE 3887062 T2 DE3887062 T2 DE 3887062T2 DE 3887062 T DE3887062 T DE 3887062T DE 3887062 T DE3887062 T DE 3887062T DE 3887062 T2 DE3887062 T2 DE 3887062T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
control device
servo motor
speed
deviation
rotation angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3887062T
Other languages
English (en)
Other versions
DE3887062D1 (de
Inventor
Ryoichi Kurosawa
Shin Murakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE3887062D1 publication Critical patent/DE3887062D1/de
Publication of DE3887062T2 publication Critical patent/DE3887062T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • 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
    • 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
    • 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
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41434—Feedforward FFW

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Servomotor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 3.
  • Um ein Oberteil eines Industrieroboters, z. B. einen Arm davon, entlang eines vorbestimmten Weges mit einer gewünschten Geschwindigkeit durch einen Servomotor zu bewegen, war es üblich, den Servomotor auf der Grundlage von Zielwerten für eine Position oder einen Winkel, wohin der Arm gesetzt werden soll, und einer Bewegungsgeschwindigkeit des Arms zu steuern, die man durch eine Rechnung erhält. Bei einer herkömmlichen Steuervorrichtung zum Betreiben eines solchen Industrieroboters erhält man eine Positionsabweichung ΔP durch Integrieren der Differenz Δω = ω* - ωm zwischen einem Meßwert ωm der Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors zum Antreiben eines mechanischen Systems, das aus dem Arm usw. besteht, und einer Ziel-Umdrehungsgeschwindigkeit ω* desselben und einen Referenzwert ω*p der Umdrehungsgeschwindigkeit des Servomotors, bei dem die Positionsabweichung ΔP null wird, erhält man in einer Positionssteuervorrichtung durch Multiplizieren eines Signals, das die Positionsabweichung ΔP angibt, mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Ki. Dann wird ein Referenzwert für das Drehmoment des Servomotors T* durch eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung bestimmt, bei dem die Differenz zwischen dem Referenz-Geschwindigkeitswert ω*p und dem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm des Servomotors null wird. Der Ankerstrom i des Servomotors wird durch einen Energieumwandler (Leistungswandler) auf der Grundlage des Referenzdrehmoments T* geregelt, um das mechanische System des Roboters anzutreiben. Die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Steuerelemente werden so geregelt, daß die dynamischen Eigenschaften des mechanischen Systems optimal werden.
  • Im Fall eines Roboters mit mehreren Gelenkteilen ist das Trägheitsmoment des Arms um sein Wurzelteil aufgrund der Tragekonstruktion mit einseitiger Einspannung groß und die natürliche Vibrationsfrequenz wird kleiner, so daß die Vibration des mechanischen Systems, welches den Arm usw. enthält, erleichtert wird. Um eine solche Vibration zu begrenzen, war es üblich, den Verstärkungsfaktor Ki der Positionssteuervorrichtung kleiner zu machen, so daß dadurch die Regelungsantwort verkleinert wurde, oder die Zeitabhängigkeit der Änderung der Zieleingabe ω* geringer zu machen.
  • Bei der vorangehenden Lösung wird nicht nur die Operationsdauer des mechanischen Systems länger, sondern es wächst auch die Positionsabweichung während einer Operation, was dazu führt, daß die Genauigkeit der kontinuierlichen Interpolation für den Bewegungsweg verringert wird.
  • O. Rubin, "The Design of Automatic Control Systems", Artech House Inc. 1986, beschreibt ein Rückkopplungssteuersystem, das durch einen "Führungsvorhersager" (lead predictor) mit einem Mitkopplungsweg für die Pol-Nullstellen-Beseitigung stabilisiert werden kann. Das System gemäß dieser Referenz hat jedoch den Nachteil, daß es immer noch leicht in einen instabilen Zustand gebracht werden kann, wenn es eine Welle oder dergleichen in einem Rückkopplungssignal gibt. Dies liegt daran, daß die Mitkopplungskomponente direkt auf das Rückkopplungssignal wirkt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für einen Servomotor vorzusehen, durch welche die Vibration eines mechanischen Systems, das durch den Servomotor angetrieben werden soll, beschränkt ist, während die Verzögerung der Steuerantwort geringer ist, und welche unter stabilen Bedingungen arbeitet.
  • Das vorangehend genannte Ziel kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Vorsehen einer Steuervorrichtung für einen Servomotor mit den Merkmalen von Anspruch 1 beziehungsweise 3 erreicht werden.
