JP2002006902A - サーボ制御方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来は一種類のフィルタを使用するため、モ
ータ側の一次側外乱・振動に効果あっても減速側の二次
側外乱・振動に効果がなく、一次側外乱用のフィルタで
二次側の外乱が作用すると補償するトルクの位相が、外
乱の位相と不一致で振動が逆に大きくなる。 【解決手段】 位置・速度制御部１、オブザーバ計算部
５、フィルタ６、フィードバックゲイン設定手段７を経
てモータ２を駆動するサーボ制御方法において、速度デ
ータ11と固有振動数10（モータ２に作用する制御対象４
のイナーシャJLと減速機３のバネ定数Ｋから導出) 、モ
ータ２側に作用する一次側外乱と制御対象４側に作用す
る二次側外乱のどちらを除去するか外乱判定手段９で判
断し、その判断結果を基に、フィルタ６の種類とフィル
タ定数とフィードバックゲインＧの値を決定し、それら
を自動的に変更するようにして成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットや低剛
性の機械のサーボ制御における、外乱除去方法に係り、
特にモータや減速機が発生源となる周期外乱の除去に関
する。

【０００２】

【従来の技術】外乱には、静止摩擦や、サーボモータあ
るいは減速機が発生する周期外乱や、他軸から干渉力等
がある。これらを抑制する方法として、従来から、外乱
オブザーバにより前記外乱を推定し、フィードバックゲ
インを乗じて前記外乱を相殺するようにフィードバック
する方法が公知である。然し、この方法は幾つかの問題
点がある。そこで従来例は、これらの問題点を解決する
ために以下のような方法を執っていた。以下に従来例そ
れぞれが指摘している問題点と、その解決方法を図７な
いし図10を使用して説明する。

【０００３】図７は、従来例１としての特許第2569152
号・サーボ制御方法における制御構成を示すブロック図
である。図７において、単純に外乱推定値をフィードバ
ックする方法では実速度が零の時に発振するため、フィ
ードバックゲイン（補正係数Ｋm としている）には上限
があり、十分な補正ができないという問題を指摘し、そ
れに対する対策として、図７に示すような構成をとって
いる。図７では、サーボモータ２の位置制御または速度
制御する位置・速度制御部１は、サーボモータ２へのト
ルク指令値Ｔref を出力し、減速機３を介して制御対象
４はサーボモータ２により駆動される。オブザーバ計算
部５ではサーボモータ２または制御対象４に作用する外
乱の推定値ｄobs を計算する。その外乱推定値ｄobs を
ハイパスフィルタ76に通し、フィードバックゲイン設定
手段７においてゲイン（Ｇ）を乗じて出たトルク補償値
Ｔd を、モータトルク指令値Ｔref にフィードバック
し、その差である偏差トルクＴrqを新たなモータトルク
指令値として出力する方法が記述されている。これによ
れば、ハイパスフィルタ76により低周波成分を除去した
ために、実速度零のときでも系全体の発振を防止するこ
とができ、ゲインを大きくでき十分なトルク補正が可能
であるとしている。

【０００４】図８は、従来例２として特開平2-199502号
・外乱推定オブザーバによるサーボ制御方法が示す、そ
の制御構成のブロック図である。これまでは高周波帯域
で位相が回った( すなわち位相遅れが大きい) 外乱推定
値による悪影響が発生するという問題を指摘し、図８に
示すように構成されている。図７との違いは、ハイパス
フィルタ76（図７）の替わりに高周波除去フィルタ86
(図８) を使用するところである。外乱オブザーバによ
り推定された外乱推定値に対し高周波成分を除去するた
めにフィルタ処理を行ってフィードバックすることによ
り、問題を解決できるとしている。これにより結果とし
てフィードバックゲインを十分に高く設定できるように
なる。

【０００５】図９は、特開平3-17703 号・速度依存型外
乱推定オブザーバによるゼロイング方法（従来例３）の
制御構成を示す。これは剛体系の外乱オブザーバの推定
値では、加減速時に発生するサーボモータと機械の間の
捩じれトルクまでも、外乱と推定してフィードバックし
てしまうため、逆に過渡特性を悪化させるという問題を
指摘し、その対策としての図９の構成を取る。図７（従
来例１）や図８（従来例２）の構成に指令速度98のゲイ
ンＧの大きさを変更する手段が加わったものである。こ
の方法では、推定外乱のフィードバックゲインを指令速
度に応じて変えることにより、低速度時の過渡特性を向
上できるとしている。

