JP2002006903A - サーボ系の残留振動抑制方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定ループゲインでモータを駆動しつつ、残
留振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑
制方式を提供する。 【解決手段】 トルク制御器３の出力とエンコーダ５の
出力とに基づき、モータ４及び負荷６の状態を推測する
第一のオブザーバ７の出力と、制御偏差に基づき、モー
タ４及び負荷６の状態を推測する第二のオブザーバ９の
出力を掛け算して、その掛け算した値をトルク制御器３
へネガティブフィードバックさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボ系の残留振
動抑制方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、サーボ（制御）系のモータの回転
状態を検出する手段であるロータリエンコーダの出力及
びモータの巻線からの出力をオブザーバ（状態観測器）
を介して、トルクループ（加速度ループ）、すなわち速
度制御器の後段、トルク（加速度ないし電流）制御器の
前段、へとフィードバックさせ、制御系の負荷の残留振
動を抑制する方法があった。この従来の方法は、モータ
の操作量（前記トルク制御器の出力）と検出可能なモー
タの状態量である前記ロータリエンコーダの出力とモー
タの該巻線出力から、負荷またはモータの状態（速度ま
たは加速度）を推定するオブザーバを使い、該オブザー
バの出力をサーボ系の所定ループへとフィードバックさ
せることで残留振動を抑制する、というものである。し
かし、この従来の残留振動抑制方式では、制御対象であ
る負荷（機械）の剛性が低い場合、ループゲインを高く
すると残留振動が発生し易くなるという欠点があった。
一般に、ループゲインを上げれば上げるほど、制御入力
とロータリエンコーダ出力との位相差が−１８０度に近
づき、いわゆる位相余有が少なくなり、サーボ系は振動
的になる。つまり、高ゲインに対して敏感になる。従来
の残留振動抑制方式では、機械の剛性の強度によって
は、その機械の動作で望まれるほどのループゲインでも
って、モータを駆動すると、残留振動が無視できないほ
どの大きさになるということである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、次の課題を
解決することを目的とする。従来、所定ループゲインで
モータを駆動した場合、残留振動が無視できないほど発
生するような負荷を持つサーボ系であっても、上記した
従来のオブザーバを前記サーボ系に使用しながら、残留
振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑制
方式を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るサーボ系の
残留振動抑制方式は、上記した課題を解決したものであ
り、請求項１の発明は、次のようなものである。位置制
御器の後段に速度制御器、前記速度制御器の後段にトル
ク制御器、前記速度制御器の後段にモータ、前記モータ
の後段に負荷を設け、前記モータの角速度検出手段を具
備し、前記角速度検出手段の出力を前記位置制御器にフ
ィードバックさせているサーボ系において、前記モータ
の巻線からの出力と前記角速度検出手段の出力とに基づ
き、前記モータまたは前記負荷の状態を推測する第一の
オブザーバを設けるとともに、前記サーボ系への制御入
力（値）から前記角速度検出手段の出力値を減算したも
のである制御偏差に基づき、前記モータまたは前記負荷
の状態を推測する第二のオブザーバを設け、前記第一の
オブザーバの出力と前記第二のオブザーバの出力を掛け
算して、その掛け算した値を前記トルク制御器へネガテ
ィブフィードバックさせるように構成されている。

【０００５】請求項２の発明は、請求項１記載のサーボ
系の残留振動抑制方式において、前記第二のオブザーバ
は、絶対値演算器、不感帯演算器、掛け算器、飽和器及
びローパスフィルタを含むものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るサーボ系の
残留振動抑制方式の実施の形態を示すブロック図であ
る。本発明のサーボ系の主構成要件（主構成要素）は、
従来と同様、制御入力（または、目標値ないし設定値入
力）の後段に、いわゆる伝達要素として、位置制御器
１、速度制御器２、トルク制御器３及びモータ４が位置
している。モータ４の後段には、負荷６が接続されてい
るとともに、モータ４の回転状態（例、回転速度）を検
出するための角速度検出手段たるエンコーダ５（例、光
学式ロータリエンコーダ）が設けられている。エンコー
ダ５の出力は、位置制御器１、及び必要なら微分器（図
示せず）を介して速度制御器２へと、それぞれネガティ
ブフィードバックさせ、それぞれ、位置ループ１０及び
速度ループ１１を形成させている。この点も従来と同様
である。なお、図中、円で表されている制御要素は、い
わゆる加え合わせ点であり、加減算を行う部位である。