  • Fig. 1 ist ein Blockschaltungsdiagramm, welches eine erste Ausführungsform einer Steuervorrichtung für einen Servomotor gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 2 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm für die Arbeitsweise eines Mitkopplungselements der Steuervorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
  • Fig. 3 ist eine Kurve, welche die Sprungantwort des Mitkoppplungselements der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung zeigt.
  • Fig. 4 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
  • Fig. 5 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
  • Fig. 6 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm für die Arbeitsweise eines Mitkopplungselementes der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung, und
  • Fig. 7 ist ein Blockschaltungsdiagramm einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung.
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Steuervorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Die Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt einen Addierer 1, eine Positionssteuervorrichtung 2, ein Mitkopplungselement 6, Addierer 8 und 9, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, ein Dämpfungselement 11 und einen Energieumwandler (Leistungswandler) 13. Der Addierer 1 berechnet die Abweichung Δω zwischen dem Zielwert der Rotationsgeschwindigkeit ω* und einem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm eines Servomotors 14 zum Antreiben eines mechanischen Systems 15, welches einen Roboterarm usw. enthält. In der Positionssteuervorrichtung 2 wird die Abweichung Δω, die man von dem Addierer 1 erhält, integriert, um eine Positionsabweichung zu erhalten, welche mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor Ki multipliziert wird, um einen Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14 zu erhalten, bei dem die Positionsabweichung null wird.
  • Um die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 2 zu kompensieren, wird gleichzeitig ein Korrekturwert ωf für den Referenzwert ωi der Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors 14 durch das Mitkopplungselement 6 auf der Grundlage des Zielwerts der Rotationsgeschwindigkeit ω* bestimmt. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 6 wird durch die folgende Gleichung (1) dargestellt
  • Gf(S) = (1 - Kf + Tf·S)/(1 + Tf·S), (1)
  • wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf ein Koeffizient ist, der 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein postiver Koeffizient ist.
  • Die Summation des Referenzwertes der Rotationsgeschwindigkeit ωi, die man von der Positionssteuervorrichtung 2 erhält, und des Korrekturwertes ωf von dem Mitkopplungselement 6 wird in dem Addierer 8 durchgeführt, wobei das Ergebnis als ein korrigierter Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit verwendet wird. Die Abweichung zwischen dem korrigierten Referenzwert ω*p und dem gemessenen Wert der Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 erhält man durch den Addierer 9. Auf der Grundlage der Abweichung erhält man durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10 eine Drehmomentanweisung Tp für den Servomotor 14, bei der die Abweichung null wird.
  • Andererseits werden die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Roboterarms des mechanischen Systems 15 durch das Dämpfungselement 11 auf der Grundlage des korrigierten Referenzwertes für die Rotationsgeschwindigkeit ω*p und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 abgeschätzt und dann wird auf der Grundlage der Abschätzungen eine Drehmomentanweisung Td zum Verbessern der Dämpfungseigenschaften des Roboterarms durch das Dämpfungselement 11 bestimmt. Die Summation der Drehmomentanweisung Td und des Ausgang Tp der Geschwindigkeitsteuervorrichtung 10 wird durch den Addierer 12 durchgeführt, dessen Ausgang ein Referenzdrehmoment T* des Servomotors 14 wird. Auf der Grundlage von T* wird ein Ankerstrom i des Servomotors 14 durch den Energieumwandler 13 so gesteuert, daß die Geschwindigkeit ωr des Roboterarms des mechanischen Systems 15 auf einen gewünschten Wert eingeregelt wird.
  • Bei einer Steuervorrichtung wie oben beschrieben wird die Kompensierung der Antwortverzögerung der Regelung der Positionssteuervorrichtung 2 wie in Fig. 2 gezeigt durchgeführt. In Fig. 2 zeigt die Bezugsziffer 19 eine Steuerschleife von dem Addierer 9 in Fig. 1 bis zu dem Servomotor 14, welche eine Transferfunktion Q besitzt. Das Symbol Gf zeigt die Transferfunktion des Mitkopplungselements 6. Die Transferfunktion Ω*p/Ω* von der angestrebten Rotationsgeschwindigkeit ω* zu einem korrigierten Referenzwert für die Rotationsgeschwindigkeit ω*p kann wie folgt dargestellt werden:
  • Ω*p/Ω* = (Gf + Ki/S)/(1 + Ki·Q/S) (2)
  • wobei angenommen ist, daß Q mit dem folgenden primären Verzögerungsfaktor approximiert werden kann:
  • Q = 1/(1 + Tq·S). (3)
  • Durch das Einsetzen der Gleichungen (1) und (3) in die Gleichung (2) erhält man das Folgende:
  • Ω*p/Ω* = (Ki+(1-Kf+Ki·Tf)S + Tf·S²)(1+Tq·S)/ [(Ki+S+Tq S2) (1+Tf·S)]. (4)
  • Mit der Annahme, daß Tf = Tq und Kf = Ki·Tf, kann die Gleichung (4) wie folgt geschrieben werden:
  • Ω*p/Ω* = 1. (5)
  • Durch eine geeignete Wahl des Mittkopplungselements 6 kann also die Verzögerung der Regelungsantwort der Positionssteuervorrichtung 2 kompensiert werden.