【０００６】また、図10には特開平7-337058号・オープ
ンループ振動抑制方法（従来例４）の制御構成が示され
ている。これは摩擦等の低い周波数(0 Hz)の外乱がある
時に悪影響を及ぼすという問題を指摘し、図10のような
構成をとる。この図10（従来例４）でも図７（従来例
１）や図８（従来例２）と同じ構成を取り、ハイパスフ
ィルタ76( 図７) や高周波除去フィルタ86 (図８) の替
わりに、ハイパスフィルタもしくはバンドパスフィルタ
106 を用いることのみが異なる点である。この方法で
は、外乱推定値をハイパスフィルタもしくはバンドパス
フィルタ106 を通すことで、先の悪影響を取り除けると
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来例１〜従
来例４等の方法では、全て一つの周波数の外乱のみに着
目した方法である。ところが、従来の技術では、全て一
種類のフィルタを使用して制御を行うため、例えばサー
ボモータ側に作用する振動（一次側外乱）には効果を発
揮するが、減速側に発生する振動（二次側外乱）に対し
ては、同じフィルタでは効果がないという問題がある。
また、一次側外乱に設定したフィルタを使用した制御時
に、二次側の外乱が作用した場合や、その逆に、二次側
外乱用に設定したフィルタを用いて制御をしている際
に、一次側の外乱が作用したときは、補償するトルクの
位相と、実際の外乱の位相が一致しないため、振動が逆
に大きくなるという問題が発生する。以下に、そのブロ
ック図を使用して詳しく説明する。

【０００８】図５は、一般的な位置・速度制御部（位置
の比例制御、速度の比例・積分制御）と機械系（メカ）
を２慣性系の近似モデルで置いた制御ブロック図であ
る。一般にサーボモータで駆動し減速機を有するメカは
このようなモデルで近似できる。図５における記号の意
味を以下に示す。 Ｋp は位置ループゲイン、 Ｋv は速度ループゲイン、 Ｋi は速度ループ積分ゲイン、 Ｊm はモータイナーシャ、 ＪL は負荷イナーシャ、 Ｋは減速機バネ定数 Ｎは減速比 ｓはラプラス演算子（微分を表す） １／ｓは積分を表す ｄ1 は減速機よりサーボモータ側に作用する一次側外乱 ｄ2 は減速機より制御対象側に作用する二次側外乱 Ｔd は外乱を相殺するための外乱除去トルク である。また、図５において、一点鎖線は位置・速度制
御部１を示し、位置は比例制御で速度は比例・積分制御
が行われている。サーボモータ２、減速機のバネ定数5
3、制御対象４も図示の通りである。

【０００９】ここで、図５に示す制御系の位置指令から
先端の位置θＬまでの伝達関数を解く際に、一次側外乱
ｄ1 と二次側外乱ｄ2 の影響がロボットアーム先端の位
置に出ない、すなわち外乱を上手く相殺するためには、
外乱除去トルクＴd の項と一次側外乱ｄ1 、二次側外乱
ｄ2 の含まれる項が伝達関数上でキャンセルされればよ
いことになる。それらの関係は（式１）のようになる。

【００１０】

【数１】

【００１１】このようにモータに発生する一次側外乱ｄ
1 を、外乱除去トルクＴd で相殺するためには、一次側
外乱ｄ1 と外乱除去トルクＴd は同位相で、フィードバ
ックゲインは１で補償するのがよいが、減速機の発生す
る二次側外乱ｄ2 に対しては、二次側外乱ｄ2 と外乱除
去トルクＴd が相殺するためには、（式２）に示した伝
達関数を考慮した位相とフィードバックゲインで補償す
る必要がある。

【００１２】以下に、具体的数値を例に取って二次側外
乱ｄ2 を相殺する際の、外乱除去トルクＴd の設定値を
示す。各パラメータが以下の値の時、（式２）に示す伝
達関数の周波数特性のボード線図は図６に示すようにな
る。 ここで、位置ループゲインＫp ＝10、速度ループゲイン
Ｋv ＝2 、 速度ループ積分ゲインＫi ＝50、 モータイナーシャＪm ＝0.002 減速機バネ定数Ｋ＝150000、減速比Ｎ＝100 である。そして、図６から読み取れるように、例えば二
次側外乱ｄ2 の周波数が47rad/sec(約7.5Hz)である場合
は、二次側外乱ｄ2 と外乱除去トルクＴd を相殺するた
めには、外乱除去トルクＴd の位相を30度進めて、かつ
0.1 の大きさのフィードバックゲインを乗じて補償[ ゲ
イン20dB＝10倍であるから、それを1 にするため] する
必要があることになる。

