JP2003274684A - サーボ制御装置 - Google Patents
サーボ制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】指令から理想的な実機では検出できない状態量
を算出し、模擬的に負荷位置信号を作り出すことで、振
動系メカの負荷を指令に高速に追従させ、尚且つ振動せ
ずに動作させることが可能になるサーボ制御装置を提供
する。 【解決手段】位置指令をもとに実機で検出できない状態
量を算出する状態量算出器6と、モータ3の位置と状態量
計算値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信
号算出器7と、位置指令と負荷位置信号とを入力として
速度指令を出力する予測制御器1と、速度指令と検出器4
で検出されたモータ3の速度をもとにモータ3を駆動する
ためのトルク指令を算出する速度制御器2とを有する。
を算出し、模擬的に負荷位置信号を作り出すことで、振
動系メカの負荷を指令に高速に追従させ、尚且つ振動せ
ずに動作させることが可能になるサーボ制御装置を提供
する。 【解決手段】位置指令をもとに実機で検出できない状態
量を算出する状態量算出器6と、モータ3の位置と状態量
計算値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信
号算出器7と、位置指令と負荷位置信号とを入力として
速度指令を出力する予測制御器1と、速度指令と検出器4
で検出されたモータ3の速度をもとにモータ3を駆動する
ためのトルク指令を算出する速度制御器2とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば工作機械に
おけるテーブルや産業用ロボットにおけるアームなどの
ような負荷機械を駆動するモータを制御するサーボ制御
装置に関するものである。
おけるテーブルや産業用ロボットにおけるアームなどの
ような負荷機械を駆動するモータを制御するサーボ制御
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】予測制御は、予測モデルを用いて未来の
制御対象の出力を推定し、未来の偏差に基づいた評価関
数Ｊが最小になるように制御対象へ入力する制御入力ｖ
(i)を算出するものである。従来例の予測制御装置とし
て、特許第3175877号「予見制御装置」がある。従来の
構成を図１０に基づいて説明する。図１０の１は位置指
令とモータ位置を入力し、それらの未来偏差が小さくな
るような速度指令を出力する予測制御器である。２は速
度指令とモータ速度を用いてトルク指令値を作成する速
度制御器である。トルク指令値は３のモータに指令され
モータが動作する。実際にはトルク指令値とモータの間
に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速度ループ
に比べて応答が十分速く無視できるため、本説明では省
略するものとする。モータの位置と速度は４の検出器に
より検出される。速度は位置の差分を制御サンプリング
周期で割ったものを用いる。このようにして、従来は、
指令とモータ位置の未来偏差が小さくなるように制御さ
れていた。
制御対象の出力を推定し、未来の偏差に基づいた評価関
数Ｊが最小になるように制御対象へ入力する制御入力ｖ
(i)を算出するものである。従来例の予測制御装置とし
て、特許第3175877号「予見制御装置」がある。従来の
構成を図１０に基づいて説明する。図１０の１は位置指
令とモータ位置を入力し、それらの未来偏差が小さくな
るような速度指令を出力する予測制御器である。２は速
度指令とモータ速度を用いてトルク指令値を作成する速
度制御器である。トルク指令値は３のモータに指令され
モータが動作する。実際にはトルク指令値とモータの間
に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速度ループ
に比べて応答が十分速く無視できるため、本説明では省
略するものとする。モータの位置と速度は４の検出器に
より検出される。速度は位置の差分を制御サンプリング
周期で割ったものを用いる。このようにして、従来は、
指令とモータ位置の未来偏差が小さくなるように制御さ
れていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、制御対象が剛体である場合や、指令に対して追
従させたい状態量が検出できる状態量である場合は問題
ないが、例えば、モータと負荷の結合箇所におけるばね
要素が無視できない場合は、検出されるモータの挙動
と、負荷の挙動が異なるため、指令とモータの偏差を小
さくすると、負荷は、指令と全く違う動作をしたり、振
動が発生したりするという問題があった。本発明の目的
は、上記課題を解決することができ、制御対象がばね要
素を含む振動系であり、制御したい状態量が直接検出で
きない場合でも、指令と負荷の偏差を小さくし、且つ、
振動が発生しないサーボ制御装置を提供することであ
る。
法では、制御対象が剛体である場合や、指令に対して追