  • Eine Sprungantwort des Mitkopplungselements 6, das wie oben gewählt ist, ist in Fig. 3 gezeigt. Anhand dieser Sprungantwort ist klar, daß die Kompensation einer vorübergehenden Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante und die Einstellung des normalen Mitkopplungswerts möglich ist, indem die Koeffizienten Tf und Kf der Transferfunktion Gf des Mitkopplungselements 6 geeignet verändert werden (vgl. Gleichung (1)). Wenn z. B. Kf = 1 ist, kann nur die vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems kompensiert werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform, bei der die Antwortverzögerung des Positionssteuerelements 2 mit Hilfe des Mitkopplungselements 6 kompensiert werden kann, ist es möglich, die Positionsabweichung zu verringern und die Geschwindigkeit der Regelungsantwort zu erhöhen. Weiterhin ist es bei einem Mitkopplungselement, das nicht nur eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante kompensieren kann, sondern auch den normalen Mitkopplungswert beliebig setzen kann, möglich, ein Überschwingen aufgrund einer zu großen Mitkopplung zu verhindern. Zusätzliche ist es möglich, eine unerwünschte Vibration zu begrenzen, indem die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Roboterarms, der durch den Servomotor angetrieben werden soll, abgeschätzt werden, und dieser auf der Grundlage der Abschätzungen mit einer Rückkopplungsregelung gesteuert wird.
  • Obwohl in der ersten Ausführungsform die Rückkopplungsteuerung durch das Dämpfungselement durchgeführt wird, kann das Dämpfungselement durch jede andere Einrichtung ersetzt werden. Alternativ kann ein solches Dämpfungselement weggelassen werden, wenn die Dämpfungseigenschaften des mechanischen Systems selbst akzeptabel sind.
  • Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform umfaßt einen Integrierer 3, einen Addierer 4, eine Positionssteuervorrichtung 5, ein Mitkopplungselement 7, Addierer 8 und 9, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, ein Dämpfungselement 11, einen Addierer 12 und einen Energieumwandler 13. Da alle Komponenten der zweiten Ausführungsform außer dem Integrierer 3, dem Addierer 4, der Positionsteuervorrichtung 5 und dem Mitkopplungselement 7 dieselben wie in Fig. 1 gezeigt sind, werden Einzelheiten hierzu zur Vermeidung von Wiederholungen weggelassen. Der gemessene Wert für die Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 wird in dem Integrierer 3 integriert, so daß man einen Rotationswinkel Rm des Servomotors 14 erhält, welcher von dessen Ziel-Rotationswinkel R* in dem Addierer abgezogen wird, so daß man die Positionsabweichung ΔR dazwischen erhält. Die Positionsabweichung ΔR, die man so erhält, wird mit dem Verstärkungsfaktor Ki durch die Positionssteuervorrichtung 5 multipliziert und man erhält einen Referenzwert der Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14, bei dem die Abweichung ΔR gleich null wird.
  • Andererseits wird, um die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 auf der Grundlage des Zielwerts des Rotationswinkels O zu kompensieren, ein Korrekturwert für die Geschwindigkeit des Servomotors 14 bezüglich des Referenzwertes durch das Mitkopplungselement 7 bestimmt. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 7 wird in diesem Fall:
  • Gf(S) = [S(1-Kf+Tf·S)]/(1+Tf·S), (6)
  • wobei Kf ein Koeffizient ist, der 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist.