【００１３】このように、サーボモータ側に作用する一
次側外乱ｄ1 に対して外乱除去トルクＴd は位相遅れな
し、フィードバックゲイン１で補償する必要があるのに
対して、減速機側に作用する二次側外乱ｄ2 に対して
は、例えば上述の例の場合では、30度位相を進め、フィ
ードバックゲイン0.1 に設定しなければならないわけ
で、このことからも同じフィルタでは効果がないことが
分かる。また、逆に一次側外乱ｄ1 に設定した位相遅れ
無しの補償時に、二次側の外乱が入った場合は、外乱と
補償トルクの位相がずれて悪影響を及ぼすという問題が
あった。本発明は、上記問題を解決するためになされた
ものであり、メカの固有振動数と振動データと、現在の
速度から現在の振動がモータ外乱によるものか、負荷側
外乱によるものかを判定し、その結果を基に最適なフィ
ルタを選択し、フィルタ定数とフィードバックゲインの
値を決定し、自動的に変更する手段から成るサーボ制御
方法とその装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の請求項１の発明は、サーボモータを使用し
て減速機を介して制御対象を駆動する駆動装置であっ
て、前記サーボモータを位置制御または速度制御する位
置・速度制御部と、前記サーボモータまたは前記制御対
象に作用する外乱を推定計算するオブザーバ計算部と、
算出された外乱推定値にフィルタ処理を施すフィルタ処
理部を有し、フィルタ処理を施した後の外乱推定値にフ
ィードバックゲインを乗じた後、前記サーボモータのト
ルク指令値にフィードバックするサーボ制御方法におい
て、前記駆動装置の速度データと固有振動数から、前記
サーボモータ側に作用する一次側外乱と前記制御対象に
作用する二次側外乱のどちらを除去するかを判断し、そ
の判断結果を基に、前記フィルタ処理部のフィルタの種
類とフィルタ定数と、前記フィードバックゲインの値を
決定し、前記フィルタの種類とフィルタ定数と、前記フ
ィードバックゲインの値を自動的に変更し前記制御対象
を駆動することを特徴とするサーボ制御方法である。か
くして本発明の請求項１の発明によれば、各軸のイナー
シャを算出し、機械の固有振動数を計算し、振動データ
と速度データから、外乱の種類を判定し、その外乱に対
してフィルタの種類とフィルタ定数とフィードバックゲ
インの値を、それぞれ自動的に最適に設定できるため、
サーボモータ側に作用する一次側外乱にも、減速機側の
二次側外乱のどちらにも対応ができ、サーボモータの発
生する振動と減速機が発生する振動の両方を大幅に低減
することが可能であるという特段の効果がある。。ま
た、一つのフィルタでは位相がずれてしまい逆に振動が
大きくなるという問題を、完全に解決することが可能で
あって、この分野に益するところ大きい。

【００１５】本発明の請求項２の発明は、前記サーボモ
ータ側に作用する一次側外乱と前記制御対象に作用する
二次側外乱のどちらを除去するかを判断する際に、予め
メモリに記憶しておいた振動データを使用することを特
徴とする請求項１記載のサーボ制御方法である。本発明
の請求項２の発明によれば先の請求項１の発明と同じ作
用効果が認められる。

【００１６】本発明の請求項３の発明は、前記振動デー
タは、予めメモリに記憶しておいた前記サーボモータ１
回転に発生する振動の数と、前記減速機１回転に発生す
る振動の数であることを特徴とする請求項２記載のサー
ボ制御方法である。本発明の請求項３の発明によれば先
の請求項１の発明と同一の作用効果を発揮できる。

【００１７】本発明の請求項４の発明は、前記固有振動
数は、前記サーボモータに作用するイナーシャの値を計
算し、この計算されたイナーシャ計算値と減速機のバネ
定数の値から求められることを特徴とする請求項１記載
のサーボ制御方法である。本発明の請求項４の発明によ
れば、同じく請求項１記載の発明と同様な作用効果があ
ると言える。