【０００７】本発明が従来と異なる点は、第一のオブザ
ーバ７（この内部構成は従来技術通り）の出力と第二の
オブザーバ９の出力を掛け算したもの（積算出力）をト
ルク制御器３へとネガティブフィードバックさせること
である。なお、本明細書でいう第二のオブザーバ９とい
うのは、振動制御器のことであり、第一のオブザーバの
ゲイン調整する機能を果たす伝達要素のことである。本
発明を実施するには、トルク制御器３、モータ４、エン
コーダ５、第一のオブザーバ７、掛け算器８、そしてト
ルク制御器３へと戻り、トルクループ１２を形成させな
ければならない。一方において、従来同様、モータ４の
巻線出力１８は第一のオブザーバ７へ出力される必要が
あり、また、巻出力は、トルク制御器３へとフィードバ
ックさせることが望ましい。第一のオブザーバ７は、従
来と同様、モータ４の巻線出力１８とエンコーダ５の出
力（モータ４の角速度）を取り込んで、モータ４または
負荷６の状態（例、トルク、回転速度など）を推定し
て、後段へと出力する。当然、残留振動を無くしたり、
減少させたりするためには、モータが停止状態のとき、
この第一のオブザーバ７の出力が０またはほとんど０で
なければならない。しかし、現実には、残留振動が発生
するサーボ系では、モータ４が停止状態であっても、第
一のオブザーバ７の出力が０とはならない。

【０００８】この不具合への対策として、例えば、第一
のオブザーバ７の内部パラメータを再設定するなどし
て、第一のオブザーバ７の内部を適当に調節することが
考えられる。しかし、この方策では、モータ４を動かし
ている状態、すなわち、加速制御、減速制御及び定速制
御の際に悪影響が出てくる恐れがある。モータ４を動か
している状態では、第一のオブザーバ７によって、（と
もかくも）理想的な制御がなされているのに、第一のオ
ブザーバ７の内部パラメータを変更してしまうのは、適
当ではないと考えられる。

【０００９】そこで、本発明では、第一のオブザーバ７
のほうは、特にいじらず、その出力を第二のオブザーバ
９の出力と掛け算して、その積算出力をネガティブフィ
ードバックさせて、トルクループ１２を形成させる方式
を採った。第二のオブザーバ９は、モータ４が動いてい
るときは、ゲイン１ないしゲイン１に近い数値を出力す
るとともに、モータ４が停止しているときは、ゲイン０
または０に集束していくようなゲイン値を出力するもの
である。

【００１０】例えば、第二のオブザーバ９には、制御偏
差（制御入力からエンコーダ出力を減算したもの）の後
段に、絶対値演算器１３、不感帯演算器１４、アンプ１
５、飽和器１６及びローパスフィルタ１７（一次遅れ要
素）を設けたものを使うことによって、モータ４の駆動
状態に応じた、第一のオブザーバ７の出力値のゲイン調
整ができる。

【００１１】絶対値演算器１３は、第二のオブザーバ９
から負のゲインが出力されることを防止するために設け
ている。不感帯演算器１４は、その入力値（制御偏差）
が所定値以上のときは比例制御器として働き、その入力
値が所定値以下のときは、ゲイン０を出力するように働
く、伝達要素である。アンプ１５は、第二のオブザーバ
９のゲイン調整のためのもので、単純に増幅器として働
く。飽和器１６は、ゲイン１以上の出力が後段に出力さ
れないように設けている。モータ４を駆動しているとき
に、本来の制御目的のために必要なゲイン以上に高いゲ
インがトルク制御器３からモータ４へ出力されないよう
にするためである。ローパスフィルタ１７は、一次遅れ
要素そのものであり、モータ４停止後に、徐々に、第二
のオブザーバ９を設けたことの効果が効いてくるように
するための伝達要素として設けている。つまり、掛け算
器８の出力は、急激にゲインが０になるのではなく、モ
ータ停止後、ある割合でもってゲイン０へ向かって減少
していくのである