  • Die Summe des Referenzwertes ωi von der Positionssteuervorrichtung 5 und des Korrekturwertes ωf von dem Mitkopplungselement 7 erhält man in dem Addierer 8 als einen korrigierten Referenzwert der Rotationsgeschwindigkeit ωp*. Dann wird wie in der ersten Ausführungsform der Servomotor 14 durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10, das Dämpfungselement 11 und den Energieumwandler 13 auf der Grundlage des korrigierten Referenzwertes ωp* und dem gemessenen Geschwindigkeitswert ωm gesteuert. Die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 wird ebenfalls durch das Mitkopplungselement 7 in derselben Weise kompensiert, wie sie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform ist es möglich, die Positionsabweichung zu verringern und die Regelungsantwort aufgrund der Tatsache zu beschleunigen, daß die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert wird. Da das Mitkopplungselement 7 eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante kompensiert und es ermöglicht, den normalen Mitkopplungswert beliebig zu setzen, ist es weiterhin möglich, das Auftreten eines Überschwingens aufgrund eines übermäßigen Ausmaßes der Mitkopplung zu verhindern. Da die Mitkopplungssteuerung unter Verwendung der abgeschätzten Geschwindigkeit und Beschleunigung des Roboterarms durchgeführt wird, ist es außerdem möglich, das Auftreten von Vibrationen zu verhindern.
  • Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Steuervorrichtung für einen Servomotor. Die Ausführungsform umfaßt außerhalb der Positionssteuerschleife eine Korrekturschleife zum Korrigieren der Position hinsichtlich der Zielposition, welche eine Einrichtung, die einen Addierer 21 und einen Koordinatentransformierer 22 zum vollständigen Steuern der Operation des gesamten Roboters, und eine Einrichtung aufweist, die einen Addierer 4, eine Positionssteuervorrichtung 5, ein Mitkopplungselement 7, einen Addierer 8, eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung 5 und einen Energieumwandler 13 zum Steuern der Servomotoren 14 von entsprechenden Gelenkteilen des Roboters enthält, obwohl Fig. 5 eine Konstruktion für ein Gelenkteil zeigt.
  • Die Differenz Per zwischen einer Position Pr eines Werkzeugs des Roboters und einem gewünschten Arbeitspunkt Pj bezüglich einer Arbeit wird durch einen Abstandssensor 20 detektiert, der am oberen Ende des Roboters montiert ist, und die Abweichung zwischen der Differenz Per und der angestrebten Position Po*, die man aus vorbestimmten Anweisungsdaten erhält, erhält man durch einen Addierer 21 als eine korrigierte Zielposition P*. Die korrigierte Zielposition P* wird in einen Ziel-Rotationswinkel des i-ten Servomotors der Servomotoren 14 der entsprechenden Antriebswelle des Roboters transformiert und man erhält R* als den Ziel-Drehwinkel des Servomotors 14 der i-ten Antriebswelle.
  • Die gemessene Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 wird durch den Integrierer 3 integriert, so daß man den gemessenen Rotationswinkel Rm erhält, welcher durch den Addierer 4 verarbeitet wird, so daß man seine Abweichung (R* - Rm) bezüglich des Zielwertes R* erhält. Die resultierende Positionsabweichung wird mit einem geeigneten Verstärkungsfaktor Ki durch die Positionssteuervorrichtung 5 multipliziert, so daß man eine Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 40 erhält, bei der die vorangehend genannte Positionsabweichung null wird.
  • Auf der Grundlage des Ziel-Rotationswinkels R* erhält man eine Korrekturgröße ωf für die Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi des Servomotors 14 durch das Mitkopplungselement 7, wodurch die Kompensation der Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung realisiert wird. Die Transferfunktion Gf(S) des Mitkopplungselements 7 für diesen Fall ist durch die vorangehend genannte Gleichung (6) gegeben.
  • Die Summe der Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωi von der Positionssteuervorrichtung 5 und des Korrekturwerts ωf für den Referenzwert ωi, welcher durch das Mitkopplungselement 7 geliefert wird, erhält man durch den Addierer 8 als eine korrigierte Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωp*. Die Differenz (ωp* - ωm) zwischen dem korrigierten Referenzwert ωp* und der gemessenen Rotationsgeschwindigkeit ωm des Servomotors 14 erhält man durch den Addierer 9 und eine Drehmoment-Anweisung T* des Servomotors 14, bei der die Differenz null wird, erhält man durch die Geschwindigkeitssteuervorrichtung 10. Auf der Grundlage dieser Drehmoment-Anweisung T* wird der Ankerstrom des Servomotors 14 durch den Energieumwandler 13 gesteuert, um das mechanische System 15 des Roboters anzutreiben.
  • Fig. 6 zeigt, wie man die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 in der in Fig. 5 gezeigten Konstruktion kompensiert. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 19 die gesamten Steuerelemente, die dazu beitragen, die Rotationsgeschwindigkeit des Servomotors 14 aus dem Ausgang des Addierers 8 in Fig. 5 zu gewinnen, und das Steuerobjekt, welches ein Transferfunktion Q besitzt. Die Transferfunktion des Mitkopplungselements 7 ist ebenfalls mit Gf dargestellt. Die Transferfunktion Ω*/R* von dem Referenz-Rotationswinkel R* zu der korrigierten Referenz-Rotationsgeschwindigkeit ωp* kann wie folgt dargestellt werden:
  • Ω*/R* = (Ki + Gf)/(1 + Ki·Q/S), (7)
  • wobei angenommen ist, daß Q durch das primäre Verzögerungselement wie durch die Gleichung (3) dargestellt approximiert werden kann.