【００１８】本発明の請求項５の発明は、前記速度デー
タは、前記サーボモータへのモータ指令速度かモータ実
速度か、オブザーバで計算されるモータ速度推定値また
は負荷速度推定値のいずれかであることを特徴とする請
求項１ないし請求項４のいずれかの項に記載のサーボ制
御方法である。このようにして、本発明の請求項５の発
明によれば、ノイズの大きいときにはモータ速度指令値
を使用し、応答の遅れが問題になるときはモータの実速
度を使用し、実際の負荷により計算する必要のあるとき
は、オブザーバ計算結果である負荷速度推定値を使用す
ることができるので、制御用途に応じて外乱抑制が可能
になると言う顕著な効果を有する。

【００１９】本発明の請求項６の発明は、前記フィルタ
の種類は、ローパスフィルタか、ハイパスフィルタか、
ノッチフィルタか、バンドパスフィルタかの単独あるい
はそれらの組合せであることを特徴とする請求項１ない
し請求項５のいずれかの項に記載のサーボ制御方法であ
る。本発明の請求項６の発明によれば、外乱の種類に応
じて任意のフィルタを選択できるのため、どのような特
性のフィルタでも設定することが可能であり、全ての特
性の外乱に対して効果を発揮することができる。

【００２０】本発明の請求項７の発明は、前記フィルタ
の種類として、理論式から計算された高次の伝達関数の
周波数特性を近似したフィルタを使用することを特徴と
する請求項１ないし請求項６のいずれかの項に記載のサ
ーボ制御方法である。本発明の請求項７の発明によれ
ば、高次のフィルタの替わりに、ある周波数でのゲイン
と位相が合うような低次のフィルタで同等の処理が行え
るため、処理時間の短縮とプログラムの簡素化が行え
る。

【００２１】本発明の請求項８の発明は、サーボモータ
を使用して減速機を介して制御対象を駆動する駆動装置
であって、前記サーボモータを位置制御または速度制御
する位置・速度制御部と、前記サーボモータまたは前記
制御対象に作用する外乱を推定計算するオブザーバ計算
部と、算出された外乱推定値にフィルタ処理を施すフィ
ルタ処理部を有し、フィルタ処理を施した後の外乱推定
値にフィードバックゲインを乗じた後、前記サーボモー
タのトルク指令値にフィードバックするサーボ制御方法
において、前記駆動装置の速度データを与える手段と、
前記駆動装置の固有振動数を計算する固有振動数計算手
段と、前記駆動装置の速度データと固有振動数から、前
記サーボモータ側に作用する一次側外乱と前記制御対象
に作用する二次側外乱のどちらを除去するかを判断する
外乱判定手段と、前記判断結果を基に、前記フィルタ処
理部のフィルタの種類とフィルタ定数と、前記フィード
バックゲインの値を決定するフィルタ・ゲイン決定手段
と、前記フィルタ・ゲイン決定手段からの決定出力によ
り前記フィルタの種類とフィルタ定数と、前記フィード
バックゲインの値を自動的に変更し前記制御対象を駆動
する手段とを具備したことを特徴とするサーボ制御装置
である。

【００２２】本発明の請求項９の発明は、前記固有振動
数計算手段には、前記サーボモータに作用するイナーシ
ャの値を計算するイナーシャ計算手段と、前記減速機の
バネ定数を記憶しておくバネ定数記憶手段とを設け、前
記外乱判定手段には、前記サーボモータ１回転に発生す
る振動数と、前記減速機１回転に発生する振動数とを予
めその内部に記憶しておく振動データ記憶手段を備える
ことを特徴とする請求項８記載のサーボ制御装置であ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。なお、全ての図面において、同一符号は
同一若しくは相当部材を示す。 [実施の形態１]図１は、本発明の実施の形態１ [請求項
１] における回路構成を示すブロック図である。図１に
おいて、サーボモータ２は位置・速度制御する位置・速
度制御部１により駆動制御され、サーボモータ２には減
速機３を介して制御対象４である例えばロボットが連結
されている。サーボモータ２へのトルク指令値とサーボ
モータ２の現在位置データから、オブザーバ計算部５は
サーボモータ２もしくはロボット４のアームに作用する
外乱推定値を推定し、その推定された外乱推定値はフィ
ルタ６を通過させて、フィードバックゲイン (Ｇ) ７を
乗じて、サーボモータ２へのトルク指令値を減算器15に
おいて補正する。ここまでは一般的に知られている制御
手段を成す構成である。