従させたい状態量が検出できる状態量である場合は問題
ないが、例えば、モータと負荷の結合箇所におけるばね
要素が無視できない場合は、検出されるモータの挙動
と、負荷の挙動が異なるため、指令とモータの偏差を小
さくすると、負荷は、指令と全く違う動作をしたり、振
動が発生したりするという問題があった。本発明の目的
は、上記課題を解決することができ、制御対象がばね要
素を含む振動系であり、制御したい状態量が直接検出で
きない場合でも、指令と負荷の偏差を小さくし、且つ、
振動が発生しないサーボ制御装置を提供することであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１のサーボ制
御装置は、位置指令に基づいて負荷を駆動するモータ
と、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを
備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置
において、前記位置指令をもとに実機で検出できない状
態量を算出する状態量算出器と、前記検出器で検出され
た前記モータの位置と前記状態量計算値を入力とし、負
荷位置信号を出力する負荷位置信号算出器と、前記位置
指令と前記負荷位置信号とを入力として速度指令を出力
する予測制御器と、前記速度指令と前記検出器で検出さ
れたモータの速度をもとに前記モータを駆動するための
トルク指令を算出する速度制御器とを有することを特徴
とするものである。本発明の第２のサーボ制御装置は、
位置指令に基づいて負荷を駆動するモータと、前記モー
タの位置および速度を検出する検出器とを備え、前記負
荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置において、前
記検出器で検出された前記モータの位置または速度と、
トルク指令からモータ位置推定値とモータ速度推定値、
或いはそのどちら一方を算出するオブザーバと、前記位
置指令をもとに実機で検出できない状態量を算出する状
態量算出器と、前記モータ位置推定値と前記状態量計算
値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信号算
出器と、前記位置指令と前記負荷位置信号とを入力とし
て速度指令を出力する予測制御器と、前記速度指令と前
記モータ速度推定値をもとに前記モータを駆動するため
のトルク指令を算出する速度制御器とを有することを特
徴とするものである。本発明の第３のサーボ制御装置
は、前記予測制御器は、前記速度指令から前記負荷位置
までの特性が所望のものになるような伝達関数モデルを
予測モデルとして用いることを特徴とするものである。
本発明の第４のサーボ制御装置は、前記状態量算出器
は、フィルタと、実機のイナーシャやばね定数に基づい
たゲインとを有することを特徴とするものである。本発
明の第５のサーボ制御装置は、前記状態量算出器は、予
測モデルと実機のイナーシャやばね定数に基づいたゲイ
ンと、前記予測制御と同様の処理を行う予測制御器とを
有することを特徴とするものである。本発明の第６のサ
ーボ制御装置は、前記モータの位置または速度と、前記
トルク指令値が入力され、状態量推定値を算出し出力す
るオブザーバを備え、前記状態量推定値をもとに補償信
号を算出し、前記速度制御器へ前記補償信号を加算する
ことを特徴とするものである。本発明の第７のサーボ制
御装置は、前記状態量算出器で算出した状態量計算値か
ら前記オブザーバで推定した状態量推定値を減じた値を
もとに補償信号を算出し、前記速度制御器へ加算するこ
とを特徴とするものである。本発明の第７のサーボ制御
装置は、前記位置指令をもとに速度フィードフォワード
補償信号とトルクフィードフォワード補償信号を作成す
るフィードフォワード制御器を備え、前記速度フィード
フォワード補償信号と前記トルクフィードフォワード補
償信号を前記速度制御器へ加算することを特徴とするも
のである。
御装置は、位置指令に基づいて負荷を駆動するモータ
と、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを
備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置
において、前記位置指令をもとに実機で検出できない状
態量を算出する状態量算出器と、前記検出器で検出され
た前記モータの位置と前記状態量計算値を入力とし、負
荷位置信号を出力する負荷位置信号算出器と、前記位置
指令と前記負荷位置信号とを入力として速度指令を出力
する予測制御器と、前記速度指令と前記検出器で検出さ
れたモータの速度をもとに前記モータを駆動するための
トルク指令を算出する速度制御器とを有することを特徴
とするものである。本発明の第２のサーボ制御装置は、
位置指令に基づいて負荷を駆動するモータと、前記モー
タの位置および速度を検出する検出器とを備え、前記負
荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置において、前
記検出器で検出された前記モータの位置または速度と、
トルク指令からモータ位置推定値とモータ速度推定値、
或いはそのどちら一方を算出するオブザーバと、前記位
置指令をもとに実機で検出できない状態量を算出する状
態量算出器と、前記モータ位置推定値と前記状態量計算
値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信号算
出器と、前記位置指令と前記負荷位置信号とを入力とし
て速度指令を出力する予測制御器と、前記速度指令と前
記モータ速度推定値をもとに前記モータを駆動するため
のトルク指令を算出する速度制御器とを有することを特
徴とするものである。本発明の第３のサーボ制御装置
は、前記予測制御器は、前記速度指令から前記負荷位置
までの特性が所望のものになるような伝達関数モデルを
予測モデルとして用いることを特徴とするものである。
本発明の第４のサーボ制御装置は、前記状態量算出器
は、フィルタと、実機のイナーシャやばね定数に基づい
たゲインとを有することを特徴とするものである。本発
明の第５のサーボ制御装置は、前記状態量算出器は、予
測モデルと実機のイナーシャやばね定数に基づいたゲイ
ンと、前記予測制御と同様の処理を行う予測制御器とを
有することを特徴とするものである。本発明の第６のサ
ーボ制御装置は、前記モータの位置または速度と、前記
トルク指令値が入力され、状態量推定値を算出し出力す
るオブザーバを備え、前記状態量推定値をもとに補償信
号を算出し、前記速度制御器へ前記補償信号を加算する
ことを特徴とするものである。本発明の第７のサーボ制
御装置は、前記状態量算出器で算出した状態量計算値か
ら前記オブザーバで推定した状態量推定値を減じた値を
もとに補償信号を算出し、前記速度制御器へ加算するこ
とを特徴とするものである。本発明の第７のサーボ制御
装置は、前記位置指令をもとに速度フィードフォワード
補償信号とトルクフィードフォワード補償信号を作成す
るフィードフォワード制御器を備え、前記速度フィード
フォワード補償信号と前記トルクフィードフォワード補
償信号を前記速度制御器へ加算することを特徴とするも
のである。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図に基づいて説
明する。本実施例では、制御対象は２慣性系で近似でき
るものとする。図１は、本発明の第１の実施例を説明す
る構成図である。１は位置指令XREFと負荷位置信号XLを
入力し、未来の負荷位置偏差が小さくなるような速度指
令VREFを出力する予測制御器である。ここで、負荷位置
信号XLは、モータ位置XMと、６の状態量算出器の出力で
ある検出できない状態量XS_Cを用いて負荷位置信号算出
器７により計算されたものである。本実施例では制御対
象が２慣性系の場合について説明するため、検出できな
い状態量XS_Cはねじれ角であればよい。ねじれ角とは、
モータと負荷の変位差のことである。ただし、制御対象
が２慣性系以外の場合は、検出できない状態量は様々で
あり、ねじれ角に限定されるものではなく、例えば、機
械が設置されている台の変位等でも良い。２は速度指令
VREFと、モータ速度VMを用いてトルク指令TREFを作成す
る速度制御器である。トルク指令TREFは、３のモータに
指令されモータが動作する。実際にはトルク指令値とモ
ータの間に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速
度ループに比べて応答が十分速く無視できるため、本説
明では省略するものとする。モータの位置XMと速度VMは
４の検出器により検出される。本実施例では、速度VMは
位置XMの差分を制御サンプリング周期Tsで割ったものを
用いる。ただし、これに限定されるものではなく、例え
ば、これ以外の近似微分を用いて速度を求めてもよい
し、速度検出器を用いて直接速度を求めても良い。６は
状態量算出器であり、位置指令XREFを入力とし、本制御
を用いてモータを動作させたときに負荷が振動しないよ
うな、理想的なねじれ角計算値XS_Cを算出するものとす
る。
明する。本実施例では、制御対象は２慣性系で近似でき
るものとする。図１は、本発明の第１の実施例を説明す
る構成図である。１は位置指令XREFと負荷位置信号XLを
入力し、未来の負荷位置偏差が小さくなるような速度指
令VREFを出力する予測制御器である。ここで、負荷位置
信号XLは、モータ位置XMと、６の状態量算出器の出力で
ある検出できない状態量XS_Cを用いて負荷位置信号算出
器７により計算されたものである。本実施例では制御対
象が２慣性系の場合について説明するため、検出できな
い状態量XS_Cはねじれ角であればよい。ねじれ角とは、
モータと負荷の変位差のことである。ただし、制御対象
が２慣性系以外の場合は、検出できない状態量は様々で
あり、ねじれ角に限定されるものではなく、例えば、機
械が設置されている台の変位等でも良い。２は速度指令
VREFと、モータ速度VMを用いてトルク指令TREFを作成す
る速度制御器である。トルク指令TREFは、３のモータに
指令されモータが動作する。実際にはトルク指令値とモ
ータの間に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速
度ループに比べて応答が十分速く無視できるため、本説
明では省略するものとする。モータの位置XMと速度VMは
４の検出器により検出される。本実施例では、速度VMは
位置XMの差分を制御サンプリング周期Tsで割ったものを
用いる。ただし、これに限定されるものではなく、例え
ば、これ以外の近似微分を用いて速度を求めてもよい
し、速度検出器を用いて直接速度を求めても良い。６は
状態量算出器であり、位置指令XREFを入力とし、本制御
を用いてモータを動作させたときに負荷が振動しないよ
うな、理想的なねじれ角計算値XS_Cを算出するものとす
る。
【０００６】最初に、６の状態量算出器の処理について
説明する。状態量算出器６は、本制御を用いてモータを
動作させたときに振動しない、理想的なねじれ角計算値
XS_Cを算出するものであるため、実現手段は問わない。
ここでは、代表的な２種類の方法を説明する。 （方法１）フィルタを用いた方法 位置指令XREFを図６の１３に示す５次のローパスフィル
タに入力する。フィルタ１３は、理想的な負荷位置XL_C
を出力する。算出された振動しない理想的な負荷位置XL
_Cを二階微分（s2）して、負荷イナーシャJLとばね定数K
からなるゲイン１４を用いて,理想的なねじれ角XS_Cを
式（１）を用いて計算する。
説明する。状態量算出器６は、本制御を用いてモータを
動作させたときに振動しない、理想的なねじれ角計算値
XS_Cを算出するものであるため、実現手段は問わない。
ここでは、代表的な２種類の方法を説明する。 （方法１）フィルタを用いた方法 位置指令XREFを図６の１３に示す５次のローパスフィル
タに入力する。フィルタ１３は、理想的な負荷位置XL_C
を出力する。算出された振動しない理想的な負荷位置XL
_Cを二階微分（s2）して、負荷イナーシャJLとばね定数K
からなるゲイン１４を用いて,理想的なねじれ角XS_Cを
式（１）を用いて計算する。
【０００７】
【数１】
【０００８】ここで、XL_C (2)はXL_Cのニ階微分を表す
ものとする。
ものとする。
【０００９】（方法２）予測モデルを用いた方法
図７に示すように、３次のフィルタ１５と１つの積分器
からなる予測モデルを用い、図１の１と同一の予測制御
器1’を用いて予測モデルを制御する構成にする。予測
制御器1’は、位置指令XREFを入力とし、速度指令VREF_
Cを出力する。予測モデルに速度指令VREF_Cが入力され
る構成になる。そして、算出された振動しない理想的な
負荷速度VL_Cを一階微分（s）して、負荷イナーシャJL
とばね定数Kからなるゲイン１４を用いて, 理想的なね
じれ角XS_Cを式（２）を用いて計算する。
からなる予測モデルを用い、図１の１と同一の予測制御
器1’を用いて予測モデルを制御する構成にする。予測
制御器1’は、位置指令XREFを入力とし、速度指令VREF_
Cを出力する。予測モデルに速度指令VREF_Cが入力され
る構成になる。そして、算出された振動しない理想的な
負荷速度VL_Cを一階微分（s）して、負荷イナーシャJL
とばね定数Kからなるゲイン１４を用いて, 理想的なね
じれ角XS_Cを式（２）を用いて計算する。
【００１０】
【数２】
【００１１】次に予測制御器１へ入力する負荷位置信号
XLを、モータ位置XMと理想的なねじれ角計算値XS_Cを用
いて負荷位置信号算出器内部で式（３）により算出す
る。
XLを、モータ位置XMと理想的なねじれ角計算値XS_Cを用
いて負荷位置信号算出器内部で式（３）により算出す
る。
【００１２】
【数３】
【００１３】次に予測制御器１について説明する。予測
制御器１は、制御対象の出力が目標指令に一致するよう
に、今回のサンプリングをi番目とした時、先読み区間
をM1からMとし、検出遅れKと、重み係数ｗmと、重み係
数αと、重み係数Cと、重み係数Cdと、今回の位置偏差e
(i-K)と、ｍ個先の偏差の予測値e*(i+m)と、今回の制御
入力v（i）と、v（i）の制御周期Ts毎の増分値Δv（i）
とから構成される評価関数J
制御器１は、制御対象の出力が目標指令に一致するよう
に、今回のサンプリングをi番目とした時、先読み区間
をM1からMとし、検出遅れKと、重み係数ｗmと、重み係
数αと、重み係数Cと、重み係数Cdと、今回の位置偏差e
(i-K)と、ｍ個先の偏差の予測値e*(i+m)と、今回の制御
入力v（i）と、v（i）の制御周期Ts毎の増分値Δv（i）
とから構成される評価関数J
【００１４】
【数４】
【００１５】が最小になるように、制御入力v(i)を決定
すればよい。例えば、特許第3175877号「予見制御装
置」に記載されている実施例１の方法を用いると、位置
指令r(i)の制御周期Ts毎の増分値Δr(i)と、制御対象の
出力y (k)の制御周期Ts毎の増分値Δy(i)を用いた次式
すればよい。例えば、特許第3175877号「予見制御装
置」に記載されている実施例１の方法を用いると、位置
指令r(i)の制御周期Ts毎の増分値Δr(i)と、制御対象の
出力y (k)の制御周期Ts毎の増分値Δy(i)を用いた次式
【００１６】
【数５】
【００１７】によりv(i)を算出することになる。ここ
で、Na、Nb、vm, pn、gn、E は予測モデルと各重み係
数の値から計算される変数であり、計算方法は、特許第
3175877号「予見制御装置」の中で詳しく説明されてい
る。式（５）中、rが位置指令XREFであり、yが負荷位置
信号XLであり、vが予測制御器からの出力である速度指
令VREFにあたる。このように式（５）を計算することに
より速度指令VREFを求める。
で、Na、Nb、vm, pn、gn、E は予測モデルと各重み係
数の値から計算される変数であり、計算方法は、特許第
3175877号「予見制御装置」の中で詳しく説明されてい
る。式（５）中、rが位置指令XREFであり、yが負荷位置
信号XLであり、vが予測制御器からの出力である速度指
令VREFにあたる。このように式（５）を計算することに
より速度指令VREFを求める。
【００１８】次に、速度制御器２内の処理について説明
する。速度制御器２内の制御手法は限定されないので、
どのような方法を用いてトルク指令TREFを算出しても良
い。例えば一般的な例として、比例積分制御を行う場合
は、速度指令VREFとモータ速度VMの偏差に、速度ループ
ゲインKvを乗じ、その後積分ゲインKiを乗じて積分処理
したものとを用いて、トルク指令TREFは式（６）のよう
に計算される。
する。速度制御器２内の制御手法は限定されないので、
どのような方法を用いてトルク指令TREFを算出しても良
い。例えば一般的な例として、比例積分制御を行う場合
は、速度指令VREFとモータ速度VMの偏差に、速度ループ
ゲインKvを乗じ、その後積分ゲインKiを乗じて積分処理
したものとを用いて、トルク指令TREFは式（６）のよう
に計算される。
【００１９】
【数６】
【００２０】ここで、ｓはラプラス演算子を表す。した
がって、積分は1/sで表される。このようにして得られ
た、トルク指令TREFをモータへの指令として与えればよ
い。
がって、積分は1/sで表される。このようにして得られ
た、トルク指令TREFをモータへの指令として与えればよ
い。
【００２１】次に第２の実施例について図２に基づいて
説明する。第２の実施例では第１の実施例にオブザーバ
８、状態推定値フィードバックゲインG９を追加したも
のである。このように、オブザーバで推定した状態量の
推定値にゲインGを乗じて補償信号を作成し、速度制御
器に入力する処理を加えている。この実施例の場合、速
度制御器内部の処理は、図８の（a）もしくは図８（b）
に示すようにトルク指令値TREFを計算することになる。
また、ここで補償信号としているものは、一つではな
く、例えば、負荷位置推定値、負荷速度推定値、ねじれ
角推定値、ねじれ角速度推定値、外乱推定値などのうち
のどれか一つか、あるいは、それら二つ以上の組みあわ
せでも良い。
説明する。第２の実施例では第１の実施例にオブザーバ
８、状態推定値フィードバックゲインG９を追加したも
のである。このように、オブザーバで推定した状態量の
推定値にゲインGを乗じて補償信号を作成し、速度制御
器に入力する処理を加えている。この実施例の場合、速
度制御器内部の処理は、図８の（a）もしくは図８（b）
に示すようにトルク指令値TREFを計算することになる。
また、ここで補償信号としているものは、一つではな
く、例えば、負荷位置推定値、負荷速度推定値、ねじれ
角推定値、ねじれ角速度推定値、外乱推定値などのうち
のどれか一つか、あるいは、それら二つ以上の組みあわ
せでも良い。
【００２２】次に第３の実施例について図３に基づいて
説明する。第３の実施例では、第２の実施例に１０の減
算器を追加し、オブザーバで推定した状態量と同じ、理
想的な状態量を６の状態量算出器で計算し、理想的な状
態量計算値と状態量推定値の差にゲインGを乗じたもの
を補償信号とするものである。理想的な状態量の例とし
ては、負荷位置XL_C、負荷速度VL_C、ねじれ角XS_C、ね
じれ角速度VS_Cのうちのどれか一つか、あるいは、それ
ら二つ以上の組みあわせが考えられる。理想的な負荷位
置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cの算出方法は、図６、図
７の説明の際に説明済みである。また、理想的な負荷速
度VL_C、理想的なねじれ角速度VS_Cは、理想的な負荷位
置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cをそれぞれ、一階微分し
て求める。
説明する。第３の実施例では、第２の実施例に１０の減
算器を追加し、オブザーバで推定した状態量と同じ、理
想的な状態量を６の状態量算出器で計算し、理想的な状
態量計算値と状態量推定値の差にゲインGを乗じたもの
を補償信号とするものである。理想的な状態量の例とし
ては、負荷位置XL_C、負荷速度VL_C、ねじれ角XS_C、ね
じれ角速度VS_Cのうちのどれか一つか、あるいは、それ
ら二つ以上の組みあわせが考えられる。理想的な負荷位
置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cの算出方法は、図６、図
７の説明の際に説明済みである。また、理想的な負荷速
度VL_C、理想的なねじれ角速度VS_Cは、理想的な負荷位
置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cをそれぞれ、一階微分し
て求める。
【００２３】
【数７】
【００２４】速度制御器に関しては、第２の実施例と同
様である。
様である。
【００２５】次に第４の実施例について図４に基づいて
説明する。第４の実施例は、第３の実施例に１１のフィ
ードフォワード制御器を追加したものである。フィード
フォワード制御器内部では、どのような制御を行っても
良い。例えば単純に、位置指令XREFを1階微分したもの
を速度FF補償信号VFFとし、位置指令を２階微分したも
のにモータイナーシャJmを乗じたものを、トルクFF補償
信号TFFとすればよい。また、例えば、状態量算出器６
と全く同様の計算を行い、理想的な負荷位置XL_C、理想
的な負荷速度VL_C、理想的なねじれ角XS_C、理想的なね
じれ角速度VS_Cを求め、それらを用いて、式（９）、式
（１０）のように速度FF補償信号VFFとトルクFF補償信
号TFFを導き出してもよい。
説明する。第４の実施例は、第３の実施例に１１のフィ
ードフォワード制御器を追加したものである。フィード
フォワード制御器内部では、どのような制御を行っても
良い。例えば単純に、位置指令XREFを1階微分したもの
を速度FF補償信号VFFとし、位置指令を２階微分したも
のにモータイナーシャJmを乗じたものを、トルクFF補償
信号TFFとすればよい。また、例えば、状態量算出器６
と全く同様の計算を行い、理想的な負荷位置XL_C、理想
的な負荷速度VL_C、理想的なねじれ角XS_C、理想的なね
じれ角速度VS_Cを求め、それらを用いて、式（９）、式
（１０）のように速度FF補償信号VFFとトルクFF補償信
号TFFを導き出してもよい。
【００２６】
【数８】
【００２７】この場合、速度制御器の処理は図９の
（a）または図９（b）のようになる。ここでは、第３の
実施例に１１のフィードフォワード制御器を追加した形
を説明したが、実施例１あるいは実施例２、この後説明
する実施例５に１１のフィードフォワード制御器を追加
した構成を行っても良い。
（a）または図９（b）のようになる。ここでは、第３の
実施例に１１のフィードフォワード制御器を追加した形
を説明したが、実施例１あるいは実施例２、この後説明
する実施例５に１１のフィードフォワード制御器を追加
した構成を行っても良い。
【００２８】次に第５の実施例について図５に基づいて
説明する。第５の実施例は、第１の実施例に１２のオブ
ザーバを追加したものである。このように、検出された
モータ位置XM、モータ速度VMの代わりに、オブザーバの
モータ位置推定値XM_OBS、モータ速度推定値VM_OBSを使
用する。このようにすれば、検出器の分解能による量子
化誤差や、演算遅れの影響を軽減できる。ここでは、第
１の実施例に１２のオブザーバを追加したものを説明し
たが、実施例２から実施例４にオブザーバ１２を追加し
て同様の処理を行っても良い。
説明する。第５の実施例は、第１の実施例に１２のオブ
ザーバを追加したものである。このように、検出された
モータ位置XM、モータ速度VMの代わりに、オブザーバの
モータ位置推定値XM_OBS、モータ速度推定値VM_OBSを使
用する。このようにすれば、検出器の分解能による量子
化誤差や、演算遅れの影響を軽減できる。ここでは、第
１の実施例に１２のオブザーバを追加したものを説明し
たが、実施例２から実施例４にオブザーバ１２を追加し
て同様の処理を行っても良い。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたように本発明の第１のサーボ
制御装置によれば、指令から理想的な、実機で検出でき
ない状態量を算出し、模擬的に負荷位置信号を作り出す
ことで、振動系メカの負荷を指令に高速に追従させ、尚
且つ振動せずに動作させることが可能になる。また、第
２のサーボ制御装置によれば、オブザーバを用いること
で、実機の減衰率を大きくすることができ、さらに、振
動しにくい制御が実現できる。また、オブザーバが推定
する状態量推定値のフィードバックゲインを適当に設定
することで、モデル化誤差があった場合も、その影響を
上手く打ち消すことが可能になるという効果も得られ
る。また、第３のサーボ制御装置によれば、指令から計
算された理想的な状態量とオブザーバが算出する状態量
推定値が一致するように作用するため、モデル化誤差が
あった場合に、さらに、積極的に誤差による影響を小さ
くするように働くため、モデル化誤差の影響をさらに上
手く打ち消すことが可能になるという効果が得られる。
また、第４のサーボ制御装置によれば、フィードフォワ
ード補償と併用して制御系が構成されるため、フィード
バック制御のみでは補償することができない振動が発生
した場合や、共振などによりフィードバックゲインが高
く設定できない時に応答を上げたい場合なども、問題な
く制御することが可能である。また、第５のサーボ制御
装置によれば、検出されたモータ位置、モータ速度の代
わりに、オブザーバのモータ位置推定値、モータ速度推
定値をフィードバックに使用するため、検出器の分解能
による量子化誤差や、演算遅れの影響を軽減できるとい
う効果が得られる。
制御装置によれば、指令から理想的な、実機で検出でき
ない状態量を算出し、模擬的に負荷位置信号を作り出す
ことで、振動系メカの負荷を指令に高速に追従させ、尚
且つ振動せずに動作させることが可能になる。また、第
２のサーボ制御装置によれば、オブザーバを用いること
で、実機の減衰率を大きくすることができ、さらに、振
動しにくい制御が実現できる。また、オブザーバが推定
する状態量推定値のフィードバックゲインを適当に設定
することで、モデル化誤差があった場合も、その影響を
上手く打ち消すことが可能になるという効果も得られ
る。また、第３のサーボ制御装置によれば、指令から計
算された理想的な状態量とオブザーバが算出する状態量
推定値が一致するように作用するため、モデル化誤差が
あった場合に、さらに、積極的に誤差による影響を小さ
くするように働くため、モデル化誤差の影響をさらに上
手く打ち消すことが可能になるという効果が得られる。
また、第４のサーボ制御装置によれば、フィードフォワ
ード補償と併用して制御系が構成されるため、フィード
バック制御のみでは補償することができない振動が発生
した場合や、共振などによりフィードバックゲインが高
く設定できない時に応答を上げたい場合なども、問題な
く制御することが可能である。また、第５のサーボ制御
装置によれば、検出されたモータ位置、モータ速度の代
わりに、オブザーバのモータ位置推定値、モータ速度推
定値をフィードバックに使用するため、検出器の分解能
による量子化誤差や、演算遅れの影響を軽減できるとい
う効果が得られる。
【図１】本発明の第１の方法を説明する図
【図２】本発明の第２の方法を説明する図
【図３】本発明の第３の方法を説明する図
【図４】本発明の第４の方法を説明する図
【図５】本発明の第５の方法を説明する図
【図６】本発明の状態量算出器内部の処理の例１を説明
する図
する図
【図７】本発明の状態量算出器内部の処理の例２を説明
する図
する図
【図８】本発明の第２、第３の方法の速度制御器の処理
を説明する図
を説明する図
【図９】本発明の第４の方法の速度制御器の処理を説明
する図
する図
【図１０】従来の方法を説明する図
1：予測制御器
2：速度制御器
3：モータ
4：検出器
5：負荷
6：状態量算出器
7：負荷位置信号算出器
8：状態量を算出するオブザーバ
9：状態推定値フィードバックゲイン
10：減算器
11：フィードフォワード制御器
12：モータ位置推定値および速度推定値を算出するオブ
ザーバ
ザーバ
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H004 GA04 GA09 GB16 GB20 HA07
HA08 HB07 HB08 JA07 JB11
JB21 KA32 KA33 KB02 KB04
KB32 KC02 KC24 LA03 MA12
5H550 AA18 DD01 GG01 GG03 JJ04
JJ22 JJ24 JJ26 KK04 LL01
LL23 LL34
Claims (8)
- 【請求項１】位置指令に基づいて負荷を駆動するモータ
と、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを
備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置
において、前記位置指令をもとに実機で検出できない状
態量を算出する状態量算出器と、前記検出器で検出され
た前記モータの位置と前記状態量計算値を入力とし、負
荷位置信号を出力する負荷位置信号算出器と、前記位置
指令と前記負荷位置信号とを入力として速度指令を出力
する予測制御器と、前記速度指令と前記検出器で検出さ
れたモータの速度をもとに前記モータを駆動するための
トルク指令を算出する速度制御器とを有することを特徴
とするサーボ制御装置。 - 【請求項２】位置指令に基づいて負荷を駆動するモータ
と、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを
備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置
において、前記検出器で検出された前記モータの位置ま
たは速度と、トルク指令からモータ位置推定値とモータ
速度推定値、或いはそのどちら一方を算出するオブザー
バと、前記位置指令をもとに実機で検出できない状態量
を算出する状態量算出器と、前記モータ位置推定値と前
記状態量計算値を入力とし、負荷位置信号を出力する負
荷位置信号算出器と、前記位置指令と前記負荷位置信号
とを入力として速度指令を出力する予測制御器と、前記
速度指令と前記モータ速度推定値をもとに前記モータを
駆動するためのトルク指令を算出する速度制御器とを有
することを特徴とするサーボ制御装置。 - 【請求項３】前記予測制御器は、前記速度指令から前記
負荷位置までの特性が所望のものになるような伝達関数
モデルを予測モデルとして用いることを特徴とする請求
項１乃至２記載のサーボ制御装置。 - 【請求項４】前記状態量算出器は、フィルタと、実機の
イナーシャやばね定数に基づいたゲインとを有すること
を特徴とする請求項１乃至３記載のサーボ制御装置。 - 【請求項５】前記状態量算出器は、予測モデルと実機の
イナーシャやばね定数に基づいたゲインと、前記予測制
御と同様の処理を行う予測制御器とを有することを特徴
とする請求項１乃至３記載のサーボ制御装置。 - 【請求項６】前記モータの位置または速度と、前記トル
ク指令値が入力され、状態量推定値を算出し出力するオ
ブザーバを備え、前記状態量推定値をもとに補償信号を
算出し、前記速度制御器へ前記補償信号を加算すること
を特徴とする請求項１乃至５記載のサーボ制御装置。 - 【請求項７】前記状態量算出器で算出した状態量計算値
から前記オブザーバで推定した状態量推定値を減じた値
をもとに補償信号を算出し、前記速度制御器へ加算する
ことを特徴とする請求項１乃至６記載のサーボ制御装
置。 - 【請求項８】前記位置指令をもとに速度フィードフォワ
ード補償信号とトルクフィードフォワード補償信号を作
成するフィードフォワード制御器を備え、前記速度フィ
ードフォワード補償信号と前記トルクフィードフォワー
ド補償信号を前記速度制御器へ加算することを特徴とす
る請求項１から請求項７記載のサーボ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002067268A JP4038659B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | サーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002067268A JP4038659B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | サーボ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003274684A true JP2003274684A (ja) | 2003-09-26 |
| JP4038659B2 JP4038659B2 (ja) | 2008-01-30 |
Family
ID=29198708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002067268A Expired - Fee Related JP4038659B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | サーボ制御装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4038659B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013505489A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | 化学的エンジニアリング工程を制御する明確なスイッチを有する二自由度制御方法 |
| CN113809960A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-12-17 | 西安理工大学 | 无负载转矩观测器的永磁同步电机模型预测速度控制方法 |
| CN117614334A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-27 | 中智电气南京有限公司 | 一种基于智能模型的伺服电机转动惯量控制系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106325302B (zh) * | 2015-06-17 | 2020-03-13 | 电子科技大学 | 一种移动物体位置跟踪平台、跟踪装置及跟踪方法 |
-
2002
- 2002-03-12 JP JP2002067268A patent/JP4038659B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN117614334B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-03-26 | 中智电气南京有限公司 | 一种基于智能模型的伺服电机转动惯量控制系统及方法 |
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