  • Durch das Verwenden der Gleichung (1) und (3) in der Gleichung (7) kann diese wie folgt umgeschrieben werden:
  • Ω*/R* = [Ki + (1-Kf+Ki·Tf)S + Tf·S²](1+Tq·S)·S/ [(Ki + S + Tq·S2)(1 + Tf·S)] (8)
  • Unter der Annahme, daß Tf = Tq und Kf = Ki·Tf, kann die Gleichung (8) wie folgt umgeschrieben werden:
  • Ω*/R* = S (9)
  • Es ist daher möglich die Antwortverzögerung der Positionssteuervorrichtung 5 durch eine geeignete Wahl des Mitkopplungselements 7 zu kompensieren.
  • Gemäß dieser Ausführungsform, durch welche die Antwortverzögerung der Steuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert werden kann und bei der das Mitkopplungselement ein willkürliches Festsetzen des normalen Mitkopplungswerts gestattet, ist es möglich, die Positionsabweichung des Roboters usw. zu verringern und dadurch die Regelungsantwort für eine Kurvenwendung zu verringern, eine vorübergehende Abweichung des primären Verzögerungssystems mit einer beliebigen Zeitkonstante zu kompensieren und das Überschwingen aufgrund einer zu großen Mitkopplung zu verhindern.
  • Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform entspricht im wesentlichen der dritten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ohne einen Koordinatentransformlerer und wird in Fällen verwendet, in denen die Bewegungsrichtung einer Maschine, die durch einen Servomotor angetrieben werden soll, mit der Detektionsrichtung eines Abstandssensors zusammenfällt.
  • Ein Abstandssensor 23, der auf dem oberen Ende eines Roboters montiert ist, detektiert den Abstand zwischen einer Position Pr eines Werkzeugs des Roboters und einem gewünschten Arbeitspunkt Pj als eine Abweichung, welche in eine Winkelabweichung Rer umgewandelt wird, die einem Rotationswinkel des Servomotors 14 entspricht. Die Differenz zwischen der Winkelabweichung Rer und einem angestrebten Rotationswinkel Ro* des Servomotors, den man aus einer Anweisung erhält, erhält man durch einen Addierer 24, so daß man einen korrigierten Ziel-Rotationswinkel R* erhält. Die Konstruktionselemente außer dem Abstandssensor 23 und dem Addierer 24 arbeiten ähnlich wie bei der dritten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform und führen eine Kurvenwendungssteuerung durch.
  • Bei dieser Ausführungsform, bei der die Antwortverzögerung der Steuervorrichtung 5 durch das Mitkopplungselement 7 kompensiert werden kann und bei der der Ausgang des Abstandssensors 23 dem Servosystem ohne eine Koordinatentransformation eingegeben wird, ist es auch möglich, die Positionsabweichung zu verringern, um dadurch eine raschere Regelungsantwort für eine Kurvenwendung zu erhalten, die Konstruktion der Steuervorrichtung zu vereinfachen und die Zeitverzögerung aufgrund der Koordinatentransformation zu verringern.

Claims (7)

1. Steuervorrichtung für einen Servomotor mit
- einer Positions-Steuereinrichtung (2) zum Erlangen einer Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche nötig ist, um eine Rotationswinkelposition des Servomotors (14) auf eine Ziel-Rotationswinkelposition zu regeln, wobei die Positions-Steuereinrichtung (2) eine integrierende Komponente umfaßt, um die Referenzgeschwindigkeit (ωi) auf der Grundlage einer Geschwindigkeitsabweichung zwischen einer aktuellen Geschwindigkeit (ωm) und einer Zielgeschwindigkeit (ω*) des Servomotors (14) zu erhalten,
- einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) zum Erlangen eines Referenz-Drehmoments (Tp), welches nötig ist, um eine Abweichung zwischen der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und der Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, auf Null zu reduzieren, und
- einem Energieumwandler (13) zum Regeln des Ankerstroms des Servomotors (14) auf der Grundlage des Referenz-Drehmoments (Tp), welches man durch die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) erhält, gekennzeichnet durch
- eine Mitkopplungseinrichtung (6) zum Erlangen eines Korrekturwertes (ωf), welcher nötig ist, um die Antwortverzögerung der Positions-Steuereinrichtung (2) zu kompensieren, wobei die Mitkopplungseinrichtung (6) so arbeitet, daß sie den Korrekturwert (ωf) auf der Grundlage der Zielgeschwindigkeit (ω*) erlangt, und eine Transfer-Funktion Gf(S) besitzt, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Gf(S) = (1-Kf+Tf S)/(1+Tf S),
wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf eine Koeffizient ist, welcher 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist, und
- eine Korrektureinrichtung (8) zum Korrigieren der Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, durch den Korrekturwert (ωf), welchen man durch die Mitkopplungseinrichtung (6) erhält, und zum Abgeben einer korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) an die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10).