【００２４】図１には、さらにロボットアーム４の固有
振動計算手段10から計算された固有振動数Ｗn と、図示
しない速度検出器から得られた現在のサーボモータ２の
速度検出値11、またはオブザーバ計算部５により推定さ
れたモータ速度推定値、あるいは負荷速度推定値でも代
用可能な速度データＶとを、外乱判定手段９へ与えてい
る。この外乱判定手段９では、固有振動数Ｗn と速度デ
ータＶから、現在除去する必要のある外乱が一次側外乱
ｄ1 か二次側外乱ｄ2 かを判定する。そして外乱判定手
段９の判定結果を基に、フィルタの種類と、フィルタ定
数、フィードバックゲイン (Ｇ) を決定するのが、フィ
ルタ・ゲイン決定手段８である。

【００２５】[実施の形態２]図２は、本発明の実施の形
態２における制御構成を示すブロック図である。この実
施の形態２ [請求項２〜請求項４の手段を統合した形
態] を図２を使用してさらに詳しく説明する。図２にお
いて、振動データ12は予め外乱判定手段９が備えるメモ
リに設定されている。サーボモータ２の１回転に発生す
る振動の数と減速機３の１回転に発生する振動の数であ
る。固有振動数計算手段10に設けられた、イナーシャ計
算手段13は、各軸に作用するイナーシャをリアルタイム
で計算し、また、減速機３のバネ定数 (Ｋ) の値を14で
表し、この値はカタログ値や測定値を装置 (コントロー
ラ) 内部に設定しておけばよい。ここに示したフィルタ
・ゲイン決定手段８・外乱判定手段９ [内部メモリに記
憶された振動データ12] ・固有振動数計算手段10[予め
設定された減速機３のバネ定数 (Ｋ)14 とイナーシャ計
算手段13を含む]・速度データ (Ｖ)11 が本発明独自の
構成要素である。

【００２６】図３は、この実施の形態２における処理の
様子を示す処理フローチャートである。以下に図３を使
用して処理の手順を説明する。 （ステップ１） イナーシャ計算手段13で、現在のサー
ボモータ２に作用するロボットアーム４のイナーシャＪ
L を計算する。 （ステップ２） 固有振動数計算手段10におけるイナー
シャ計算手段13で計算された、イナーシャＪL と減速機
３のバネ定数Ｋの値から、ロトボットアーム４の固有振
動数Ｗn を、下記の( 式３) により計算する。 Ｗn ＝ √[ Ｋ／ (Ｊl)] ………………………………（式３） ただし、（式３）の√ [Ｘ] はＸの平方根を表す。 （ステップ３） 次に、外乱判定手段９で、振動データ
12であるサーボモータ２の１回転に発生する振動の個数
ｎ1 と減速機３の１回転に発生する振動の個数ｎ2 と、
速度データ11であるサーボモータ２の回転速度Ｖ(rpm)
から、現在の速度でサーボモータ２が発生する振動の周
期Ｗ1 と、減速機３が発生する振動の周期Ｗ2 を、次に
掲げる（式４）と（式５）においてそれぞれ計算する。 Ｗ1 ＝ｎ1 ×Ｖ （Ｈz) ………………………………（式４） Ｗ2 ＝ｎ2 ×Ｖ （Ｈz) ………………………………（式５）

【００２７】（ステップ４） 次に、ロトボットアーム
４の固有振動数Ｗn とサーボモータ２が発生する振動の
周期Ｗ1 ，減速機３が発生する振動の周期Ｗ2 をそれぞ
れ比較して、以下のように場合分けをする。ここで、サ
ーボモータ２の発生する一次側外乱ｄ1 と減速機３が発
生する二次側外乱ｄ2 がそれぞれ問題になるのは、これ
らの振動の周波数がロボットアーム４の固有振動数Ｗn
と一致したときに共振する場合である。よって場合分け
の際には、サーボモータ２が発生する振動の周期Ｗ1 と
ロボットアーム４の固有振動数Ｗn 、減速機３が発生す
る振動の周期Ｗ2 とロボットアーム４の固有振動数Ｗn
のそれぞれが、近い値の時とそうでないときに分類す
る。 [ 以下の場合分けで、αの値は共振の範囲を推定する係
数であり、任意に設定可能である。適切な範囲として
は、0.05＜α＜0.5 と考えられる。本実施の形態２では
α＝0.2 とする。] ［１］（１−α）×Ｗ1 ＜Ｗn ＜（１＋α）×Ｗ1 ………………（式６） この場合、サーボモータ２の発生する振動の周波数Ｗ1
とロボットアーム４の固有振動数Ｗn が近いため、サー
ボモータ２の発生する振動とロボットアーム４が共振を
起こす。よって、フィルタ・ゲイン決定手段８では、サ
ーボモータ２の発生する振動である一次側外乱ｄ1 を除
去するような、フィルタを選択し、フィルタ定数を決定
し、フィードバックゲインの値を決定すればよい。