【００１２】図２は、本発明に係るサーボ系の残留振動
抑制方式の実施の一形態を示すブロック図である。本発
明に係るサーボ系は、制御偏差を第二のオブザーバ９へ
取り込ませるとともに、第一のオブザーバ７の出力と第
二のオブザーバ９の出力を掛け算したものをトルク制御
器３に、ネガティブフィードバックさせるものであれば
よく、位置制御器１、速度制御器２及びトルク制御器３
の実際の構成は、当業者の設計上の選択事項である。例
えば、位置制御器１及び速度制御器２に、それぞれ比例
制御要素Ｋａ及び比例制御要素Ｋｂをバイパスさせて、
位置制御器１及び速度制御器２の後ろ側において、その
出力に対して加算または減算させてもよい。このような
ことは、応答を素早くしたり、応答が過敏にならないよ
うに、サーボ系において、普通に行われている。つま
り、本発明は、位置制御器１、速度制御器２、トルク制
御器３及び第一のオブザーバ７など、従来から用いられ
ているサーボ系の伝達要素については、それらの構成に
係りなく実施できるということである。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方
式は、上述してきたように構成されているので、以下に
記載する効果を奏する。所定ループゲインでモータ４を
駆動した場合、残留振動が無視できないほど発生するよ
うな負荷６を持つサーボ系であっても、従来の第一のオ
ブザーバ７をそのまま使用することができる。残留振動
の原因の一つである位相余有が少ないことによる僅少ゲ
インに対する敏感性を、モータ４停止時において、余分
に残有しているゲインを徐々に０にしていく効果を持つ
第二のオブザーバ９を設け、第一のオブザーバ７の出力
と第二のオブザーバ９の出力を掛け算したものをモータ
４のトルク制御に直接的に係るトルク制御器３へとネガ
ティブフィードバックさせているので、モータ４駆動時
に悪影響を及ぼすことなく、モータ４停止時の余分なゲ
インから起因する残留振動を減少させることができるサ
ーボ系の残留振動抑制方式を提供することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実
施の形態を示すブロック図

【図２】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実
施の一形態を示すブロック図

【符号の説明】

１ 位置制御器 ２ 速度制御器 ３ トルク制御器 ４ モータ ５ エンコーダ ６ 負荷 ７ 第一のオブザーバ ８ 掛け算器 ９ 第二のオブザーバ １０ 位置ループ １１ 速度ループ １２ トルクループ １３ 絶対値演算器 １４ 不感帯演算器 １５ アンプ １６ 飽和器 １７ ローパスフィルタ １８ 巻線出力 Ｋａ、Ｋｂ 比例制御要素

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置制御器の後段に速度制御器、前記速
   度制御器の後段にトルク制御器、前記速度制御器の後段
   にモータ、前記モータの後段に負荷を設け、前記モータ
   の角速度検出手段を具備し、前記角速度検出手段の出力
   を前記位置制御器にフィードバックさせているサーボ系
   において、 前記モータの巻線からの出力と前記角速度検出手段の出
   力とに基づき、前記モータまたは前記負荷の状態を推測
   する第一のオブザーバを設けるとともに、 前記サーボ系への入力指令である制御入力から前記角速
   度検出手段の出力値を減算したものである制御偏差に基
   づき、前記モータまたは前記負荷の状態を推測する第二
   のオブザーバを設け、 前記第一のオブザーバの出力と前記第二のオブザーバの
   出力を掛け算して、その掛け算した値を前記トルク制御
   器へネガティブフィードバックさせるように構成したこ
   とを特徴とするサーボ系の残留振動抑制方式。
2. 【請求項２】 前記第二のオブザーバは、絶対値演算
   器、不感帯演算器、掛け算器、飽和器及びローパスフィ
   ルタを含むものである請求項１記載のサーボ系の残留振
   動抑制方式。