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dämpfereinrichtung (11) zum Erlangen einer Drehmoment-Anweisung (Td), welche nötig ist, um die Dämpfungseigenschaften eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) zu verbessern, auf der Grundlage der korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) und der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und zum Korrigieren des Referenz-Drehmoments (Tp) durch die Drehmoment-Anweisung (Td).
3. Steuervorrichtung für einen Servomotor mit
- einer Integriereinrichtung (3) zum Erlangen eines Rotationswinkels (Rm) des Servomotors (14) auf der Grundlage einer aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14),
- einer Positions-Steuereinrichtung (5) zum Erlangen einer Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche nötig ist, um eine Rotationswinkelposition (Per) des Servomotors (14) auf eine Ziel-Rotationswinkelposition auf der Grundlage einer Winkelabweichung zwischen einem Zielwinkel (R*) und dem Rotationswinkel (Rm) zu regeln, zum Erlangen der Referenzgeschwindigkeit (ωi), bei welcher eine Winkelabweichung zwischen dem Ziel-Rotationswinkel (R*) und dem Rotationswinkel (Rm), welchen man durch die Integrationseinrichtung (3) erhält, sich auf Null reduziert,
- einer Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) zum Erlangen eines Referenz-Drehmoments (Tp), welches nötig ist, um eine Abweichung zwischen der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und der Referenzgeschwindigkeit (ωp*), welche man durch die Positions-Steuereinrichtung (2) erhält, auf Null zu reduzieren, und
- einem Energieumwandler (13) zum Regeln eines Ankerstroms des Servomotors (14) auf der Grundlage des Referenz-Drehmoments (Tp), welches man durch die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10) erhält, gekennzeichnet durch
- eine Mitkopplungseinrichtung (6) zum Erlangen eines Korrekturwerts (ωf), welcher nötig ist, um die Antwortverzögerung der Positions-Steuereinrichtung (2) zu kompensieren, wobei die Mitkopplungseinrichtung (6) so wirkt, daß sie den Korrekturwert (ωf) auf der Grundlage des Ziel-Rotationswinkels (R*) erlangt und eine Transferfunktion Gf(S) besitzt, welche durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Gf(S) = S(1-Kf+Tf S)/(1+ Tf S),
wobei S eine Laplace-Variable ist, Kf ein Koeffizient ist, welcher 0 ≤ Kf ≤ 1 erfüllt, und Tf ein positiver Koeffizient ist, und
- eine Korrektureinrichtung (8) zum Korrigieren der Referenzgeschwindigkeit (ωi), welche man durch die positions-Steuereinrichtung (2) erhält, durch den Korrekturwert (ωf), welchen man durch die Mitkopplungseinrichtung (6) erhält, und zum Abgeben einer korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) an die Geschwindigkeits-Steuereinrichtung (10).
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung (11) zum Erlangen einer Drehmoment-Anweisung (Td), welche zum Verbessern der Dämpfungseigenschaften eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) nötig ist, auf der Grundlage der korrigierten Referenzgeschwindigkeit (ωp*) und der aktuellen Geschwindigkeit (ωm) des Servomotors (14) und zum Korrigieren des Referenz-Drehmoments (Tp) durch die Drehmoment-Anweisung (Td).
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
- eine Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) zum Detektieren einer Positionsabweichung zwischen einer Position eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) und einer gewünschten Position davon und
- eine Zielpositions-Korrektureinrichtung (21, 22) zum Korrigieren der Ziel-Drehwinkelposition des Servomotors (14) auf der Grundlage der Positionsabweichung, welche durch die Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) festgestellt wird.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielpositions-Korrektureinrichtung umfaßt:
- eine Einrichtung (20, 21) zum Korrigieren der Position des mechanischen Systems (15) durch die Positionsabweichung, welche von der Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (20) detektiert wird und
- eine Koordinaten-Umwandlungseinrichtung (22) zum Umwandeln der korrigierten Position in einen Ziel-Rotationswinkel.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
- eine Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (23) zum Detektieren einer Rotationswinkelabweichung auf der Grundlage einer Positionsabweichung zwischen einer Position eines mechanischen Systems (15) als einer Last des Servomotors (14) und einer gewünschten Position desselben, und
- eine Zielpositions-Korrektureinrichtung (24) zum Korrigieren der Position des mechanischen Systems (15) durch die Drehwinkelabweichung, welche durch die Positionsabweichungs-Detektiereinrichtung (23) festgestellt wird.