【００２８】（ステップ５の１） ここで、サーボモー
タ２の発生する振動は一次側の外乱であるので、従来の
技術の項で説明したように、サーボモータ２の発生する
振動と同位相でフィードバックゲインも１に設定すれば
よいため、ローパスフィルタで高周波のノイズを除去し
て補償すればよい。 ［２］（１−α）×Ｗ2 ＜Ｗn ＜（１＋α）×Ｗ2 ………………（式７） この場合、減速機３の発生する振動の周波数Ｗ2 とロボ
ットアーム４の固有振動数Ｗn が近いため、減速機３の
発生する振動とロボットアーム４が共振を起こす。よっ
て、フィルタ・ゲイン決定手段８では、減速機３の発生
する振動である二次側外乱ｄ2 を除去するような、フィ
ルタを選択し、フィルタ定数を決定し、フィードバック
ゲインの値を決定すればよい。

【００２９】（ステップ５の２） 従来の技術の項で説
明した例の場合で 位置ループゲインＫp ＝10 速度ループゲインＫv ＝2 速度ループ積分ゲインＫi ＝50 モータイナーシャＪm ＝0.002 減速機バネ定数Ｋ＝150000 減速比Ｎ＝100 であれば、減速機３の発生する振動である二次側外乱ｄ
2 の周波数Ｗ2 は47rad／sec(約7.5Hz)であり、伝達関
数を考えれば、この周波数の時に外乱推定値の位相を30
度進めて、フィードバックゲインが0.1 [ 図６の説明の
項参照] になるようなフィルタを設定すればよい。図４
は、二次側外乱に対するフィルタの設定方法の一例を示
す図である。図４(a) はオブザーバでの推定値・点線波
形であるときにハイパスフィルタで30度進みの補償をか
けたときの波形図、図４(b) は150 度遅れフィルタでの
補償をかけたときの波形図、図４(c) は図４(b) のフィ
ルタで補償後、符号を反転させたときの波形図である。
ここで、図４(a) に示すような30度進みのフィルタでは
ノイズの影響が大きく、サーボ系が発振する場合は、図
４の(b) に示すように150 度遅れのフィルタを設定し、
フィードバックゲインの符号を反転させて補償しても良
い。 ［３］ 先の［１］および［２］以外のとき、この場合
は、サーボモータ２の発生する振動も減速機３の発生す
る振動のどちらの振動の周期とも、ロボットアーム４は
共振を起こさないので、外乱推定値をフィードバックす
る必要がない。

【００３０】（ステップ５の３）よって、フィルタ・ゲ
イン決定手段８では、フィードバックゲインの値を零に
すれば良い。ここで、フィードバックゲインを零にする
場合はフィルタ無しを選択すれば良い。また、ステップ
４で行う先の場合分けは一例であり、当然に場合分けの
方法は他にも考えられ、例えばサーボモータ２が発生す
る振動の周期Ｗ1 とロボットアーム４の固有振動数Ｗn
、減速機３が発生する振動の周期Ｗ2 とロボットアー
ム４の固有振動数Ｗn について ［４］ Ｗ1 −β＜Ｗn ＜Ｗ1 ＋β …………………………（式８） ［５］ Ｗ2 −β＜Ｗn ＜Ｗ2 ＋β …………………………（式９） ［６］ 先の［４］および［５］以外の場合 ただし、βは任意の数である。等に分けて行っても良
い。つまり、外乱除去を行いたいその外乱のタイプ（一
次側か二次側か等）や周波数によって、場合分けをすれ
ば良い。さらに、先のフィルタの種類は、ローパスフィ
ルタ、ハイパスフィルタ、ノッチフィルタ、バンドパス
フィルタ等の単独か、それらの組合せかで決定すると良
い。

【００３１】（ステップ６） 最後に、フィルタ・ゲイ
ン決定手段８で得られた結果に自動的に、フィルタ種
類，フィルタ定数，フィードバックゲインに変更して、
外乱を相殺するための外乱除去トルクＴd をトルク指令
値Ｔref へフィードバックさせ、サーボモータ２への実
トルク指令値Ｔrqを生成している。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１な
いし請求項４の発明によれば、各軸のイナーシシャを算
出し、機械の固有振動数を計算し、振動データと速度デ
ータから、外乱の種類を判定し、その外乱に対してフィ
ルタの種類とフィルタ定数とフィードバックゲインの値
を、それぞれ自動的に最適に設定できるため、サーボモ
ータ側に作用する一次側外乱にも、減速機側の二次側外
乱のどちらにも対応ができ、サーボモータの発生する振
動と減速機が発生する振動の両方を大幅に低減すること
が可能であるという特段の効果がある。また、一つのフ
ィルタでは位相がずれてしまい逆に振動が大きくなると
いう問題を、完全に解決することが可能であって、この
分野に益するところ大きい。さらに、本発明の請求項５
の発明によれば、ノイズの大きいときにはモータ速度指
令値を使用し、応答の遅れが問題になるときはモータの
実速度を使用し、実際の負荷により計算する必要のある
ときは、オブザーバ計算結果である負荷速度推定値を使
用することができるので、制御用途に応じて外乱抑制が
可能になると言う顕著な効果を有する。さらにまた、本
発明の請求項６の発明によれば、外乱の種類に応じて任
意のフィルタを選択できるのため、どのような特性のフ
ィルタでも設定することが可能であり、全ての特性の外
乱に対して効果を発揮することができる。そして本発明
の請求項７の発明によれば、高次のフィルタの替わり
に、ある周波数でのゲインと位相が合うような低次のフ
ィルタで同等の処理が行えるため、処理時間の短縮とプ
ログラムの簡素化が行えるという優れた効果も備える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１ [請求項１] における制
御構成を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態２ [請求項２〜請求項４の
手段を統合した形態] における制御構成を示すブロック
図

【図３】本発明の実施の形態２における処理の様子を示
す処理フローチャート

【図４】本発明の実施の形態２での二次側外乱に対する
フィルタの設定方法の一例を示し、 (a) はオブザーバでの推定値・点線波形であるときにハ
イパスフィルタで30度進みの補償をかけたときの波形図 (b) は150 度遅れフィルタでの補償をかけたときの波形
図 (c) は図４(b) のフィルタで補償後、符号を反転させた
ときの波形図

【図５】一般的な従来例としての位置・速度制御部（位
置の比例制御、速度の比例・積分制御）と機械系（メ
カ）を２慣性系の近似モデルで置いた制御ブロック図

【図６】具体的数値[ 位置ループゲインＫp ＝10、速度
ループゲインＫv ＝2 、速度ループ積分ゲインＫi ＝5
0、モータイナーシャＪm ＝0.0002、減速機バネ定数Ｋ
＝150000、減速比Ｎ＝100]で二次側外乱ｄ2 を相殺する
外乱除去トルクＴd の設定値を示す伝達関数の周波数特
性のボード線図

【図７】図７は、従来例１としての特許第2569152 号・
サーボ制御方法における回路構成を示すブロック図

【図８】従来例２としての特開平2-199502号・外乱推定
オブザーバによるサーボ制御方法の回路構成のブロック
図

【図９】従来例３としての特開平3-17703 号・速度依存
型外乱推定オブザーバによるゼロイング方法の回路構成
を示すブロック図

【図１０】従来例４としての特開平7-337058号・オープ
ンループ振動抑制方法の回路構成を示すブロック図

【符号の説明】

１ 速度・位置制御部 ２ サーボモータ ３ 減速機 ４ 制御対象（例えばロボットアーム） ５ オブザーバ計算部 ６ フィルタ ７ ゲイン設定手段 ８ フィルタ・ゲイン決定手段 ９ 外乱判定手段 10 固有振動数計算手段 11 速度データ 12 振動データ記憶手段 13 イナーシャ頴娃産手段 14 バネ定数記憶手段 15 減算器 Ｏobs オブザーバ計算部からの外乱推定値 53 減速機バネ定数 (従来例) 76 ハイパスフィルタ 86 高周波除去フィルタ 98 指令速度 106 ハイパスフィルタもしくはバンドパスフィルタ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボモータを使用して減速機を介して
   制御対象を駆動する駆動装置であって、前記サーボモー
   タを位置制御または速度制御する位置・速度制御部と、
   前記サーボモータまたは前記制御対象に作用する外乱を
   推定計算するオブザーバ計算部と、算出された外乱推定
   値にフィルタ処理を施すフィルタ処理部を有し、フィル
   タ処理を施した後の外乱推定値にフィードバックゲイン
   を乗じた後、前記サーボモータのトルク指令値にフィー
   ドバックするサーボ制御方法において、 前記駆動装置の速度データと固有振動数から、前記サー
   ボモータ側に作用する一次側外乱と前記制御対象に作用
   する二次側外乱のどちらを除去するかを判断し、 その判断結果を基に、 前記フィルタ処理部のフィルタの種類とフィルタ定数
   と、 前記フィードバックゲインの値を決定し、 前記フィルタの種類とフィルタ定数と、前記フィードバ
   ックゲインの値を自動的に変更し前記制御対象を駆動す
   ることを特徴とするサーボ制御方法。
2. 【請求項２】 前記サーボモータ側に作用する一次側外
   乱と前記制御対象に作用する二次側外乱のどちらを除去
   するかを判断する際に、予めメモリに記憶しておいた振
   動データを使用することを特徴とする請求項１記載のサ
   ーボ制御方法。
3. 【請求項３】 前記振動データは、予めメモリに記憶し
   ておいた前記サーボモータ１回転に発生する振動の数
   と、前記減速機１回転に発生する振動の数であることを
   特徴とする請求項２記載のサーボ制御方法。
4. 【請求項４】 前記固有振動数は、前記サーボモータに
   作用するイナーシャの値を計算し、この計算されたイナ
   ーシャ計算値と減速機のバネ定数の値から求められるこ
   とを特徴とする請求項１記載のサーボ制御方法。
5. 【請求項５】 前記速度データは、前記サーボモータへ
   のモータ指令速度かモータ実速度か、オブザーバで計算
   されるモータ速度推定値または負荷速度推定値のいずれ
   かであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のい
   ずれかの項に記載のサーボ制御方法。
6. 【請求項６】 前記フィルタの種類は、ローパスフィル
   タか、ハイパスフィルタか、ノッチフィルタか、バンド
   パスフィルタかの単独あるいはそれらの組合せであるこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかの項
   に記載のサーボ制御方法。
7. 【請求項７】 前記フィルタの種類として、理論式から
   計算された高次の伝達関数の周波数特性を近似したフィ
   ルタを使用することを特徴とする請求項１ないし請求項
   ６のいずれかの項に記載のサーボ制御方法。
8. 【請求項８】 サーボモータを使用して減速機を介して
   制御対象を駆動する駆動装置であって、前記サーボモー
   タを位置制御または速度制御する位置・速度制御部と、
   前記サーボモータまたは前記制御対象に作用する外乱を
   推定計算するオブザーバ計算部と、算出された外乱推定
   値にフィルタ処理を施すフィルタ処理部を有し、フィル
   タ処理を施した後の外乱推定値にフィードバックゲイン
   を乗じた後、前記サーボモータのトルク指令値にフィー
   ドバックするサーボ制御方法において、 前記駆動装置の速度データを与える手段と、 前記駆動装置の固有振動数を計算する固有振動数計算手
   段と、 前記駆動装置の速度データと固有振動数から、前記サー
   ボモータ側に作用する一次側外乱と前記制御対象に作用
   する二次側外乱のどちらを除去するかを判断する外乱判
   定手段と、 前記判断結果を基に、前記フィルタ処理部のフィルタの
   種類とフィルタ定数と、前記フィードバックゲインの値
   を決定するフィルタ・ゲイン決定手段と、 前記フィルタ・ゲイン決定手段からの決定出力により前
   記フィルタの種類とフィルタ定数と、前記フィードバッ
   クゲインの値を自動的に変更し前記制御対象を駆動する
   手段とを具備したことを特徴とするサーボ制御装置。
9. 【請求項９】 前記固有振動数計算手段には、前記サー
   ボモータに作用するイナーシャの値を計算するイナーシ
   ャ計算手段と、前記減速機のバネ定数を記憶しておくバ
   ネ定数記憶手段とを設け、 前記外乱判定手段には、前記サーボモータ１回転に発生
   する振動数と、前記減速機１回転に発生する振動数とを
   予めその内部に記憶しておく振動データ記憶手段を備え
   ることを特徴とする請求項８記載のサーボ制御装置。