DE3887062T 1987-10-09 1988-10-07 Servosteuerung. Expired - Fee Related DE3887062T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62255303A JPH0199485A (ja) 1987-10-09 1987-10-09 サーボ電動機の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3887062D1 DE3887062D1 (de) 1994-02-24
DE3887062T2 true DE3887062T2 (de) 1994-08-04

Family

ID=17276902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3887062T Expired - Fee Related DE3887062T2 (de) 1987-10-09 1988-10-07 Servosteuerung.

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4914365A (de)
EP (1) EP0311127B1 (de)
JP (1) JPH0199485A (de)
KR (1) KR920010102B1 (de)
DE (1) DE3887062T2 (de)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2550167B2 (ja) * 1988-11-04 1996-11-06 オムロン株式会社 サーボモータ制御装置
FR2651339B1 (fr) * 1989-08-30 1991-10-04 Alsthom Gec Dispositif d'asservissement d'un systeme a contre-reaction et application aux amplificateurs et servomecanismes.
JPH03107384A (ja) * 1989-09-20 1991-05-07 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動制御装置
US5101145A (en) * 1991-02-01 1992-03-31 Allen-Bradley Company, Inc. Velocity proportional integral regulator with negative feedforward to control response of torque disturbances
JP2840139B2 (ja) * 1991-04-24 1998-12-24 ファナック株式会社 予見繰り返し制御装置
JPH05134758A (ja) * 1991-05-17 1993-06-01 Fanuc Ltd サーボモータの制御方式
JPH05118302A (ja) * 1991-09-25 1993-05-14 Toshiba Corp サーボモータの制御装置
JP2709773B2 (ja) * 1992-02-05 1998-02-04 ファナック株式会社 サーボモータの制御方式
US5184578A (en) * 1992-03-05 1993-02-09 Borg-Warner Automotive Transmission & Engine Components Corporation VCT system having robust closed loop control employing dual loop approach having hydraulic pilot stage with a PWM solenoid
US5223778A (en) * 1992-09-16 1993-06-29 Allen-Bradley Company, Inc. Automatic tuning apparatus for PID controllers
JP3235242B2 (ja) * 1992-11-30 2001-12-04 株式会社明電舎 ２慣性ねじり振動系の速度制御におけるイナーシャ推定方法
US5821724A (en) * 1995-02-03 1998-10-13 Cms Gilbreth Packaging Systems Feedback limiter for closed loop motor controller
AU669431B2 (en) * 1993-06-17 1996-06-06 Cms Gilbreth Packaging Systems, Inc. Registration system for web feeding
EP0739500B1 (de) * 1993-07-08 1998-10-07 The Gleason Works Regelungsverfahren
DE4441240C1 (de) * 1994-11-19 1996-05-09 Leica Lasertechnik Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Bewegung eines Gegenstandes
JPH11178383A (ja) * 1997-12-04 1999-07-02 Toshiba Corp 電動機の制御装置
US6313591B1 (en) * 2000-02-17 2001-11-06 Siemens Aktiengesellschaft Delay time modeling filter for cascaded regulator structure
JP3492583B2 (ja) * 2000-03-27 2004-02-03 ファナック株式会社 サーボ制御装置
JP2002199767A (ja) * 2000-12-27 2002-07-12 Aisin Seiki Co Ltd 外乱補償制御装置
US6900609B2 (en) * 2001-03-14 2005-05-31 Siemens Aktiengesellschaft Method and control structure for damping low-frequency load oscillations in drives with a motor and load
FI112790B (fi) * 2001-08-01 2004-01-15 Kone Corp Menetelmä kestomagneettimoottorin nopeustakaisinkytkennän korjaamiseksi
JP3850363B2 (ja) * 2002-10-21 2006-11-29 山洋電気株式会社 モータの位置制御装置
JP5169836B2 (ja) * 2006-12-21 2013-03-27 株式会社安川電機 位置制御装置
JP2008206670A (ja) * 2007-02-26 2008-09-11 Taya Engineering Kk ラジコン模型の統合制御システム
US9231500B2 (en) * 2013-01-30 2016-01-05 Nidec Motor Corporation Sensorless motor braking system
JP6017595B2 (ja) * 2015-01-16 2016-11-02 ファナック株式会社 振動を抑制するモータ制御装置
KR102363929B1 (ko) * 2021-09-28 2022-02-16 국방과학연구소 Sar 요동 보상을 위한 위치 추정 방법, 위치 추정 장치 및 상기 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54141968A (en) * 1978-04-26 1979-11-05 Toshiba Corp Numerical control device
JPS58140813A (ja) * 1982-02-15 1983-08-20 Fanuc Ltd 位置制御方式
JPS58169212A (ja) * 1982-03-31 1983-10-05 Fanuc Ltd サ−ボモ−タの位置制御装置
JPS59187484A (ja) * 1983-04-05 1984-10-24 日本電子科学株式会社 産業用ロボツトのア−ム駆動装置
JPS6140616A (ja) * 1984-07-31 1986-02-26 Fanuc Ltd 位置制御方式
US4733149A (en) * 1985-05-31 1988-03-22 Kollmorgen Technologies Corporation Adaptive control system
US4651272A (en) * 1985-06-03 1987-03-17 Vickers, Incorporated Power transmission
JP2691528B2 (ja) * 1986-03-14 1997-12-17 東芝機械株式会社 完全追従形サーボシステム
JPS62229412A (ja) * 1986-03-31 1987-10-08 Shibaura Eng Works Co Ltd 位置決め装置
JPS6375907A (ja) * 1986-09-19 1988-04-06 Fanuc Ltd フルクロ−ズフイ−ドバツクｎｃシステムにおける追従遅れの除去方法
JPS6378206A (ja) * 1986-09-22 1988-04-08 Fanuc Ltd フルクロ−ズフイ−ドバツクｎｃシステムにおけるデジタルサ−ボシステムを用いた追従遅れを除去する方法
JPH0716854B2 (ja) * 1986-11-07 1995-03-01 豊田工機株式会社 数値制御送り装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0311127A2 (de) 1989-04-12
US4914365A (en) 1990-04-03
EP0311127A3 (en) 1990-08-29
EP0311127B1 (de) 1994-01-12
KR890007487A (ko) 1989-06-20
DE3887062D1 (de) 1994-02-24
JPH0199485A (ja) 1989-04-18
KR920010102B1 (ko) 1992-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3887062T2 (de) Servosteuerung.
DE69737566T2 (de) Lagesteuerung
DE4318923C2 (de) Positionsregeleinrichtung zum Regeln eines elektrischen Motors
DE102009058443B4 (de) Trägheitsschätzsteuerungseinrichtung und Steuerungssystem
DE69026192T2 (de) Gleitende moderegelungsverfahren mit kompensationsfunktion mit mitkopplung
DE3525543C2 (de)
DE19919797B4 (de) Elektrisches Servolenkungssystem
DE2656433C3 (de) Verfahren und Anordnung zur Regelung von Manipulatoen und industriellen Robotern
DE102004001764B4 (de) Ausgleich der Reibung in einem Lenksystem eines Fahrzeuges
DE68919801T2 (de) Verfahren zur kollisionsermittlung von beweglichen, mittels servomotoren angetriebenen gegenständen.
DE69828348T2 (de) Einrichtung zur Steuerung der Geschwindigkeit von Aufzügen
DE69403185T2 (de) Gerät zum Steuern der Schwingungen eines Motors und Verfahren zur Angleichung des gemessenen Geschwindigkeitswerts eines Motors an einem Geschwindigkeitssollwert
DE102014003631B4 (de) Motorsteuervorrichtung, die eine Spannungssättigung erkennt
DE3701040C2 (de)
DE69304978T2 (de) Steuereinrichtung für eine Servolenkung mit Motor
DE10394201T5 (de) Servosteuerung
DE19882982B3 (de) Synchronsteuereinrichtung
DE3151831A1 (de) Verfahren zum ermitteln eines abnormalen zustands in einer robotersteuerung
EP1818744A1 (de) Reglerstruktur mit einem Torsionsmodell
DE4129539C2 (de) Drehzahlregelkreis für einen Elektromotor
DE3886394T2 (de) Verfahren zur steuerung eines servomotors.
DE112004002552T5 (de) Steuereinrichtung für einen Roboter
DE3609259A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ausregeln eines nachlauf-stellungsfehlers
EP3802013A1 (de) Kraftregelung eines roboters
EP0184075A1 (de) Einrichtung und Verfahren zum Regeln eines Industrieroboters

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee