JP2008217410A - Actuator controller and actuator control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To cooperatively control actuators while control tracking between respective axes without any delay with respect to an instruction value based on a robust acceleration control system when an actuator is saturated. <P>SOLUTION: This actuator controller is provided with an acceleration control system 1 applying robust acceleration control to actuators 2, a tracking control system 20 controlling tracking of the actuators 2, a torque current limiter 95 regulating an acceleration instruction current I<SB>FFi</SB>of a feedfoward component for restricting a current reference value I<SP>ref</SP>to the actuator 2 to be a previously set maximum current value I<SB>MAX</SB>or less, and a delay regulation means 86 correcting an acceleration/deceleration torque current I<SB>FBi</SB>of a feedback component and the acceleration instruction current I<SB>FFi</SB>of the feedforward component according to a position instruction regulation rate γ(n+1)<SB>i</SB>for cooperatively controlling the actuators 2 between the respective axes. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、トルク飽和などの発生時にも、各軸で被制御物を遅れなく軌跡追従制御させることができるアクチュエータ制御装置およびアクチュエータ制御方法に関する。   The present invention relates to an actuator control apparatus and an actuator control method that can control the tracking of a controlled object on each axis without delay even when torque saturation occurs.

近年、産業界における各種工作機械や半導体製造装置、またはロボット等の位置決め制御に代表されるモーションコントロール装置では、生産性向上を目的とした高速で高精度な制御が求められている。さらに、システム全体の低コスト化の要求から、こうした位置決め機構に、ワット数の小さなACサーボモータと安価なボールねじを用いた送り駆動系のアクチュエータが多く使用されている。従来のシステムでは、特にモータの始動時と制動時にモータがトルク飽和を引き起こすため、複数のアクチュエータにより各軸で被制御物を動作させるシステムにおいては、各軸間の被制御物を協調して動作させることができずに、目標となる軌跡追従ができないという問題がある。そのため、こうした問題を解決するべく、所望の制御特性を満足するためのトルク飽和対策技術が多く行なわれてきた。   2. Description of the Related Art In recent years, motion control devices typified by positioning control of various machine tools, semiconductor manufacturing devices, and robots in the industry are demanded for high-speed and high-precision control for the purpose of improving productivity. Furthermore, in order to reduce the cost of the entire system, a feed drive system actuator using an AC servo motor with a small wattage and an inexpensive ball screw is often used for such a positioning mechanism. In the conventional system, the motor causes torque saturation especially when the motor is started and braked. Therefore, in a system in which controlled objects are operated on each axis by multiple actuators, the controlled objects between the axes operate in a coordinated manner. There is a problem that the target locus cannot be tracked. Therefore, in order to solve these problems, many torque saturation countermeasure techniques for satisfying desired control characteristics have been performed.

図16は、こうした対策を施したサーボ系のシステム構成の一例を示したものである。ここでは、制御対象となるサーボモータ501が、制御装置502から与えられる電流値Iによって駆動される。制御装置502は、減算器503〜505と、位置コントローラ506と、速度コントローラ507と、電流コントローラ508と、電流リミッタ509とからなり、サーボモータ501への電流値Iを監視する局部的な電流制御ループ511の外側に、サーボモータ501の位置θを監視する位置制御ループ512と、サーボモータ501の応答速度(角速度)ωを監視する速度制御ループ513とを各々備えて構成される。 FIG. 16 shows an example of a system configuration of a servo system to which such measures are taken. Here, the servo motor 501 to be controlled is driven by the current value I given from the control device 502. The control device 502 includes subtracters 503 to 505, a position controller 506, a speed controller 507, a current controller 508, and a current limiter 509, and performs local current control for monitoring the current value I to the servo motor 501. the outer loop 511, the position control loop 512 for monitoring the position theta m of the servo motor 501, and each comprise a speed control loop 513 which monitors the response speed (angular velocity) omega m of the servo motor 501.

そして、ここでの制御装置502は、サーボモータ501の実際の位置θと、目標となる位置参照値θrefとの位置偏差を減算器503で算出して、この位置偏差を位置コントローラ506で速度参照値ωrefに変換する。速度参照値ωrefとサーボモータ501の実際の応答速度ωとの偏差は、位置コントローラ506の後段に接続した減算器504で算出され、速度コントローラ507で電流参照値Irefに変換される。さらに、この電流参照値Irefと、サーボモータ501に与えられる実際の電流値Iとの偏差が、後述する電流リミッタ509の後段に接続した減算器505で算出され、これがサーボモータ501への制御信号すなわち電流値Iとして電流コントローラ508から出力される。これによって、サーボモータ501の実際の位置θが、制御装置502に与えられる位置参照値θrefに追従するように、サーボモータ501への制御が行なわれる。 The control device 502 here calculates a position deviation between the actual position θ m of the servo motor 501 and the target position reference value θ ref by the subtractor 503, and this position deviation is calculated by the position controller 506. Convert to speed reference value ω ref . A deviation between the speed reference value ω ref and the actual response speed ω m of the servo motor 501 is calculated by a subtractor 504 connected to the subsequent stage of the position controller 506, and converted into a current reference value I ref by the speed controller 507. Further, a deviation between the current reference value I ref and an actual current value I given to the servo motor 501 is calculated by a subtracter 505 connected to a later stage of a current limiter 509 described later, and this is a control for the servo motor 501. A signal, that is, a current value I is output from the current controller 508. As a result, the servo motor 501 is controlled such that the actual position θ m of the servo motor 501 follows the position reference value θ ref given to the control device 502.

また、この一連の制御で、速度コントローラ507で変換された電流参照値Irefが一定の範囲を超えないように、この速度コントローラ507と減算器505との間には電流リミッタ509が接続される。これにより、サーボモータ501がトルク飽和を起こしそうな電流参照値Irefが速度コントローラ507から出力された場合でも、電流リミッタ509によってサーボモータ501への電流値Iは一定の範囲内に抑制され、サーボモータ501のトルク飽和を防ぐことができる。 In addition, a current limiter 509 is connected between the speed controller 507 and the subtractor 505 so that the current reference value I ref converted by the speed controller 507 does not exceed a certain range in this series of controls. . Thereby, even when the current reference value I ref that the servo motor 501 is likely to cause torque saturation is output from the speed controller 507, the current value I to the servo motor 501 is suppressed by the current limiter 509 within a certain range. Torque saturation of the servo motor 501 can be prevented.

そして、こうしたトルク飽和対策技術は、上記図16に示す例だけでなく、例えば特許文献1などにも開示されている。   Such a torque saturation countermeasure technique is disclosed not only in the example shown in FIG. 16 but also in Patent Document 1, for example.

一方、本願出願人などは、モータを代表とするアクチュエータを加速度指令で駆動させる加速度制御系(加速度コントローラ)を実現し、これによる高速高性能のサーボ制御系の実装を提案してきた。加速度制御系は高速な制御を可能にするが、その反面、モータへの操作量の電流指令や電圧指令が制限される(飽和する)ことがよくある。そのため、従来の特許文献1や上記図16に提示されるような手法は、全て位置サーボや速度サーボを前提とした技術であるため、動的な遅れが生じたり、トルク指令の向きが変わるなどして、加速度制御系に対する対策としては不十分なものであった。
特開平7−62052号公報
On the other hand, the applicant of the present application has realized an acceleration control system (acceleration controller) that drives an actuator represented by a motor with an acceleration command, and has proposed the implementation of a high-speed and high-performance servo control system. Although the acceleration control system enables high-speed control, on the other hand, the current command and voltage command of the operation amount to the motor are often limited (saturated). For this reason, the conventional methods as shown in Patent Document 1 and FIG. 16 are all techniques based on position servo and speed servo, so that dynamic delay occurs, the direction of the torque command changes, etc. As a countermeasure against the acceleration control system, it was insufficient.
JP-A-7-62052

このように、従来のトルク飽和対策は、速度PI制御系に基づく手法であったため、ロバスト加速度制御系を前提とした制御システムには必ずしも適さない場合が多い。   Thus, since the conventional countermeasure against torque saturation is a method based on the speed PI control system, it is often not always suitable for a control system based on a robust acceleration control system.

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ロバスト加速度制御系に基づき、アクチュエータの飽和時に指令値に対して遅れのない軌跡追従制御を各軸間で行ないつつ、協調動作を行なうことが可能なアクチュエータ制御装置およびアクチュエータ制御方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is based on a robust acceleration control system, while performing tracking control between each axis without delay with respect to a command value when the actuator is saturated, while performing coordinated operation. It is an object to provide an actuator control device and an actuator control method capable of performing the above.

上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータ制御装置は、各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置であって、前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御部と、前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従制御部と、前記フィードバック成分の電流参照値,前記フィードフォワード成分の電流参照値,および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流リミッタと、各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整部と、をそれぞれ備えている。   In order to solve the above-described problems, an actuator control device according to the present invention is an actuator control device that individually controls the operation of a plurality of actuators that move on each axis, and includes a disturbance observer that estimates a disturbance to the actuator. The disturbance estimated value obtained by the disturbance observer is converted into a disturbance compensation current, and an acceleration control unit that performs robust acceleration control of the actuator based on a current reference value to the actuator that is feedback-compensated with the disturbance compensation current, and the actuator In order to perform trajectory tracking control, a trajectory tracking control unit that calculates a current reference value of a feedback component and a current reference value of a feedforward component, a current reference value of the feedback component, a current reference value of the feedforward component, and the disturbance Actuator with total compensation current In order to limit the current reference value to the predetermined maximum current value or less, a current limiter that adjusts the current reference value of the feedforward component and the feedforward to coordinately control the actuator between the axes. And an adjustment unit for correcting the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component from the adjustment rate obtained when adjusting the current reference value of the component.

上記アクチュエータ制御装置においては、前記外乱オブザーバの極を無限大にするのが好ましい。   In the actuator control apparatus, it is preferable that the pole of the disturbance observer is infinite.

また、前記各軸の電流リミッタは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整するのが好ましい。   The current limiter for each axis calculates the adjustment rate of the position command so that the actuator does not deviate from the trajectory on all axes when the actuator is saturated with current on any one axis. It is preferable to adjust the current reference value of the feedforward component for each axis using the rate.

具体的に、前記各軸の電流リミッタは、前記i軸目のフィードバック成分の電流参照値をIFBi,前記i軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をIFFi,前記i軸目の外乱補償電流をIRBi,前記i軸目のアクチュエータへの電流参照値をI ref,前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をIMAXとしたときに、前記ロバスト制御を維持するための前記i軸目の現サンプルnの最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを次の式で算出し、 Specifically, the current limiter of each axis includes the current reference value of the i-axis feedback component as I FBi , the current reference value of the i-axis feedforward component as I FFi , and the i-axis disturbance compensation. The i-axis for maintaining the robust control when the current is I RBi , the current reference value to the i-th axis actuator is I i ref , and the maximum torque current of the motor constituting the actuator is I MAX. Calculate the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the current sample n of the eye using the following formula:

前記フィードフォワード成分の電流参照値IFFiと前記フィードバック成分の電流参照値IFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からi軸目の最大加速度θ・・ max(n)iを算出して(但し、Kはトルク定数,Jniはi軸目の慣性モーメントのノミナル値)、 When the sum of the current reference value I FFi of the feed forward component and the current reference value I FBi of the feedback component is larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX, Acceleration θ ·· max (n) i is calculated (where K t is the torque constant, J ni is the nominal value of the moment of inertia of the i-axis),

前記位置指令の前記調整率γ(n+1)iを次の式で算出し(但し、Tsは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間,θ・res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd(n+1)はi軸目の次のサンプルにおける位置指令値,θcmd(n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)、 The adjustment rate γ (n + 1) i of the position command is calculated by the following formula (where Ts is the sampling time from the current sample to the next sample, θ · res (n) i is the current sample of the i-axis Speed response value, θ cmd (n + 1) i is a position command value in the next sample of the i-axis, θ cmd (n) i is a position command value in the current sample of the i-axis),

次に、各軸iの前記調整率γ(n+1)iの中から最小値γ(n+1)minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値I FFi(n)を、次の式から算出する(但し、Ktnはトルク定数のノミナル値,f(t)はi軸目の位置指令値の時間関数,θ res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd (n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)ことを特徴とする。
Next, the minimum value γ (n + 1) min is extracted from the adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i,
Values I to FFi (n) obtained by adjusting the current reference value of the feedforward component are calculated from the following equations (where K tn is the nominal value of the torque constant, and f i (t) is the position command for the i-th axis. The time function of the value, θ · i res (n) is a velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd i (n) is a position command value in the current sample on the i-axis).

さらに、前記各軸の調整部は、次の式から前記位置指令の調整率γ(n+1)に基づく次サンプルでの修正時間t(n+1)を算出し(但し、t(n)は現時間)、 Further, the adjustment unit of each axis calculates a correction time t to (n + 1) in the next sample based on the adjustment rate γ (n + 1) of the position command from the following equation (where t (n) is the current time) ),

この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するのが好ましい。   It is preferable to correct the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component based on the correction time.

本発明におけるアクチュエータ制御方法は、各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御方法であって、前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御ステップと、前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従ステップと、前記フィードバック成分の電流参照値,前記フィードフォワード成分の電流参照値,および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流制限ステップと、各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整ステップと、からなる。   The actuator control method according to the present invention is an actuator control method for individually controlling the operations of a plurality of actuators movable on each axis, and includes a disturbance observer for estimating a disturbance to the actuator, and the disturbance obtained by the disturbance observer An estimated value is converted into a disturbance compensation current, and an acceleration control step for robust acceleration control of the actuator based on a current reference value to the actuator feedback-compensated with the disturbance compensation current, and feedback for controlling the locus tracking of the actuator. A trajectory tracking step for calculating a current reference value of a component and a current reference value of a feedforward component; and a current reference value of the feedback component, a current reference value of the feedforward component, and the disturbance compensation current. Current A current limiting step for adjusting the current reference value of the feedforward component to limit the value to a preset maximum current value or less, and a current of the feedforward component for cooperative control of the actuator between the axes. An adjustment step of correcting the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component from the adjustment rate obtained when adjusting the reference value.

上記アクチュエータ制御方法においては、前記外乱オブザーバの極を無限大にするのが好ましい。   In the actuator control method, it is preferable that the pole of the disturbance observer is infinite.

また、前記電流制限ステップは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する。   Further, the current limiting step calculates the adjustment rate of the position command so that the actuator does not deviate from the trajectory on all axes when the actuator causes current saturation on any one axis, and calculates the adjustment rate. Use to adjust the current reference value of the feedforward component for each axis.

具体的には、前記i軸目のフィードバック成分の電流参照値をIFBi,前記i軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をIFFi,前記i軸目の外乱補償電流をIRBi,前記i軸目のアクチュエータへの電流参照値をI ref,前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をIMAXとしたときに、前記電流制限ステップは、各軸毎に前記ロバスト制御を維持するための前記i軸目の現サンプルnの最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを次の式で算出し、 Specifically, the current reference value of the i-axis feedback component is I FBi , the current reference value of the i-axis feedforward component is I FFi , the i-axis disturbance compensation current is I RBi , and i When the current reference value to the actuator on the axis is I i ref and the maximum torque current of the motor constituting the actuator is I MAX , the current limiting step is for maintaining the robust control for each axis. The maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the current sample n on the i-axis is calculated by the following equation:

前記フィードフォワード成分の電流参照値IFFiと前記フィードバック成分の電流参照値IFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からi軸目の最大加速度θ・・ max(n)iを算出して(但し、Kはトルク定数,Jniはi軸目の慣性モーメントのノミナル値)、 When the sum of the current reference value I FFi of the feed forward component and the current reference value I FBi of the feedback component is larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX, Acceleration θ ·· max (n) i is calculated (where K t is the torque constant, J ni is the nominal value of the moment of inertia of the i-axis),

前記位置指令の前記調整率γ(n+1)iを次の式で算出し(但し、Tsは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間,θ・res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd(n+1)はi軸目の次のサンプルにおける位置指令値,θcmd(n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)、 The adjustment rate γ (n + 1) i of the position command is calculated by the following formula (where Ts is the sampling time from the current sample to the next sample, θ · res (n) i is the current sample of the i-axis Speed response value, θ cmd (n + 1) i is a position command value in the next sample of the i-axis, θ cmd (n) i is a position command value in the current sample of the i-axis),

次に、各軸iの前記調整率γ(n+1)iの中から最小値γ(n+1)minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値I FFi(n)を、次の式から算出する(但し、Ktnはトルク定数のノミナル値,f(t)はi軸目の位置指令値の時間関数,θ res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd (n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)ことを特徴とする。
Next, the minimum value γ (n + 1) min is extracted from the adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i,
Values I to FFi (n) obtained by adjusting the current reference value of the feedforward component are calculated from the following equations (where K tn is the nominal value of the torque constant, and f i (t) is the position command for the i-th axis. The time function of the value, θ · i res (n) is a velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd i (n) is a position command value in the current sample on the i-axis).

さらに、前記調整ステップは、次の式から前記位置指令の調整率γ(n+1)に基づく次サンプルでの修正時間t(n+1)を算出し(但し、t(n)は現時間)、 Further, the adjustment step calculates a correction time t to (n + 1) in the next sample based on the adjustment rate γ (n + 1) of the position command from the following equation (where t (n) is the current time),

この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するのが好ましい。   It is preferable to correct the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component based on the correction time.

上記請求項1の装置および請求項6の方法によれば、アクチュエータに対する外乱を補償したロバストな加速度制御を実現しつつ、アクチュエータを目標値に軌跡追従させることで、ロバスト加速度制御に基づく高速モーションの軌跡追従制御が可能になる。しかも、このような制御の下で、アクチュエータ2への電流参照値が最大電流値を越えて飽和した場合に、特に次のサンプルでの位置に大きな影響を及ぼすフィードフォワード成分の電流参照値を適切に調整することで、電流飽和を起こしたアクチュエータを含めて、全ての軸でアクチュエータを軌跡から遅れないように追従制御することが可能になる。また、このフィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、軌跡追従制御システムや追跡制御ステップで算出するフィードバック成分の電流参照値およびフィードフォワード成分の電流参照値を修正して、各軸間でアクチュエータを協調動作させることが可能になる。   According to the apparatus of claim 1 and the method of claim 6, high-speed motion based on the robust acceleration control is achieved by causing the actuator to track the target value while realizing robust acceleration control that compensates for disturbance to the actuator. Trajectory tracking control is possible. In addition, under such control, when the current reference value to the actuator 2 exceeds the maximum current value and is saturated, the current reference value of the feedforward component that has a great influence on the position in the next sample is appropriate. By adjusting to, it is possible to perform follow-up control so that the actuators are not delayed from the trajectory on all axes including the actuators that have caused current saturation. In addition, the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component calculated by the trajectory tracking control system and the tracking control step are corrected from the adjustment rate obtained when adjusting the current reference value of the feedforward component. The actuator can be coordinated between the axes.

上記請求項2の装置および請求項7の方法によれば、アクチュエータへの加速度参照値から加速度応答値までの伝達関数を1とみなすことができ、目標指令値に対しアクチュエータがほぼ遅れなく追従して応答するので、ロバストな軌跡追従制御をより完全に実現できる。   According to the apparatus of claim 2 and the method of claim 7, the transfer function from the acceleration reference value to the acceleration response value to the actuator can be regarded as 1, and the actuator follows the target command value almost without delay. Therefore, robust trajectory tracking control can be realized more completely.

上記請求項3の装置および請求項8の方法によれば、各軸のアクチュエータ2を軌跡追従制御する上で必要なアクチュエータへの調整したフィードフォワード成分の電流参照値を、位置指令の調整率から簡単に算出できる。   According to the apparatus of claim 3 and the method of claim 8, the current reference value of the feedforward component adjusted to the actuator necessary for locus tracking control of the actuator 2 of each axis is obtained from the adjustment rate of the position command. Easy to calculate.

上記請求項4の装置および請求項9の方法によれば、飽和時にその軸の最大加速度電流を判定し、この判定結果から、アクチュエータに対するロバスト加速度制御を確実に行ないつつ、最適な位置指令の時間的縮小率である調整率γひいては調整したフィードフォワード成分の電流参照値を算出することが可能になる。   According to the apparatus of claim 4 and the method of claim 9, the maximum acceleration current of the axis is determined at the time of saturation, and from this determination result, robust acceleration control for the actuator is performed reliably, and the optimum position command time is determined. It is possible to calculate an adjustment rate γ that is a target reduction rate, and thus a current reference value of the adjusted feedforward component.

上記請求項5の装置および請求項10の方法によれば、前記位置指令の調整率から、全ての軸のアクチュエータを協調動作させる最適な軌跡指令の調整を行なうことが可能になる。   According to the apparatus of the fifth aspect and the method of the tenth aspect, it is possible to adjust the optimum trajectory command for cooperatively operating the actuators of all the axes from the adjustment rate of the position command.

以下、添付図面に基づいて、本発明における好適な実施例を詳細に説明する。先ず図1に基づき、本発明のアクチュエータ制御装置が適用する外乱オブザーバを用いたロバスト加速度制御系の一例を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, an example of a robust acceleration control system using a disturbance observer applied by the actuator control apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

同図において、1はロバスト加速度制御系の制御システムで、この加速度制御部たる加速度制御システム1は、制御対象であるアクチュエータ2に対して、外乱補償手段である外乱オブザーバ3による加速度次元での外乱トルク補償を行なうように構成される。エネルギーを動力に変換する可動可能なアクチュエータ2は、当該アクチュエータ2への外乱トルクTdisを推定する対象として設けられ、これはサーボモータなどの駆動源に電流値iを入力することにより動作するものである。アクチュエータ2には、実際の速度応答値θ res(以下、図や数式以外では、1階の微分を「」,2階の微分を「・・」として便宜上あらわし、対応する記号の後に併記する。)を電気的な速度応答信号に変換して検出出力するために、速度検出手段としての速度センサ4が装着される。なお、アクチュエータ2の実際の位置を検出して電気信号に変換する位置センサと、この位置センサからの検出信号を擬似微分して、推定した速度応答信号を得る擬似微分器とを、速度センサ4の代わりに用いてもよい。 In the figure, reference numeral 1 denotes a control system of a robust acceleration control system. The acceleration control system 1 serving as an acceleration control unit applies a disturbance in an acceleration dimension to a control target actuator 2 by a disturbance observer 3 serving as a disturbance compensation unit. It is configured to perform torque compensation. The movable actuator 2 that converts energy into motive power is provided as a target for estimating the disturbance torque T dis to the actuator 2, and this operates by inputting a current value i to a drive source such as a servo motor. It is. Actuator 2 has an actual speed response value θ · res (hereinafter, except for figures and formulas, the first-order differential is indicated as “ ” and the second-order differential is indicated as “ •• ” for convenience. ) Is converted into an electrical speed response signal and detected and output, a speed sensor 4 as a speed detecting means is attached. The speed sensor 4 includes a position sensor that detects the actual position of the actuator 2 and converts it into an electrical signal, and a pseudo-differentiator that obtains an estimated speed response signal by pseudo-differentiating the detection signal from the position sensor. It may be used instead of.

一方、外乱オブザーバ3は、アクチュエータ2への外乱を除去するための指令値として、外乱トルクの推定値^Tdis(以下、図や数式以外では、この推定値をあらわす「^」を、対応する記号の前に併記する)を算出する機能を有し、特にここでの推定値^Tdisは、外乱トルクTdisだけでなく、慣性変動トルクなどのパラメータ変動誤差も共に推定できる。具体的には、アクチュエータ2への操作量である電流値iを入力すると共に、速度センサ4からの速度応答値θ を入力して、これらの各値から外乱トルクの推定値^Tdisを算出し出力するもので、実際にはコンピュータのソフトウェアなどで構成される。外乱オブザーバ3は、前記アクチュエータ2と等価的な逆モデルが組み込まれ、前記電流値iをトルク(力)単位の第1信号に変換し、この第1信号と速度センサ4で検出した速度応答値θ・resを微分して得た第2信号とを比較した第3信号を出力する逆モデル部6と、この逆モデル部6での微分の際にカットオフ周波数を設定することにより形成され、前記逆モデル部6から低周波帯域の成分の第3信号を取り出し、これを外乱トルク推定値^Tdisとして出力するローパスフィルタ7と、により構成される。また8は、前記外乱トルク推定値^Tdisを、目標となる電流参照値Irefと同じ単位の外乱補償電流値Icmpに逆変換するトルク−電流変換手段であり、この外乱補償電流値Icmpと、基準となる加速度参照値θ・・refを加速度−電流変換手段9で変換して得た電流参照値Irefとを、加算器10で加算することで、アクチュエータ2に入力する前記電流値iを算出するようにしている。これにより、図1の各構成からなる加速度制御システム1では、外部からアクチュエータ2に加わる外乱トルクTdisの影響を除去することができる。 On the other hand, the disturbance observer 3 corresponds to an estimated value of disturbance torque ^ T dis (hereinafter, “^” representing this estimated value except for the figures and mathematical expressions) as a command value for removing disturbance to the actuator 2. In particular, the estimated value ^ T dis here can estimate not only the disturbance torque T dis but also parameter variation errors such as inertia variation torque. Specifically, the current value i that is the operation amount to the actuator 2 is input, and the speed response value θ · m from the speed sensor 4 is input, and the estimated value of the disturbance torque ^ T dis from these values. Is calculated and output, and is actually composed of computer software. The disturbance observer 3 incorporates an inverse model equivalent to the actuator 2, converts the current value i into a first signal in a torque (force) unit, and the speed response value detected by the first signal and the speed sensor 4. an inverse model unit 6 for outputting a third signal obtained by comparing the second signal obtained by differentiating θ · res , and setting a cutoff frequency upon differentiation in the inverse model unit 6; A low-pass filter 7 that extracts a third signal of a low-frequency band component from the inverse model unit 6 and outputs the third signal as a disturbance torque estimation value ^ T dis . Reference numeral 8 denotes torque-current conversion means for inversely converting the disturbance torque estimated value ^ T dis into a disturbance compensation current value I cmp in the same unit as the target current reference value I ref , and this disturbance compensation current value I The current input to the actuator 2 is added by adding the cmp and the current reference value I ref obtained by converting the reference acceleration reference value θ ·· ref by the acceleration-current conversion means 9 with the adder 10. The value i is calculated. Thereby, in the acceleration control system 1 which consists of each structure of FIG. 1, the influence of the disturbance torque Tdis added to the actuator 2 from the outside can be removed.

なお、アクチュエータ2は、入力した電流値iとトルク定数Kとの積で算出されるトルク値と、外乱トルクTdisとの偏差が、実際の出力トルク値となり、この出力トルク値を慣性モーメントJで除算したものが、実際に出力する(角)加速度応答値θ・・resとなる。また、アクチュエータ2からの前記速度応答値θ・resは、積分器11によって加速度応答値θ・・resを積分(1/s)した値となる。図1では、こうしたアクチュエータ2の動作が、前記積分器11を含む各構成要素で便宜的に示されている。 The actuator 2 includes a torque value calculated by the product of the input current value i and the torque constant K t, the deviation between the disturbance torque T dis, be the actual output torque values, the moment of inertia of the output torque value Dividing by J is the (angular) acceleration response value θ ·· res that is actually output. Further, the speed response value θ · res from the actuator 2 is a value obtained by integrating (1 / s) the acceleration response value θ ·· res by the integrator 11. In FIG. 1, the operation of the actuator 2 is shown for convenience in each component including the integrator 11.

ここで、図1に記載されている各構成要素内の記号を説明すると、Jはモータの慣性モーメントであり、Kはトルク定数であり、記号の後にある添え字は公称(ノミナル)値を意味する。また、外乱オブザーバ3のカットオフ周波数をgとすると、外乱トルク推定値^Tdisは、次の式で算出される。 Here, symbols in each component shown in FIG. 1 will be explained. J is a moment of inertia of the motor, K t is a torque constant, and a suffix n after the symbol is a nominal value. Means. Further, assuming that the cutoff frequency of the disturbance observer 3 is g, the disturbance torque estimated value ^ T dis is calculated by the following equation.

こうして、図1に示す加速度制御システム1では、外乱オブザーバ3で算出された外乱トルクの推定値^Tdisを、トルク−電流変換手段8で外乱補償Icmpに変換してフィードバック補償することにより、従来の電流制御系を基にして、簡単にロバストな加速度制御系を実現できる。 In this way, in the acceleration control system 1 shown in FIG. 1, the disturbance torque estimated value ^ T dis calculated by the disturbance observer 3 is converted into the disturbance compensation I cmp by the torque-current conversion means 8 to perform feedback compensation. Based on the conventional current control system, a simple and robust acceleration control system can be realized.

図1における加速度制御システム1は、外乱オブザーバ3の極(カットオフ周波数)gが無限大(g=∞)のときに、加速度参照値θ・・refから加速度応答値θ・・resに至る伝達関数を1とみなすことができる。図2は、図1のロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系のブロック線図を示しているが、ここでの軌跡追従制御部たる軌跡追従制御システム20は、目標(位置)指令値であるθcmdが時間関数であるので、一階微分器21によって速度指令値θ・cmdを目標指令値θcmdの関数の微分で求め、二階微分器22によって加速度指令値θ・・cmdを目標指令値θcmdの関数の2階微分で求めたフィードフォワード系の構成を有している。なお、前記図1における加速度制御システム1は、その主制御システム部23と積分器11とにより構成される。 1 is transmitted from the acceleration reference value θ ·· ref to the acceleration response value θ ·· res when the pole (cutoff frequency) g of the disturbance observer 3 is infinite (g = ∞). The function can be regarded as 1. FIG. 2 shows a block diagram of a trajectory tracking control system based on the robust acceleration control system of FIG. 1. The trajectory tracking control system 20 serving as a trajectory tracking control unit here is a target (position) command value. Since θ cmd is a time function, the speed command value θ · cmd is obtained by differentiation of the function of the target command value θ cmd by the first-order differentiator 21, and the acceleration command value θ ·· cmd is obtained by the second-order differentiator 22. It has a feedforward system configuration obtained by second-order differentiation of the function of θ cmd . The acceleration control system 1 in FIG. 1 includes the main control system unit 23 and the integrator 11.

また、軌跡追従制御システム20はフィードバック系の構成として、位置と速度の各制御ループを有しており、減算器24により得られる目標指令値θcmdと位置応答値θresとの偏差が、位置−速度変換手段25により位置制御系のゲインKpと乗算されて速度偏差値となり、この速度偏差値と一階微分器21によって得られた速度指令値θ・cmdが加算器26で加算され、さらに減算器27により、この加算した値と速度応答値θ・resとの偏差が算出される。そして、減算器27で得た偏差値は、速度−加速度変換手段28により速度制御系のゲインKvと乗算され、それにより求めた加速度偏差値と、二階微分器22によって得られた加速度指令値θ・・cmdが、加算器29で加算されることにより、加速度制御システム1への加速度参照値θ・・refが算出される。 The trajectory tracking control system 20 has a position and speed control loop as a feedback system, and the deviation between the target command value θ cmd and the position response value θ res obtained by the subtractor 24 is the position -The speed conversion means 25 multiplies the gain Kp of the position control system to obtain a speed deviation value. This speed deviation value and the speed command value θ · cmd obtained by the first-order differentiator 21 are added by the adder 26, and The subtractor 27 calculates a deviation between the added value and the speed response value θ · res . The deviation value obtained by the subtractor 27 is multiplied by the speed control system gain Kv by the speed-acceleration conversion means 28, and the acceleration deviation value obtained thereby and the acceleration command value θ obtained by the second-order differentiator 22 are obtained. .. Cmd is added by the adder 29 to calculate the acceleration reference value θ ... Ref to the acceleration control system 1.

なお、この加速度制御システム1を組み込んだ軌跡追従制御システム20では、速度制御ループの他に位置制御ループが設けられている関係で、アクチュエータ2には便宜的に速度応答値θ・resから位置応答値θresへの変換手段として積分器30が設けられていると共に、このアクチュエータ2の位置応答値θresを検出する位置検出手段として、位置センサ31が設けられる。 In the locus tracking control system 20 in which the acceleration control system 1 is incorporated, a position control loop is provided in addition to the speed control loop, so that the actuator 2 is provided with a position response from the speed response value θ · res for convenience. An integrator 30 is provided as means for converting to the value θ res, and a position sensor 31 is provided as position detection means for detecting the position response value θ res of the actuator 2.

図2では、位置指令値θcmdから位置応答値θresまでの伝達関数が、次の式で表わせる。 In FIG. 2, the transfer function from the position command value θ cmd to the position response value θ res can be expressed by the following equation.

上記数22より、アクチュエータ2の位置応答値θres,速度応答値θ・res,加速度応答値θ・・resは、それぞれ目標となる位置指令値θcmd,速度指令値θ・cmd,加速度指令値θ・・cmdにほとんど遅れなく追従する。したがって、この図2に示すようなシステムで、ロバスト加速度制御を実現する加速度制御システム1を用いて、多軸系(例えば、X−Yテーブル)の軌跡追従制御を行なうと、高速で高精度なモーション制御が可能になる。 From the above equation 22, the position response value θ res , speed response value θ · res , and acceleration response value θ ·· res of the actuator 2 are the target position command value θ cmd , speed command value θ · cmd , and acceleration command value, respectively. Follows θ ·· cmd almost without delay. Therefore, in the system as shown in FIG. 2, when the trajectory tracking control of a multi-axis system (for example, an XY table) is performed using the acceleration control system 1 that realizes robust acceleration control, high-speed and high-precision Motion control becomes possible.

次に、上述した図1や図2に示す加速度制御システム1に、モータの電流リミット(飽和)を考慮して、電流リミッタ41を組み込んだ場合の構成を図3に示す。従来の加速度制御系を基にして、外乱オブザーバ3を用いてロバスト加速度制御系の加速度制御システム1を構築した場合、アクチュエータ2に組み込まれたモータのトルク飽和を回避するために、加算器10で得られた電流参照値Irefと外乱補償電流値Icmpとを加算した電流値iを、一定の範囲内に制限する電流リミッタ41が設けられる。これにより、例えば高速な軌跡指令値や負荷条件によって、モータの最大トルクを超えるような電流値iが生じた場合には、電流リミッタ41で当該電流値iを一定の範囲内の値に制限してアクチュエータ2に出力することで、モータのトルク飽和を回避する。しかし、これまで通り電流次元でリミッタを考慮した場合には、電流飽和時においてアクチュエータ2に対しロバストな加速度制御を維持することが困難になる。 Next, FIG. 3 shows a configuration in which a current limiter 41 is incorporated in the acceleration control system 1 shown in FIGS. 1 and 2 in consideration of the motor current limit (saturation). When the acceleration control system 1 of the robust acceleration control system is constructed using the disturbance observer 3 based on the conventional acceleration control system, an adder 10 is used to avoid torque saturation of the motor incorporated in the actuator 2. A current limiter 41 is provided for limiting the current value i obtained by adding the obtained current reference value I ref and the disturbance compensation current value I cmp within a certain range. Thereby, for example, when a current value i exceeding the maximum torque of the motor is generated due to a high-speed trajectory command value or a load condition, the current limiter 41 limits the current value i to a value within a certain range. Output to the actuator 2 to avoid torque saturation of the motor. However, when the limiter is considered in the current dimension as before, it is difficult to maintain robust acceleration control for the actuator 2 when the current is saturated.

そこで、図4から図5に示すように、図3における外乱オブザーバ3を等価変換する。図4に示す等価変換図では、加速度−電流変換手段9によって、加速度参照値θ・・refをトルク定数のノミナル値Ktnで除算し、これを慣性モーメントのノミナル値Jnで乗算することで、電流参照値Irefを得る。電流リミッタ41は、この電流参照値Irefに対し作用する。電流リミッタ41を通過した電流参照値Irefは、電流−トルク変換手段42によってトルク定数のノミナル値Ktnと乗算され、この乗算した結果のトルク参照値と、外乱トルクTdisと等価的な要素43に示された数式の感度関数とを乗算した推定トルク値とを、等価的な減算器44により減算したものが、トルク−速度変換手段45に入力するアクチュエータ2のトルク応答値となる。トルク応答値は、トルク−速度変換手段45によって速度応答値θ・resに変換され、さらにこの速度応答値θ・resは、速度−位置変換手段である積分器30によって位置応答値θresに変換される。 Therefore, as shown in FIGS. 4 to 5, the disturbance observer 3 in FIG. 3 is equivalently converted. In the equivalent conversion diagram shown in FIG. 4, the acceleration-current conversion means 9 divides the acceleration reference value θ ·· ref by the nominal value K tn of the torque constant, and multiplies this by the nominal value J n of the moment of inertia. The current reference value I ref is obtained. The current limiter 41 acts on this current reference value I ref . The current reference value I ref that has passed through the current limiter 41 is multiplied by the nominal value K tn of the torque constant by the current-torque conversion means 42, and the torque reference value resulting from this multiplication and an element equivalent to the disturbance torque T dis A torque response value of the actuator 2 input to the torque-speed conversion means 45 is obtained by subtracting the estimated torque value obtained by multiplying the sensitivity function of the mathematical formula shown in 43 by the equivalent subtractor 44. The torque response value is converted into a speed response value θ · res by the torque-speed conversion means 45, and this speed response value θ · res is further converted into a position response value θ res by an integrator 30 which is a speed-position conversion means. Is done.

なお、図4および図5の要素43に示されるg’は、次の式で表せる。   Note that g ′ shown in the element 43 of FIGS. 4 and 5 can be expressed by the following equation.

一方、図5では、電流リミッタ41により電流を制限するのを、等価的に加速度リミッタ51による加速度制限に置き換えたものである。図5によれば、ロバスト加速度制御系では、図3に示す電流リミッタ41が加速度リミッタ51として表現できることがわかる。そこで本実施例では、アクチュエータ2の制御装置を構成するコンピュータに、加速度次元でリミッタを考慮する手法として、加速度制限アルゴリズム(Acceleration Limitation Algorithm)を組み込む。   On the other hand, in FIG. 5, the current limiting by the current limiter 41 is equivalently replaced with the acceleration limiting by the acceleration limiter 51. 5 that the current limiter 41 shown in FIG. 3 can be expressed as the acceleration limiter 51 in the robust acceleration control system. Therefore, in this embodiment, an acceleration limiting algorithm is incorporated in the computer constituting the control device for the actuator 2 as a technique that considers the limiter in the acceleration dimension.

加速度リミッタ51は、モータの最大トルクを超えるような加速度参照値θ・・refが生じた場合に、当該加速度参照値θ・・refを一定の範囲内の値に制限して、アクチュエータ2を構成するモータの飽和を加速度次元で回避するものである。この加速度リミッタ51を通して得られた加速度参照値θ・・refと、外乱トルクTdisと要素52に示された数式の感度関数とを乗算することで算出された外乱に見合う推定の加速度値とを、等価的な減算器53により減算したものが、加速度−速度変換手段である積分器54に入力するアクチュエータ2の加速度応答値となる。加速度応答値は、積分器54によって速度応答値θ・resに変換され、さらにこの速度応答値θ・resは、速度−位置変換手段である積分器30によって位置応答値θresに変換される。 The acceleration limiter 51 configures the actuator 2 by limiting the acceleration reference value θ ·· ref to a value within a certain range when an acceleration reference value θ ·· ref that exceeds the maximum torque of the motor occurs. This avoids saturation of the motor in the acceleration dimension. The acceleration reference value θ ·· ref obtained through the acceleration limiter 51 and the estimated acceleration value corresponding to the disturbance calculated by multiplying the disturbance torque T dis and the sensitivity function of the mathematical formula shown in the element 52 are obtained. Subtracted by the equivalent subtractor 53 is the acceleration response value of the actuator 2 that is input to the integrator 54 that is acceleration-speed conversion means. The acceleration response value is converted into a speed response value θ · res by the integrator 54, and this speed response value θ · res is further converted into a position response value θ res by an integrator 30 which is a speed-position conversion means.

図6は、上記加速度制限アルゴリズムを実行する加速度制限手段61の構成を示したものである。加速度制限手段61は、外乱補償加速度θ・・ RB cmpと、加速度制御システム1のフィードバック系の加速度参照値θ・・ FB refと、加速度制御システム1のフィードフォワード系の加速度参照値θ・・ FF refとを入力とし、これらの各加速度値の合計である加速度参照値θ・・ref=θ・・ RB cmp+θ・・ FB ref+θ・・ FF refと、モータの最大加速度θ・・ MAXとの比較結果により、加速度飽和を考慮した最終的な加速度参照値θ・・〜ref(以下、図や数式以外では、最終値を「」として便宜上あらわし、対応する記号の後に併記する。)を算出するものである。 FIG. 6 shows the configuration of acceleration limiting means 61 for executing the acceleration limiting algorithm. The acceleration limiting means 61 includes disturbance compensation acceleration θ ·· RB cmp , acceleration reference value θ ·· FB ref of the feedback system of the acceleration control system 1, and acceleration reference value θ ·· FF of the feed forward system of the acceleration control system 1. a ref as input, between ·· ref = θ ·· RB cmp + θ ·· FB ref + θ ·· FF ref acceleration reference value theta is the sum of each of these acceleration values, the maximum acceleration theta · · MAX of the motor Based on the comparison result, a final acceleration reference value θ ··· ˜ref (according to acceleration saturation) is calculated (hereinafter, the final value is expressed as “ ˜ ” for convenience except for figures and mathematical expressions, and is also written after the corresponding symbol). To do.

ここで、ロバスト加速度制御を実現するための外乱補償加速度θ・・ RB cmpは、外乱オブザーバ3で算出される外乱トルク推定値^Tdisに、トルク−加速度変換手段62により慣性モーメントのノミナル値Jnを乗算して算出される。また、フィードバック系の加速度参照値θ・・ FB refは、目標となるフィードバック参照値と、アクチュエータ2の実際の動作から得られた応答値との偏差を減算器63で算出し、この偏差値に要素64による適切なフィードバックゲインGFBを乗算して算出される。このフィードバック参照値や応答値は加速度以外であってもよく、それらから要素64により加速度参照値θ・・ FB refが算出されるように構成すればよい。 Here, the disturbance compensation acceleration θ ·· RB cmp for realizing the robust acceleration control is the disturbance torque estimated value ^ T dis calculated by the disturbance observer 3 and the torque-acceleration converting means 62 uses the nominal value J of the moment of inertia. Calculated by multiplying by n . Also, the acceleration reference value θ ·· FB ref of the feedback system is obtained by calculating the deviation between the target feedback reference value and the response value obtained from the actual operation of the actuator 2 by the subtractor 63, Calculated by multiplying the appropriate feedback gain G FB by element 64. The feedback reference value or response value may be other than acceleration, and the acceleration reference value θ ·· FB ref may be calculated from the element 64 using the feedback reference value and response value.

前記加速度リミッタ51は、加算器65で算出される合計の加速度参照値θ・・refが、予め設定された最大加速度θ・・ MAXを越えたときに、アクチュエータ2への最終的な加速度参照値θ・・〜refを最大加速度θ・・ MAXに制限するものであるが、これは実際には、外乱補償加速度θ・・ RB cmpを調整するのに、この外乱補償加速度θ・・ RB cmpに乗算されるRB項調整率k1と、フィードバック系の加速度参照値θ・・ FB refを調整するのに、この加速度参照値θ・・ FB refに乗算されるFB項調整率k2と、フィードフォワード系の加速度参照値θ・・ FF refを調整するのに、この加速度参照値θ・・ FF refに乗算されるFF項調整率k3とを決定し、その調整した各値を加算器65で合計することで、最終的な加速度参照値θ・・〜refを算出する機能を有する。なお図6では、RB項調整率k1,FB項調整率k2およびFF項調整率k3の各決定手段として、要素66〜68が示されている。 The acceleration limiter 51 determines the final acceleration reference value to the actuator 2 when the total acceleration reference value θ ·· ref calculated by the adder 65 exceeds a preset maximum acceleration θ ·· MAX . θ ·· ~ ref is limited to the maximum acceleration θ ·· MAX , but this is actually limited to the disturbance compensation acceleration θ ·· RB cmp to adjust the disturbance compensation acceleration θ ·· RB cmp . To adjust the RB term adjustment rate k1 to be multiplied and the acceleration reference value θ ·· FB ref of the feedback system, the FB term adjustment rate k2 multiplied by the acceleration reference value θ ·· FB ref and the feed forward system to condition the acceleration reference value theta · · FF ref, this acceleration reference value theta · · FF is multiplied ref FF term adjustment rate k3 determined, summing the values obtained by the adjustment by the adder 65 Therefore, it has a function to calculate the final acceleration reference value θ ·· ~ ref . In FIG. 6, elements 66 to 68 are shown as means for determining the RB term adjustment rate k1, the FB term adjustment rate k2, and the FF term adjustment rate k3.

上記構成の加速度制限手段61で実現される加速度制限アルゴリズムは、次のような手順で各調整率k1,k2,k3を決定し、加速度飽和を考慮した最終的に調整された加速度参照値θ・・〜refを算出する。 The acceleration limiting algorithm realized by the acceleration limiting means 61 configured as described above determines the adjustment rates k1, k2, and k3 by the following procedure, and finally adjusts the acceleration reference value θ ·・ Calculate ~ ref .

先ず、最初の手順では、外乱補償加速度θ・・ RB cmp,加速度参照値θ・・ FB ref,および加速度参照値θ・・ FF refを、加算器65によりそのまま合計した加速度参照値θ・・ref(=θ・・ RB cmp+θ・・ FB ref+θ・・ FF ref)が、最大加速度θ・・ MAXを越えているか否かを判定する。ここで、加速度参照値θ・・refが最大加速度θ・・ MAXを越えていなければ、すなわちθ・・ref≦θ・・ MAXであれば、各調整率k1,k2,k3は1であるとし(k1=k2=k3=1)、合計の加速度参照値θ・・refを、そのまま最終的な加速度参照値θ・・〜refとして出力する。 First, in the first procedure, the disturbance reference acceleration θ ·· RB cmp , the acceleration reference value θ ·· FB ref , and the acceleration reference value θ ·· FF ref are summed by the adder 65 as they are, and the acceleration reference value θ ·· ref It is determined whether (= θ ·· RB cmp + θ ·· FB ref + θ ·· FF ref ) exceeds the maximum acceleration θ ·· MAX . Here, if the acceleration reference value θ ·· ref does not exceed the maximum acceleration θ ·· MAX , that is, if θ ·· ref ≤ θ ·· MAX , each adjustment rate k1, k2, k3 is assumed to be 1. (K1 = k2 = k3 = 1), the total acceleration reference value θ ·· ref is output as it is as the final acceleration reference value θ ··· -ref .

一方、加速度参照値θ・・refが最大加速度θ・・ MAXを越えていれば、すなわちθ・・ref>θ・・ MAXであれば、次の式の関係が満たされるように各調整率k1,k2,k3を決定し、最終的な加速度参照値θ・・〜refが、最大加速度θ・・ MAXと等しくなるようにする。 On the other hand, if the acceleration reference value θ ·· ref exceeds the maximum acceleration θ ·· MAX , that is, if θ ·· ref > θ ·· MAX , each adjustment rate k1 is satisfied so that the relationship of the following equation is satisfied. , K2, k3 are determined so that the final acceleration reference value θ ··· ref is equal to the maximum acceleration θ ·· MAX .

ここで、θ・・ref>θ・・ MAXのときに、各調整率k1,k2,k3を調整する例を説明すると、次の数式に示すフィードフォワード調整型では、フィードフォワード(FF)項であるk3・θ・・ FB refを調整することで、他のフィードバック(FB)項k2・θ・・ FB refや、ロバスト外乱補償(RB)項k1・θ・・ RB cmpの大きさを維持する。 Here, an example of adjusting each of the adjustment rates k1, k2, and k3 when θ ·· ref > θ ·· MAX will be described. In the feedforward adjustment type shown in the following equation, a feedforward (FF) term is used. By adjusting a certain k3 · θ ·· FB ref , the size of other feedback (FB) terms k2, ···· FB ref and robust disturbance compensation (RB) terms k1, ···· RB cmp is maintained. .

また、別のフィードバック調整型では、FB項を調整することで、他のFF項やRB項の大きさを維持する。これは、次の数式のように表せる。   In another feedback adjustment type, the size of other FF terms and RB terms is maintained by adjusting the FB terms. This can be expressed as:

さらに、フィードバック+フィードフォワード調整型では、FB項+FF項を調整することで、RB項の大きさを維持する。これは、次の数式のように表せる。   Further, in the feedback + feedforward adjustment type, the size of the RB term is maintained by adjusting the FB term + FF term. This can be expressed as:

軌跡追従制御システム20は、この調整されたFB項とFF項に基づいて、アクチュエータ2をフィードバックおよびフィードフォワード制御する。多軸系のシステムでは、3つの各調整率k1,k2,k3の値をそれぞれ考慮することで、多軸系への拡張問題への拡張が可能になる。   The trajectory tracking control system 20 performs feedback and feedforward control of the actuator 2 based on the adjusted FB term and FF term. In the multi-axis system, the expansion to the multi-axis system can be expanded by considering the values of the three adjustment factors k1, k2, and k3.

次に、上記図5に示す加速度制限アルゴリズムの概念を取り入れた多軸系のシステム構成の一例を、図7および図8に基づき説明する。図7は、多軸系の実験システムの外観を示したもので、71はアクチュエータ制御装置としてのコンピュータで、ここには上述したロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系を実現するアルゴリズムが組み込まれている。コンピュータ71の入出力ポートは、接続手段であるPCIバス72を介して、入出力インターフェースであるPCIバスブリッジ73に接続される。このPCIバスブリッジ73は、AD(アナログ−ディジタル変換)ボードや、カウンタボードや、DIO(ディジタル入出力)ボードなどを備えて構成される。   Next, an example of a multi-axis system configuration incorporating the concept of the acceleration limiting algorithm shown in FIG. 5 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the external appearance of a multi-axis experimental system. Reference numeral 71 denotes a computer as an actuator control device, which incorporates an algorithm for realizing the locus tracking control system based on the above-described robust acceleration control. Yes. An input / output port of the computer 71 is connected to a PCI bus bridge 73 serving as an input / output interface via a PCI bus 72 serving as connection means. The PCI bus bridge 73 includes an AD (analog-digital conversion) board, a counter board, a DIO (digital input / output) board, and the like.

一方、この実験システムにおけるアクチュエータ2は、X方向とY方向に沿って移動する2台のテーブル78に対応して、それぞれ2つのアクチュエータ2A,2Bが配設される。X軸用のアクチュエータ2Aは、駆動源であるACモータ75Aの回転軸に、継手76Aを用いてボールスクリュー77Aを連結し、このボールスクリュー77Aに可動する被制御物であるテーブル78Aを螺合して構成される。同様に、Y軸用のアクチュエータ2Bも、駆動源であるACモータ75Bの回転軸に、継手76Bを用いてボールスクリュー77Bを連結し、このボールスクリュー77Bに可動するテーブル78Bを螺合して構成される。   On the other hand, the actuator 2 in this experimental system is provided with two actuators 2A and 2B corresponding to the two tables 78 moving in the X direction and the Y direction, respectively. In the X-axis actuator 2A, a ball screw 77A is connected to a rotation shaft of an AC motor 75A that is a drive source by using a joint 76A, and a table 78A that is a controlled object that is movable is screwed to the ball screw 77A. Configured. Similarly, the Y-axis actuator 2B has a configuration in which a ball screw 77B is connected to a rotation shaft of an AC motor 75B as a drive source using a joint 76B, and a movable table 78B is screwed to the ball screw 77B. Is done.

そして、コンピュータ71からPCIバスブリッジ73を通してインバータ79Aに出力される制御信号により、このインバータ79AがACモータ75Aを駆動するに十分な交流電流に変換し、これをACモータ75Aに供給することにより、ボールスクリュー77Aが正方向または逆方向に回転して、テーブル78Aがボールスクリュー77Aの軸方向に沿って移動する。同様に、コンピュータ71からPCIバスブリッジ73を通して別なインバータ79Bに出力される制御信号により、このインバータ79BがACモータ75Bを駆動するに十分な交流電流に変換し、これをACモータ75Bに供給することにより、ボールスクリュー77Bが正方向または逆方向に回転して、テーブル78Bがボールスクリュー77Bの軸方向に沿って移動するようになっている。   Then, the control signal output from the computer 71 to the inverter 79A through the PCI bus bridge 73 converts the inverter 79A into an alternating current sufficient to drive the AC motor 75A, and supplies it to the AC motor 75A. The ball screw 77A rotates in the forward direction or the reverse direction, and the table 78A moves along the axial direction of the ball screw 77A. Similarly, a control signal output from the computer 71 to another inverter 79B through the PCI bus bridge 73 converts the inverter 79B into an alternating current sufficient to drive the AC motor 75B, and supplies this to the AC motor 75B. Accordingly, the ball screw 77B rotates in the forward direction or the reverse direction, and the table 78B moves along the axial direction of the ball screw 77B.

インバータ79AからACモータ75Aに供給される電流は、電流センサ81Aにより検出されると共に、ACモータ75Aの回転速度がエンコーダ82Aにより検出され、PCIバスブリッジ73を通してコンピュータ71に取り込まれる。また同様に、インバータ79BからACモータ75Bに供給される電流は、電流センサ81Bにより検出されると共に、ACモータ75Bの回転速度がエンコーダ82Bにより検出され、PCIバスブリッジ73を通してコンピュータ71に取り込まれるようになっている。   The current supplied from the inverter 79A to the AC motor 75A is detected by the current sensor 81A, and the rotational speed of the AC motor 75A is detected by the encoder 82A and is taken into the computer 71 through the PCI bus bridge 73. Similarly, the current supplied from the inverter 79B to the AC motor 75B is detected by the current sensor 81B, and the rotational speed of the AC motor 75B is detected by the encoder 82B, and is taken into the computer 71 through the PCI bus bridge 73. It has become.

なお、この場合は、X,Yの2軸に沿ってそれぞれテーブル78A,78Bを可動させる例を示したが、同様のアクチュエータ2Aと、これに付随するインバータ79A,電流センサ81A,エンコーダ82Aを追加すれば、3軸以上の多軸系のシステム構成にも適用できる。   In this case, an example in which the tables 78A and 78B are moved along the two axes X and Y has been shown. However, a similar actuator 2A, and an accompanying inverter 79A, current sensor 81A, and encoder 82A are added. If so, the present invention can be applied to a multi-axis system configuration having three or more axes.

ところで、図7に示すような多軸系のシステムで、ロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御を行なうと、一つの軸の例えばアクチュエータ2Aが加速度飽和を起こした場合、図5に示すような加速度リミッタ51を用いても軌跡誤差を生じてしまう。その主な原因は、加速度飽和を起こしていない軸のトルク電流参照値Irefも、目標軌跡からずれないように調整する必要があるからである。 By the way, in the multi-axis system as shown in FIG. 7, when locus tracking control based on robust acceleration control is performed, for example, when the actuator 2A on one axis causes acceleration saturation, an acceleration limiter as shown in FIG. Even if 51 is used, a trajectory error occurs. The main reason for this is that the torque current reference value I ref of the shaft that has not caused acceleration saturation needs to be adjusted so as not to deviate from the target locus.

図8は、従来手法による多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示しており、この図のアクチュエータ2以外の各構成は、何れも前記コンピュータ71内にプログラムとして組み込まれている。ここに示す追跡制御システムは、1つの軸のアクチュエータ2についてのみ示してあり、多軸系ではその軸数に応じて同様の追跡制御システムが設けられる。   FIG. 8 shows an example of a trajectory tracking system that takes into account torque saturation based on multi-axis robust acceleration control according to a conventional method, and each component other than the actuator 2 in this figure is programmed in the computer 71. Built in as The tracking control system shown here is shown only for one-axis actuator 2, and a similar tracking control system is provided in a multi-axis system according to the number of axes.

85は、前記加速度制限手段61に基づくトルク電流リミッタであり、これは軌跡追従制御システム20から与えられるフィードフォワード系の加速度参照値θ・・ FF refおよびフィードバック系の加速度参照値θ・・ FB refと、外乱オブザーバ3からの外乱トルク推定値^Tdisをトルク−加速度変換手段62で変換して得た外乱補償加速度θ・・ RB cmpとを加算する加算器65と、この加算器65の加算結果である加速度参照値θ・・refをトルク電流参照値Irefに変換する加速度−電流変換手段62と、前記トルク電流参照値Irefを最大トルク電流IMAX以下に制限する電流リミッタ41と、により構成され、この電流リミッタ41で得られた最終的な電流参照値I〜refが、アクチュエータ2に供給されるようになっている。 Reference numeral 85 denotes a torque current limiter based on the acceleration limiting means 61, which includes a feedforward acceleration reference value θ ·· FF ref and a feedback acceleration reference value θ ·· FB ref supplied from the trajectory tracking control system 20. And an adder 65 for adding the disturbance compensation acceleration θ ·· RB cmp obtained by converting the estimated disturbance torque ^ T dis from the disturbance observer 3 by the torque-acceleration converting means 62, and adding by the adder 65 Acceleration-current conversion means 62 for converting the resulting acceleration reference value θ ·· ref to a torque current reference value I ref , a current limiter 41 for limiting the torque current reference value I ref to a maximum torque current I MAX or less, The final current reference values I to ref obtained by the current limiter 41 are supplied to the actuator 2.

また86は、トルク飽和によって発生する動的な遅れを調整するモーション指令調整アルゴリズム(Adjustment algorithm of motion command)を備えた遅れ調整手段である。これは、軌跡追従制御においてトルク飽和が発生した場合に、各軸のトルク電流参照値Irefをトルク電流リミッタ85で調整すると、現サンプル時ではトルク不足状態となり、目標軌跡を追従できなくなって、軌跡誤差が大きくなるのを避けるために、トルク電流リミッタ85で得られた位置指令調整率γ(n+1)に基づき、元の時間tにおける目標軌跡指令値である位置指令値θcmd(t),速度指令値θ・cmd(t),加速度指令値θ・・cmd(t)を、追従可能な軌跡指令値である位置修正指令値θcmd(t),速度修正指令値θ・cmd(t),加速度修正指令値θ・・cmd(t)に修正するものである。そして、加速度修正指令値θ・・cmd(t)はそのまま前記フィードフォワード系の加速度参照値θ・・ FF refとなり、また位置修正指令値θcmd(t)および速度修正指令値θ・cmd(t)と、フィードバックされた位置応答値θresおよび速度応答値θ・resとの偏差に基づいて、前記フィードバック系の加速度参照値θ・・ FB refが算出される。 Reference numeral 86 denotes a delay adjustment means including a motion command adjustment algorithm (Adjustment algorithm of motion command) for adjusting a dynamic delay generated by torque saturation. This is because when torque saturation occurs in the trajectory tracking control, if the torque current reference value I ref of each axis is adjusted by the torque current limiter 85, the torque becomes insufficient at the current sample, and the target trajectory cannot be tracked. In order to avoid an increase in the trajectory error, a position command value θ cmd (t), which is a target trajectory command value at the original time t, based on the position command adjustment rate γ (n + 1) obtained by the torque current limiter 85. The speed command value θ · cmd (t) and the acceleration command value θ ·· cmd (t) are converted into a position command value θ cmd (t to ), a speed command value θ · cmd (t To ), acceleration correction command value θ ·· cmd (t to ). The acceleration correction command value θ ·· cmd (t to ) is directly used as the feedforward system acceleration reference value θ ·· FF ref , and the position correction command value θ cmd (t to ) and the speed correction command value θ · cmd. and (t ~), on the basis of the deviation between the feedback position response value theta res and velocity response value theta · res, acceleration reference value theta · · FB ref of the feedback system are calculated.

図9は、多軸系システムの軸数をN(i=1〜N)としたときに、ロバスト加速度制御におけるi軸目のトルク飽和を示したブロック線図である。ここでのトルク電流リミッタ85は、図8に示したものを電流成分で合計する構成に書き改めたもので、i軸目の加速度指令値θ・・cmd (前記加速度参照値θ・・ FF refに相当する)は、次の式のように、加速度−電流変換手段88により加速度指令値のフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiに変換される。 FIG. 9 is a block diagram showing torque saturation of the i-th axis in robust acceleration control when the number of axes of the multi-axis system is N (i = 1 to N). The torque current limiter 85 here is a rewrite of the configuration shown in FIG. 8 to sum the current components, and the i-axis acceleration command value θ ·· cmd i (the acceleration reference value θ ·· FF). (corresponding to ref ) is converted into an acceleration command current I FFi of the feedforward component of the acceleration command value by the acceleration-current conversion means 88 as in the following equation.

また、減算器89で算出されるi軸目の速度参照値ωref と速度応答値ωres との偏差を、速度−加速度変換手段28により加速度参照値に変換した値(前記加速度参照値θ・・ FB refに相当する)は、次の式のように、別な加速度−電流変換手段90により速度偏差を補償するフィードバック成分の加減速トルク電流IFBiに変換される。 Further, a value obtained by converting the deviation between the i- th axis speed reference value ω ref i calculated by the subtractor 89 and the speed response value ω res i into an acceleration reference value by the speed-acceleration conversion means 28 (the acceleration reference value). (corresponding to θ ·· FB ref ) is converted into an acceleration / deceleration torque current I FBi as a feedback component that compensates for the speed deviation by another acceleration-current conversion means 90 as in the following equation.

さらに外乱トルク推定値^Tdisは、次の式のように、トルク−電流変換手段91によりロバスト加速度制御を実現するための外乱補償トルク電流IRBiに変換される。 Further disturbance torque estimated value ^ T dis, as in the following equation, the torque - is converted to the disturbance compensation torque current I RBi to achieve a robust acceleration control by the current converting unit 91.

加算器65は、加速度指令電流IFFi,加減速トルク電流IFBi,外乱補償トルク電流IRBiの各値を合計したi軸目のトルク電流参照値Irefi(=IFFi+IFBi+IRBi)を算出し、電流リミッタ41は、各軸ごとのトルク電流参照値IrefiがACモータ75(75A,75B,…)の最大トルク電流IMAX以下となるように、最終的な電流参照値I〜refを制限する。 The adder 65 calculates an i-axis torque current reference value I refi (= I FFi + I FBi + I RBi ) obtained by adding the acceleration command current I FFi , acceleration / deceleration torque current I FBi , and disturbance compensation torque current I RBi. calculated, the current limiter 41, the torque current reference value I refi an AC motor 75 for each axis (75A, 75B, ...) maximum torque current to be equal to or less than I MAX of the final current reference values I ~Ref Limit.

前記図8に示す軌跡追従システムの手法では、アクチュエータ2が加速度飽和を発生すると、前述したロバスト外乱補償(RB)項の大きさを維持して、フィードフォワード(FF)項とフィードバック(FB)項を強調すべき項として、トルク電流の最小許容率αminで各軸を協調している。具体的には、各軸ごとにトルク電流リミッタ85が、次のようにして加速度トルク電流調整率αを決定する。 In the method of the track following system shown in FIG. 8, when the actuator 2 generates acceleration saturation, the magnitude of the robust disturbance compensation (RB) term described above is maintained, and the feedforward (FF) term and the feedback (FB) term are maintained. As a term to be emphasized, the respective axes are coordinated with a minimum allowable rate α min of torque current. Specifically, the torque current limiter 85 determines the acceleration torque current adjustment rate α for each axis as follows.

先ず、i軸目の外乱補償トルク電流IRBiの絶対値が、最大トルク電流IMAXを越える場合(IMAX<|IRBi|)には、そのi軸目の調整率αを0とする(α=0)。 First, when the absolute value of the i-axis disturbance compensation torque current I RBi exceeds the maximum torque current I MAX (I MAX <| I RBi |), the i-axis adjustment rate α i is set to zero. (Α i = 0).

次に、i軸目の外乱補償トルク電流IRBiの絶対値が、最大トルク電流IMAXを越えていない場合であっても、i軸目のトルク電流参照値Irefiの絶対値が、最大トルク電流IMAXを越える場合(IMAX<|IFBi+IFFi+IRBi|)には、次の式にてi軸目の調整率αを算出する。 Next, even if the absolute value of the i-axis disturbance compensation torque current I RBi does not exceed the maximum torque current I MAX , the absolute value of the i-axis torque current reference value I refi is the maximum torque. When the current I MAX is exceeded (I MAX <| I FBi + I FFi + I RBi |), the adjustment rate α i for the i-axis is calculated by the following equation.

つまり、IrefiがIMAXを越えていれば上段の式で調整率αを算出し、Irefiが−IMAX未満であれば下段の式で調整率αを算出する。 That is, if I refi exceeds I MAX , the adjustment rate α i is calculated using the upper equation, and if I refi is less than −I MAX , the adjustment rate α i is calculated using the lower equation.

さらに、i軸目のトルク電流参照値Irefiの絶対値が、最大トルク電流IMAX以下の場合(IMAX≧|IFBi+IFFi+IRBi|)には、そのi軸目の調整率αを1とする(α=1)。 Further, when the absolute value of the i-th axis torque current reference value I refi is equal to or less than the maximum torque current I MAX (I MAX ≧ | I FBi + I FFi + I RBi |), the i-th axis adjustment rate α i Is set to 1 (α i = 1).

各軸のトルク電流参照値Irefiの協調を考慮する場合、トルク電流リミッタ85は、各軸毎に決定した調整率α(i=1〜N)の中から最小値(最小許容率)αminを抽出し、この最小値αminを用いて各軸のトルク電流参照値Irefiを次の式のように調整する。ここでは、各軸の加減速トルク電流成分のベクトル方向を維持して、その大きさだけを調整する。 When considering the coordination of the torque current reference value I refi of each axis, the torque current limiter 85 determines the minimum value (minimum allowable ratio) α from among the adjustment rates α i (i = 1 to N) determined for each axis. Min is extracted, and the torque current reference value I refi of each axis is adjusted using the minimum value α min as shown in the following equation. Here, the vector direction of the acceleration / deceleration torque current component of each axis is maintained, and only the magnitude thereof is adjusted.

そして、こうして求められた最終的なトルク電流参照値I refiによって、各軸間のアクチュエータ2を協調制御する。 Then, the actuator 2 between the axes is cooperatively controlled by the final torque current reference values I to refi thus obtained.

図10A〜図10Dは、図8に示す従来の軌跡追従システムを図7に示すコンピュータ71に組み込み、円軌跡を描かせたときの実験結果を示している。ここでは、Y軸に8.9kgの負荷を与え、半径100mmの円軌跡を描かせている。図10Aは、X軸のアクチュエータ2Aにおける位置θ,(角)速度ω,電流iqの指令値と応答値をトレースしたものであり、図10Bは、Y軸のアクチュエータ2Bにおける位置θ,(角)速度ω,電流iqの指令値と応答値をトレースしたものである。また、このときのX軸とY軸の各トラッキング誤差と、半径誤差を、図10Cに示す。さらに図10Dは、始動・停止時における軌跡応答の拡大図である。   10A to 10D show experimental results when the conventional locus tracking system shown in FIG. 8 is incorporated in the computer 71 shown in FIG. 7 and a circular locus is drawn. Here, a load of 8.9 kg is applied to the Y axis, and a circular locus with a radius of 100 mm is drawn. FIG. 10A traces the position θ, (angular) speed ω, and command value and response value of the current iq in the X-axis actuator 2A, and FIG. 10B shows the position θ, (angle) in the Y-axis actuator 2B. The command value and response value of speed ω and current iq are traced. In addition, FIG. 10C shows the tracking error and the radius error of the X axis and the Y axis at this time. Further, FIG. 10D is an enlarged view of the trajectory response at the time of starting and stopping.

従来の軌跡追従システムでは、図10Cに示すように、トルク飽和の発生時において、特にX軸のトラッキング誤差が大きくなり、その結果、図10Dに示すように、目標となる正弦波状のX−Y軌跡基準値prefに対して、軌跡応答値presが大きく逸れて、軌跡誤差が大きくなっている。 In the conventional trajectory tracking system, as shown in FIG. 10C, when the torque saturation occurs, the tracking error of the X axis is particularly large. As a result, as shown in FIG. 10D, the target sinusoidal XY The trajectory response value pres deviates greatly from the trajectory reference value p ref , and the trajectory error is increased.

その理由は、次の式に示すように、加速度α,位置θ,およびその修正値をα,θとすると、元の値と修正値との比であらわせる加速度と位置の各許容率が必ずしも同一ではなく、従来法のようにトルク電流の最小許容率αminで各軸を協調しても、軌跡を合わせることができないからである。したがって、多軸系の軌跡追従制御を行なう場合には、電流の次元ではなく位置の次元で各軸を協調しなければならない。 The reason for this is that, as shown in the following equation, if the acceleration α, the position θ, and their correction values are α ˜ , θ ˜ , the acceleration and position allowances expressed as the ratio of the original value and the correction value This is because the trajectories cannot be matched even if the axes are coordinated with the minimum allowable rate α min of torque current as in the conventional method. Therefore, when performing trajectory tracking control of a multi-axis system, each axis must be coordinated with the position dimension instead of the current dimension.

そこで、このような位置の次元で各軸を協調制御し得るシステムとその手法を、以下に詳しく説明する。図11は、新たに提案するロバスト加速度制御におけるi軸目の加速度飽和を示しており、ここでは前述のトルク電流リミッタ85に代わり、最大加速度電流リミッタ94を有する新規なトルク電流リミッタ95が組み込まれている。また、この図11において、IFBiは速度偏差を補償するフィードバック成分の加減速トルク電流であり、IFFiは加速度指令値のフィードフォワード成分の加速度指令電流であり、IRBiはロバスト加速度制御を実現するための外乱補償トルク電流である。加速度−電流変換手段88で変換して得られる加速度指令電流IFFiと、加速度−電流変換手段90で変換して得られる加減速トルク電流IFBiは、加算器65Aによって加算され、この加算器65Aで加算した結果と、トルク−電流変換手段91で変換して得られる外乱補償トルク電流IRBiが、最大加速度電流リミッタ94内に構成される加算器65Bによって加算される。すなわち、ロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系では、トルク電流飽和が生じない限り、i軸目のACモータ75のトルク電流参照値Irefiが、加算器65A,65Bによって、加速度指令電流IFFi,加減速トルク電流IFBi,および外乱補償トルク電流IRBiの和により算出される。 Therefore, a system that can coordinately control each axis in the dimension of such a position and its method will be described in detail below. FIG. 11 shows acceleration saturation of the i-axis in the newly proposed robust acceleration control. Here, a new torque current limiter 95 having a maximum acceleration current limiter 94 is incorporated in place of the torque current limiter 85 described above. ing. In FIG. 11, I FBi is an acceleration / deceleration torque current as a feedback component that compensates for a speed deviation, I FFi is an acceleration command current as a feedforward component of an acceleration command value, and I RBi realizes robust acceleration control. This is a disturbance compensation torque current. The acceleration command current I FFi obtained by conversion by the acceleration-current conversion means 88 and the acceleration / deceleration torque current I FBi obtained by conversion by the acceleration-current conversion means 90 are added by an adder 65A, and this adder 65A And the disturbance compensation torque current I RBi obtained by the conversion by the torque-current conversion means 91 are added by the adder 65B configured in the maximum acceleration current limiter 94. That is, in the locus tracking control system based on the robust acceleration control system, unless the torque current saturation occurs, the torque current reference value I refi of the i-axis AC motor 75 is added by the adders 65A and 65B to the acceleration command current I FFi. , Acceleration / deceleration torque current I FBi , and disturbance compensation torque current I RBi .

ここで、外乱補償トルク電流IRBiは、ロバスト制御に必須な成分であるため各軸ごとに大きさを維持する必要がある。また、加減速トルク電流IFBiは、各軸によって異なるモデル化誤差による偏差を補償するのに必要であるため、各軸ごとにその大きさを維持しなければならない。さらに、加速度指令電流IFFiも目標軌跡を追従させるために必要な項であり、次のサンプル(n+1)での位置に大きく影響する項である。このようにロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系では,各電流参照値がそれぞれ重要な役割を持っていることがわかる。 Here, since the disturbance compensation torque current I RBi is an essential component for robust control, it is necessary to maintain the magnitude for each axis. Further, since the acceleration / deceleration torque current I FBi is necessary to compensate for a deviation caused by a modeling error that differs depending on each axis, the magnitude of the acceleration / deceleration torque current I FBi must be maintained for each axis. Furthermore, the acceleration command current IFFi is also a term necessary for following the target locus, and is a term that greatly affects the position at the next sample (n + 1). Thus, it can be understood that each current reference value has an important role in the trajectory tracking control system based on the robust acceleration control.

以上より、ロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系では、加速度指令電流IFFi,加減速トルク電流IFBi,および外乱補償トルク電流IRBiのそれぞれが、大きさを維持しなければ軌跡追従を行うことができない。そこでここでは、目標軌跡を追従させるために必要な加速度指令電流IFFiに着目する。この加速度指令電流IFFiに関係するFF項は、次のサンプルでの位置に大きく影響する。トルク電流飽和が発生した場合、次サンプルでの位置指令を各軸ごとに調整することで軌跡誤差を生じないようにするため、現サンプルの加速度指令電流IFFiは、最適な加速度指令電流I FFiに調整する必要がある。そこで、従来のような電流参照値を最小許容率αminで協調する手法に代えて、複数の軸の中で1軸でもトルク電流飽和が発生した場合に、各軸ごとに最適な加速度指令電流I FFiを、軌跡からずれないように調整した位置指令から逆算することで算出し、各軸ごとにトルク電流参照値を調整する本実施例独自の好ましい手法に改善する。 As described above, in the trajectory tracking control system based on the robust acceleration control, if the magnitudes of the acceleration command current I FFi , the acceleration / deceleration torque current I FBi , and the disturbance compensation torque current I RBi do not maintain the magnitude, the trajectory tracking is performed. I can't. Therefore, here, attention is focused on the acceleration command current I FFi necessary for following the target locus. The FF term related to the acceleration command current IFFi greatly affects the position in the next sample. If torque current saturation occurs, the position command in the next sample is adjusted for each axis so that no trajectory error occurs, so that the acceleration command current I FFi of the current sample is the optimum acceleration command current I ~ Need to adjust to FFi . Therefore, instead of the conventional method of coordinating the current reference value with the minimum allowable rate α min , when torque current saturation occurs even in one of a plurality of axes, the optimum acceleration command current for each axis I to FFi are calculated by back-calculating from the position command adjusted so as not to deviate from the locus, and the preferred method unique to this embodiment for adjusting the torque current reference value for each axis is improved.

ここでは、図7に示すような2軸のX−Y方向に移動するテーブル78A,78Bについて、図11に示す新たなトルク電流リミッタ95を適用する。一例として、Y軸のアクチュエータ2Bがトルク飽和した場合を考えると、トルク飽和を起こしていないX軸のアクチュエータ2Aに対する次のサンプル(n+1)における位置指令値θ cmd(n+1)は、次の各式からトルク電流リミッタ95で算出できる。 Here, the new torque current limiter 95 shown in FIG. 11 is applied to the tables 78A and 78B that move in the two-axis XY directions as shown in FIG. As an example, when the torque of the Y-axis actuator 2B is saturated, the position command value θ x cmd (n + 1) in the next sample (n + 1) for the X-axis actuator 2A that does not cause torque saturation is The torque current limiter 95 can be calculated from the equation.

但し、Tは制御系のサンプリング時間であり、θ・avg(n)は現サンプル(n)から次のサンプル(n+1)までの間の平均速度である。しかし、実際にはY軸のアクチュエータ2Bがトルク飽和を起こしているので、次サンプル時の位置指令値θ cmd(n+1)は、遅れ調整手段86によって次の式のような修正した位置指令値θ cmd(n+1)に調整する必要がある。 Where T s is the sampling time of the control system, and θ · avg (n) is the average speed from the current sample (n) to the next sample (n + 1). However, since the Y-axis actuator 2B actually has torque saturation, the position command value θ x cmd (n + 1) at the next sample is corrected by the delay adjusting means 86 as shown in the following equation. it is necessary to adjust the θ ~ x cmd (n + 1 ).

なお、f(t)はx軸の位置指令値θ cmd(n)の時間関数であり、またγ(n+1)は、後述する位置指令調整率である。 Incidentally, f x (t) is the time function of the position command value θ x cmd (n) of x-axis, also γ (n + 1) is a position command adjustment rate which will be described later.

そこで、次の式のように、上記数35と数36が等しくなるようなI FFx(n)を算出すれば、それが現サンプルにおける最適な加速度指令電流ということになる。 Therefore, if I to FFx (n) is calculated such that the above Expression 35 and Expression 36 are equal as shown in the following expression, this is the optimum acceleration command current in the current sample.

この最適な加速度指令電流I FFx(n)は、トルク電流リミッタ95によって次の式から容易に算出できる。 The optimum acceleration command currents I to FFx (n) can be easily calculated by the torque current limiter 95 from the following equation.

したがって、トルク電流リミッタ95で得られる最終的なx軸の修正トルク電流参照値I refxは、次の式のようになる。 Therefore, the final x-axis corrected torque current reference values I to refx obtained by the torque current limiter 95 are expressed by the following equations.

以上のことから、新たに提案するフィードフォワード電流修正型のトルク制限アルゴリズムを備えたトルク電流リミッタ95では、次の手順でトルク飽和対策を実行する。   From the above, in the torque current limiter 95 provided with the newly proposed feed forward current correction type torque limiting algorithm, the torque saturation countermeasure is executed in the following procedure.

先ず、第1のステップでは、各軸に対して位置指令調整率γ(n+1)iを次のように算出する。この位置指令調整率γ(n+1)iは、位置の次元での許容率である。ここでIMAXはACモータ75の最大トルク電流であり、ロバスト加速度制御系ではロバスト制御の維持を目的とした最大加減速トルク電流IaccMAXによるリミッタが存在する。最大加速度電流リミッタ94は、外乱補償トルク電流IRBiの向きを考慮して、最大加減速トルク電流IaccMAXを次の式のように導出する。 First, in the first step, the position command adjustment rate γ (n + 1) i is calculated for each axis as follows. The position command adjustment rate γ (n + 1) i is an allowable rate in the position dimension. Here, I MAX is the maximum torque current of the AC motor 75. In the robust acceleration control system, there is a limiter based on the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX for the purpose of maintaining robust control. The maximum acceleration current limiter 94 derives the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX by the following equation in consideration of the direction of the disturbance compensation torque current I RBi .

つまり、i軸目のトルク電流参照値I refがIMAXを越えていれば上段の式で現サンプルの最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを算出し、I refが−IMAX未満であれば下段の式でIaccMAX(n)iを算出する。そこで、加速度指令電流IFFiと加減速トルク電流IFBiとの和が、最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合(IFFi+IRBi>IaccMAX)、つまりトルク電流参照値Irefiの絶対値が、最大トルク電流IMAXを越える場合、最大加速度電流リミッタ94は次の式で、各軸ごとに最大加速度θ・・ max(n)iを算出する。 That is, if the torque current reference value I i ref on the i-th axis exceeds I MAX , the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the current sample is calculated by the above equation, and I i ref is −I MAX If it is less, I accMAX (n) i is calculated by the lower equation. Therefore, when the sum of the acceleration command current I FFi and the acceleration / deceleration torque current I FBi is larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (I FFi + I RBi > I accMAX ), that is, the torque current reference value I refi When the absolute value exceeds the maximum torque current I MAX , the maximum acceleration current limiter 94 calculates the maximum acceleration θ ·· max (n) i for each axis by the following equation.

そして、この最大加速度θ・・ max(n)iから、各軸ごとに位置指令調整率γ(n+1)iを算出する。 Then, a position command adjustment rate γ (n + 1) i is calculated for each axis from the maximum acceleration θ ·· max (n) i .

なお、上式において、Tsは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間,θ・res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd(n+1)はi軸目の次のサンプルにおける位置指令値,θcmd(n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値である。 In the above equation, Ts is the sampling time from the current sample to the next sample, θ · res (n) i is the velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd (n + 1) i is the next on the i-axis. The position command value in the current sample, θ cmd (n) i is the position command value in the current sample on the i-axis.

一方、トルク電流参照値Irefiの絶対値が、最大トルク電流IMAX未満である場合、最大加速度電流リミッタ94は位置指令調整率γ(n+1)iを1にする。 On the other hand, when the absolute value of the torque current reference value I refi is less than the maximum torque current I MAX , the maximum acceleration current limiter 94 sets the position command adjustment rate γ (n + 1) i to 1.

次の第2ステップで、トルク電流リミッタ95は、各軸i(i=1〜N)の位置指令調整率γ(n+1)iの中から最小値の位置指令調整率γ(n+1)minを抽出し、これを位置指令調整率γ(n+1)とする。すなわち、γ(n+1)=γ(n+1)minとなり、これによりトルク電流飽和時の許容分が一番大きい軸に、位置の次元で合わせることができ、各軸の協調がなされる。 In the next second step, the torque current limiter 95 extracts the minimum position command adjustment rate γ (n + 1) min from the position command adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i (i = 1 to N). This is the position command adjustment rate γ (n + 1). That is, γ (n + 1) = γ (n + 1) min, so that it can be matched in the dimension of the position to the axis having the largest allowable amount when the torque current is saturated, and the respective axes are coordinated.

さらに第3ステップで、トルク電流リミッタ95は、以下の式によって、全ての軸iにおいて修正したフィードフォワード成分の加速度指令電流I FFi(n)をそれぞれ算出する。 Further, in the third step, the torque current limiter 95 calculates the feedforward component acceleration command currents I to FFi (n) corrected for all the axes i by the following equations.

なお、上式において、θ res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値であり、θcmd (n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値である。 In the above equation, θ · i res (n) is a velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd i (n) is a position command value in the current sample on the i-axis.

そして、この修正した加速度指令電流I FFi(n)を利用して、各アクチュエータ2への最終的なトルク電流参照値I refiを算出する。 Then, by using the corrected acceleration command currents I to FFi (n), final torque current reference values I to refi for the actuators 2 are calculated.

なお、上記第3ステップの手順は、軸iにおける位置指令調整率γ(n+1)が、第2ステップで求めた位置指令調整率γ(n+1)iと異なる場合であって(すなわち、γ(n+1)≠γ(n+1)i)、そうでない場合(γ(n+1)=γ(n+1)i)には、I refi=IMAXとなる。 The procedure in the third step is when the position command adjustment rate γ (n + 1) on the axis i is different from the position command adjustment rate γ (n + 1) i obtained in the second step (ie, γ (n + 1) ) ≠ γ (n + 1) i), the otherwise (γ (n + 1) = γ (n + 1) i), the I ~ refi = I MAX.

以上の手順により、多軸系のトルク飽和時において、最適な加速度指令電流I FFiを算出し、それに基づき算出した最終的なトルク電流参照値I refiで各アクチュエータ2を制御することにより、軌跡誤差を抑制することができる。 By the above procedure, when the torque saturation of the multi-axis system is calculated, the optimum acceleration command currents I to FFi are calculated, and each actuator 2 is controlled by the final torque current reference values I to refi calculated based on the acceleration command currents I to FFi . Trajectory errors can be suppressed.

次に、前記位置指令調整率γ(n+1)を入力として、各軸iごとに修正した指令値を出力することで、各軸間での協調動作を可能にする遅れ調整手段86について説明する。   Next, a description will be given of the delay adjusting means 86 that enables a coordinated operation between the respective axes by outputting the command value corrected for each axis i by using the position command adjustment rate γ (n + 1) as an input.

図12は、前記数42により求めた位置指令ベクトル調整率γ(n+1)による次サンプルでの位置指令値の調整を図示したものである。ここで、θvector(n+1)は、次のサンプルでの位置指令ベクトルを示しており、これは次サンプルの位置指令値θcmd(n+1)から、現サンプルの位置指令値θcmd(n)を減算した値で求められる(θvector(n+1)=θcmd(n+1)−θcmd(n))。また、θ〜vector(n+1)は、次のサンプルでの修正位置指令ベクトルを示しており、これは次サンプルの修正位置指令値θ〜cmd(n+1)から、現サンプルの位置指令値θcmd(n)を減算した値で求められる(θvector(n+1)=θ〜cmd(n+1)−θcmd(n))。位置指令調整率γ(n+1)は、修正位置指令ベクトルθ〜vector(n+1)を位置指令ベクトルθvector(n+1)で除算することで算出できる。 FIG. 12 illustrates the adjustment of the position command value in the next sample based on the position command vector adjustment rate γ (n + 1) obtained by the equation 42. Here, θ vector (n + 1) shows the position command vector at the next sample, which is the next sample position command value θ cmd (n + 1), the current sample position command value θ cmd (n) It is obtained by the subtracted value (θ vector (n + 1) = θ cmd (n + 1) −θ cmd (n)). In addition, θ 1 to vector (n + 1) indicates a corrected position command vector in the next sample, which is calculated from the corrected position command value θ 1 to cmd (n + 1) of the next sample and the current command position command value θ cmd ( n) is obtained by subtracting (θ vector (n + 1) = θ to cmd (n + 1) −θ cmd (n)). Position command adjustment rate γ (n + 1) can be calculated by dividing the corrected position command vector θ ~vector (n + 1) the position command vector θ vector (n + 1).

図12において、次サンプルでの修正時間t(n+1)は、位置指令の時間関数f(t)より、次の式で算出できる。 In FIG. 12, the correction time t to (n + 1) in the next sample can be calculated from the time function f (t) of the position command by the following equation.

図中のt’(n+1)は、各サンプリング間の位置指令を線形近似した場合の現サンプリングでの修正時間であり、サンプリング時間Ts≒0であれば、t(n+1)=t’(n+1)としても問題ないため、この式は次のように置き換えることができる。 In the figure, t to '(n + 1) is a correction time in the current sampling when the position command between each sampling is linearly approximated. If the sampling time Ts≈0, t to (n + 1) = t to ' Since there is no problem even if (n + 1), this expression can be replaced as follows.

そこで、遅れ調整手段86が実行するモーション指令調整アルゴリズムでは、上式を利用して、次の式のように各軸iの次サンプルにおける修正した位置指令値θ〜cmd(n+1)を生成する。さらに各軸iの次サンプルにおける修正した速度指令値θ〜・cmd(n+1)や、修正した加速度指令値θ・・cmd(n+1)を生成する。これらの値を軌跡追従制御システム20に出力することにより、各軸iのアクチュエータ2が協調動作されることになる。 Therefore, in the motion command adjustment algorithm executed by the delay adjustment means 86, the corrected position command value θ ~ cmd (n + 1) i in the next sample of each axis i is generated as shown in the following equation using the above equation. . Further, a corrected speed command value θ ~ · cmd (n + 1) i and a corrected acceleration command value θ ·· cmd (n + 1) i in the next sample of each axis i are generated. By outputting these values to the trajectory tracking control system 20, the actuator 2 of each axis i is cooperatively operated.

なお、f(t)は各軸における位置指令値の時間関数であり、g(t)は各軸における速度指令値の時間関数であり、h(t)は各軸における加速度指令値の時間関数である。また、Tsは制御系のサンプリング時間である。修正した速度指令値θ〜・cmd(n+1)や、修正した加速度指令値θ・・cmd(n+1)の導出で、上段の式は調整率γ(n+1)i<1でかつγ(n+1)min=γ(n+1)iの場合であり、調整率γ(n+1)i<1でかつγ(n+1)min≠γ(n+1)iの場合は、下段の式を適用する。 Note that f i (t) is a time function of the position command value in each axis, g i (t) is a time function of the speed command value in each axis, and h i (t) is an acceleration command value in each axis. Is the time function of Ts is the sampling time of the control system. In the derivation of the corrected speed command value θ ~ · cmd (n + 1) i and the corrected acceleration command value θ ·· cmd (n + 1), the upper equation is the adjustment rate γ (n + 1) i <1 and γ (n + 1) When min = γ (n + 1) i , and when the adjustment rate γ (n + 1) i <1, and γ (n + 1) min ≠ γ (n + 1) i , the lower equation is applied.

図13A〜図13Dは、図11に示す本実施例の好適な軌跡追従システムを図7に示すコンピュータ71に組み込み、円軌跡を描かせたときの実験結果を示している。すなわち、これらの各図は、本実施例の手法を適用したトルク飽和を考慮したロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御の実験結果である。なお、実験条件は、従来の軌跡追従システムと同じく、Y軸に8.9kgの負荷を与え、半径100mmの円軌跡を描かせている。   FIGS. 13A to 13D show experimental results when the preferred locus tracking system of the present embodiment shown in FIG. 11 is incorporated in the computer 71 shown in FIG. 7 and a circular locus is drawn. That is, each of these figures is an experimental result of trajectory tracking control based on robust acceleration control in consideration of torque saturation to which the method of this embodiment is applied. Note that the experimental condition is that a load of 8.9 kg is applied to the Y-axis and a circular locus with a radius of 100 mm is drawn as in the conventional locus tracking system.

図13Aは、X軸のアクチュエータ2Aにおける位置θ,(角)速度ω,電流iqの指令値と応答値をトレースしたものであり、図13Bは、Y軸のアクチュエータ2Bにおける位置θ,(角)速度ω,電流iqの指令値と応答値をトレースしたものである。また、このときのX軸とY軸の各トラッキング誤差と、半径誤差を、図13Cに示す。さらに図13Dは、始動・停止時における軌跡応答の拡大図である。   13A traces the position θ, (angular) speed ω, and command value and response value of the current iq in the X-axis actuator 2A, and FIG. 13B shows the position θ, (corner) in the Y-axis actuator 2B. The command value and response value of speed ω and current iq are traced. In addition, FIG. 13C shows the tracking error and the radius error of the X axis and the Y axis at this time. Further, FIG. 13D is an enlarged view of the trajectory response at the time of starting / stopping.

ここでは、Y軸でトルク飽和を起こしていることが認められるが、上記最大加速度電流リミッタ94を含むトルク電流リミッタ95が、最適な指令値に修正しているために、良好な軌跡応答を得ることができる。   Here, it is recognized that torque saturation occurs on the Y axis, but the torque current limiter 95 including the maximum acceleration current limiter 94 is corrected to an optimal command value, so that a good trajectory response is obtained. be able to.

ところで、急な停止動作や移動方向の反転動作において、アクチュエータ2のトルク飽和が発生した場合、減速トルク不足となる。これにより目標停止位置で止まれなかったり、目標軌跡から外れたりするので、そうした現象を回避するためには、前もってブレーキをかける必要がある。そこで、次に本実施例で提案するブレーキモードアルゴリズム(Braking Mode Algorithm)を説明する。   By the way, when the torque saturation of the actuator 2 occurs in the sudden stop operation or the reversing operation in the moving direction, the deceleration torque becomes insufficient. As a result, the vehicle cannot stop at the target stop position or deviates from the target trajectory. In order to avoid such a phenomenon, it is necessary to brake in advance. Then, the brake mode algorithm (Braking Mode Algorithm) proposed in the present embodiment will be described next.

図14は、アクチュエータ2を最大トルクで減速した場合の理想的な減速停止応答を示している。同図において、目標停止位置(target position)は必ず維持しなければならない。しかし、負荷状態により速度応答であるω0が変化するため、ブレーキ開始時間tbrakeからブレーキを開始した場合、目標停止位置(target position)は変化してしまう。そこで、負荷状態によって変化するブレーキ開始時間tbrakeから停止時間tstopまでの移動距離ΔΘerrを算出し、停止位置との偏差からブレーキ開始時間tbrakeを推定する。これにより推定したブレーキ開始時間tbrakeでブレーキをかけることで、目標停止位置(target position)を行過ぎることなく停止できる。 FIG. 14 shows an ideal deceleration stop response when the actuator 2 is decelerated with the maximum torque. In the figure, the target stop position (target position) must be maintained. However, since the speed response ω0 changes depending on the load state, the target stop position (target position) changes when the brake is started from the brake start time t brake . Therefore, to calculate the moving distance .DELTA..theta err to stop time t stop the brake start time t brake that varies with load conditions, to estimate the deviation brake start time from t brake and the stop position. Thus, by applying the brake at the estimated brake start time t brake , the target stop position (target position) can be stopped without being excessively performed.

停止位置との偏差Θerrは、目標停止位置(target position)と、位置応答値θresとの関係から次の式で算出できる。 The deviation Θ err from the stop position can be calculated by the following equation from the relationship between the target stop position (target position) and the position response value θ res .

また次の式は、クーロン摩擦を考慮して、図14に示す減速時の最適プロファイルより求めた減速開始の閾値である。   The following equation is a deceleration start threshold value obtained from the optimum profile during deceleration shown in FIG. 14 in consideration of Coulomb friction.

提案するブレーキモードアルゴリズムでは、移動距離ΔΘerr内に停止位置との偏差Θerrが入った場合に、ブレーキ開始時間tbrakeに到達したと判断して、最大減速トルクで停止動作をさせる。 In the proposed brake mode algorithm, when the deviation Θ err from the stop position is within the movement distance ΔΘ err , it is determined that the brake start time t brake has been reached, and the stop operation is performed with the maximum deceleration torque.

図15は、前記図11の概念を応用したトルク飽和を考慮した軌跡追従制御系の一例で、ここでは前述したトルク制限アルゴリズムを実行する最大加速度電流リミッタ94と、外乱オブザーバ3により外乱補償されたアクチュエータ2との間にスイッチ98を介在させ、前記ブレーキモードアルゴリズムを実行可能なスイッチ制御手段99により、このスイッチ98の切換動作を適切に制御するように構成される。   FIG. 15 is an example of a trajectory tracking control system that takes into account torque saturation by applying the concept of FIG. 11. Here, disturbance compensation is performed by the maximum acceleration current limiter 94 that executes the torque limiting algorithm described above and the disturbance observer 3. A switch 98 is interposed between the actuator 2 and a switch control means 99 capable of executing the brake mode algorithm, so that the switching operation of the switch 98 is appropriately controlled.

ここでは、遅れ調整手段86からの修正した加速度指令値θ・・cmd(t)と、速度−加速度変換手段28からの加速度参照値θ・・ FB refが、加算器101で加算され、その加算した値が加速度−電流変換手段90により電流値iacc(前述のIFFi+IFBiに相当する)に変換されると共に、トルク−電流変換手段91により変換された電流値icmp(前述のIRBiに相当する)と、前記加速度−電流変換手段90からの電流値iaccとを加算器65Bで加算したトルク電流参照値Irefが、最大加速度電流リミッタ94に出力される。なお、加算器26,27の間には、速度リミッタ102が接続される。 Here, the corrected acceleration command value theta · · cmd from delay adjusting unit 86 (t ~), speed - acceleration reference value theta · · FB ref from the acceleration conversion means 28 are added by the adder 101, the The added value is converted into a current value i acc (corresponding to the above-mentioned I FFi + I FBi ) by the acceleration-current conversion means 90 and the current value i cmp (the above-mentioned I cmp converted by the torque-current conversion means 91). and corresponding) to RBi, the acceleration - current value i acc and the adder torque current reference value obtained by adding at 65B I ref from the current converter 90 is output to the maximum acceleration current limiter 94. A speed limiter 102 is connected between the adders 26 and 27.

さらに、ここでの最大加速度電流リミッタ94は、スイッチ98の切換により、減算器103で得られる速度参照値ωref=0と速度応答値θ・resとの偏差を、速度−電流変換手段104で変換した電流値に基づいて、アクチュエータ2を速度制御する機能を有する。 Further, the maximum acceleration current limiter 94 here uses the speed-current conversion means 104 to convert the deviation between the speed reference value ω ref = 0 and the speed response value θ · res obtained by the subtractor 103 by switching the switch 98. Based on the converted current value, the actuator 2 has a function of speed control.

スイッチ制御手段99は、減速開始時間に達した軸を高速停止モーション軸としてスイッチ98を切り換え、速度参照値ω’ref=0の速度制御を行っている。このとき、その軸は最大の減速トルクを出して停止しようとするためトルク飽和が発生し、トルク電流リミッタ95が実行する「トルクリミテーション(制限)アルゴリズム」により、加速時とは逆の修正最大加速度指令θ・・ max(n)が数41で計算される。これにより位置指令ベクトル調整率γ(n+1)が発生するため、次サンプルの修正時間t(n+1)を数45で求めて、次サンプルの他軸の指令値を遅れ調整手段86で調整する。こうして、停止動作軸と協調させながら停止動作を行い、目標軌跡からずれないように制御することが可能になる。 The switch control means 99 switches the switch 98 with the axis that has reached the deceleration start time as the high-speed stop motion axis, and performs speed control with the speed reference value ω ′ ref = 0. At this time, the shaft generates a maximum deceleration torque and tries to stop, so torque saturation occurs, and the torque current limiter 95 executes a “torque limitation (limitation) algorithm”, which is a correction maximum opposite to that during acceleration. The acceleration command θ ·· max (n) is calculated by Equation 41. As a result, a position command vector adjustment rate γ (n + 1) is generated. Therefore, the correction time t to (n + 1) of the next sample is obtained by Equation 45, and the command value of the other axis of the next sample is adjusted by the delay adjusting means 86. In this way, it is possible to perform a stop operation while cooperating with the stop operation axis, and control so as not to deviate from the target locus.

その後、位置偏差Θerrが十分小さい値であるΔΘ err以下になったときに、位置決め完了時間であると判断し、ブレーキモードアルゴリズムを実行するスイッチ制御手段99は、スイッチ98を通常の位置制御系に戻すことにより位置決めを完了する。 Thereafter, when the position deviation theta err becomes equal to or less than .DELTA..theta ~ err is sufficiently small value, it is determined that the positioning completion time, the switch control means 99 for performing a braking mode algorithm, normal position control switch 98 The positioning is completed by returning to the system.

以上のように、本実施例は各軸に可動する複数のアクチュエータ2の動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置や制御方法において、アクチュエータ2への外乱を推定する外乱オブザーバ3を備え、この外乱オブザーバ3で得た外乱推定値すなわち外乱トルク推定値^Tdisを外乱補償電流である外乱補償トルク電流IRBiに変換し、この外乱補償トルク電流IRBiでフィードバック補償して得たアクチュエータ2への電流参照値Irefにより、アクチュエータ2をロバスト加速度制御する加速度制御ステップを実行する加速度制御システム1と、アクチュエータ2を軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値である加減速トルク電流IFBiと、フィードフォワード成分の電流参照値である加速度指令電流IFFiとを算出する軌跡追従ステップを実行する軌跡追従制御システム20と、フィードバック成分の加減速トルク電流IFBi,フィードフォワード成分の加速度指令電流IFFi,および外乱補償トルク電流IRBiを合計したアクチュエータ2への電流参照値Irefを、予め設定した最大電流値IMAX以下に制限するために、フィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを調整するような電流制限ステップを実行する電流リミッタとしてのトルク電流リミッタ95と、各軸間のアクチュエータ2を協調制御するために、フィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを調整する際に得られる調整率すなわち位置指令調整率γ(n+1)iから、軌跡追従制御システム20が算出するフィードバック成分の加減速トルク電流IFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを修正するような調整ステップを実行する調整部としての遅れ調整手段86と、をそれぞれ備えている。 As described above, the present embodiment includes the disturbance observer 3 for estimating the disturbance to the actuator 2 in the actuator control device and the control method for individually controlling the operations of the plurality of actuators 2 movable on each axis. The disturbance estimated value obtained in 3, that is, the disturbance torque estimated value ^ T dis is converted into a disturbance compensating torque current I RBi which is a disturbance compensating current, and the current to the actuator 2 obtained by feedback compensation with the disturbance compensating torque current I RBi is obtained. An acceleration control system 1 that executes an acceleration control step for performing robust acceleration control of the actuator 2 based on the reference value I ref , and an acceleration / deceleration torque current I FBi that is a current reference value of a feedback component in order to cause the actuator 2 to follow the locus. calculates an acceleration command current I FFi is a current reference value of the feed-forward component A trajectory tracking control system 20 for executing a trace tracking step, feedback component of acceleration and deceleration torque current I FBi, acceleration command current I FFi feedforward component, and the disturbance compensation torque current I current reference values RBi to the actuator 2 which is the sum of A torque current limiter 95 as a current limiter for executing a current limiting step for adjusting the acceleration command current I FFi of the feedforward component in order to limit I ref to a preset maximum current value I MAX or less; In order to coordinately control the actuator 2 between the axes, the trajectory tracking control system 20 calculates from the adjustment rate obtained when adjusting the acceleration command current IFFi of the feedforward component, that is, the position command adjustment rate γ (n + 1) i. Acceleration / deceleration torque current I FBi of feedback component and acceleration of feedforward component And a delay adjusting unit 86 as an adjusting unit that executes an adjusting step for correcting the command current I FFi .

こうすると、加速度制御システム1によって、アクチュエータ2に対する外乱を補償したロバストな加速度制御が実現され、また軌跡追従制御システム20によって、アクチュエータ2を目標値に軌跡追従させることで、ロバスト加速度制御に基づく高速モーションの軌跡追従制御が可能になる。しかも、このような制御の下で、アクチュエータ2への電流参照値Irefが最大電流値IMAXを越えて飽和した場合に、特に次のサンプルでの位置に大きな影響を及ぼすフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを適切に調整することで、電流飽和を起こしたアクチュエータ2を含めて、全ての軸でアクチュエータ2を軌跡から遅れないように追従制御することが可能になる。また、このフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを調整する際に得られる調整率から、軌跡追従制御システム20が算出するフィードバック成分の加減速トルク電流IFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを修正して、各軸間でアクチュエータ2を協調動作させることが可能になる。 In this way, the acceleration control system 1 realizes robust acceleration control that compensates for the disturbance to the actuator 2, and the locus tracking control system 20 causes the actuator 2 to follow the locus to the target value, thereby achieving high speed based on the robust acceleration control. Enables motion tracking control. In addition, when the current reference value I ref to the actuator 2 is saturated beyond the maximum current value I MAX under such control, the acceleration of the feedforward component that has a great influence on the position in the next sample, in particular. By appropriately adjusting the command current I FFi , it is possible to perform follow-up control so that the actuator 2 is not delayed from the trajectory on all axes including the actuator 2 that has caused current saturation. Further, from the adjustment rate obtained when adjusting the feedforward component acceleration command current I FFi , the feedback component acceleration / deceleration torque current I FBi calculated by the locus tracking control system 20 and the feedforward component acceleration command current I FFi are calculated. Can be corrected, and the actuator 2 can be operated cooperatively between the axes.

また、本実施例における外乱オブザーバ3は、上記数21に示すような関係式で外乱トルク推定値^Tdisを算出するものにおいて、その極gが無限大になるように構成されている。このようにすれば、アクチュエータ2への加速度参照値θ・・refから加速度応答値θ・・resまでの伝達関数を1とみなすことができ、目標指令値に対しアクチュエータ2がほぼ遅れなく追従して応答するので、ロバストな軌跡追従制御をより完全に実現できる。 Further, the disturbance observer 3 in the present embodiment is configured so that the pole g is infinite when the disturbance torque estimated value ^ T dis is calculated by the relational expression as shown in the above equation (21). In this way, the transfer function from the acceleration reference value θ ·· ref to the acceleration response value θ ·· res to the actuator 2 can be regarded as 1, and the actuator 2 follows the target command value almost without delay. Therefore, robust trajectory tracking control can be realized more completely.

また、本実施例における各軸のトルク電流リミッタ95は、電流制限ステップを実行する上で、何れか一つの軸でアクチュエータ2が電流飽和を起こすと、全ての軸でアクチュエータ2が軌跡からずれないような位置指令の調整率γ(n+1)iを算出し、この調整率γ(n+1)iを用いて、各軸毎にフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiから調整した最終的な加速度指令電流I FFiを算出しているので、各軸のアクチュエータ2を軌跡追従制御する上で必要な調整した加速度指令電流I FFiを、位置指令の調整率γ(n+1)iから簡単に算出できる。 Further, the torque current limiter 95 for each axis in the present embodiment, when executing the current limiting step, if the actuator 2 causes current saturation on any one axis, the actuator 2 does not deviate from the locus on all axes. The position command adjustment rate γ (n + 1) i is calculated, and the final acceleration command current adjusted from the feed-forward component acceleration command current IFFi for each axis using this adjustment rate γ (n + 1) i. Since I to FFi are calculated, the adjusted acceleration command currents I to FFi necessary for the trajectory tracking control of the actuator 2 of each axis can be easily calculated from the adjustment rate γ (n + 1) i of the position command.

具体的に、各軸のトルク電流リミッタ95は、ロバスト制御を維持するためのi軸目の現サンプルnにおける最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを上記数40で算出し、フィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiとフィードバック成分の加減速トルク電流IFBiとの和が、最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合に、上記数41からi軸目の最大加速度θ・・ max(n)iを算出して、位置指令調整率γ(n+1)iを上記数42で算出する。次に、各軸iの位置指令調整率γ(n+1)iの中から最小値γ(n+1)minを抽出して、フィードフォワード成分の加速度指令電流を調整した値I FFi(n)を、数43から算出する。 Specifically, the torque current limiter 95 for each axis calculates the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i in the current sample n of the i-th axis for maintaining robust control by the above formula 40, and feedforward component When the sum of the acceleration command current I FFi and the feedback component acceleration / deceleration torque current I FBi becomes larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX , the maximum acceleration θ ·· max of the i-axis from the above equation 41 (N) i is calculated, and the position command adjustment rate γ (n + 1) i is calculated by the above formula 42. Next, a minimum value γ (n + 1) min is extracted from the position command adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i, and values I to FFi (n) obtained by adjusting the acceleration command current of the feedforward component are Calculated from Equation 43.

このような手順で、飽和時にその軸の最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを判定し、この判定結果から、アクチュエータ2に対するロバスト加速度制御を確実に行いつつ、最適な位置指令の時間的縮小率である調整率γ(n+1)iひいては加速度指令電流の調整値I FFi(n)を算出することが可能になる。 In such a procedure, the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the axis is determined at the time of saturation, and from this determination result, the robust acceleration control for the actuator 2 is reliably performed and the time of the optimum position command is determined. It is possible to calculate the adjustment rate γ (n + 1) i that is the reduction rate, and thus the acceleration command current adjustment values I to FFi (n).

さらに、各軸の遅れ調整手段86は、調整ステップを実行する上で、上記数45から前記位置指令調整率γ(n+1)に基づく次サンプルでの修正時間t(n+1)を算出し、この修正時間に基づき、フィードバック成分の加減速トルク電流IFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流IFFiを修正している。 Further, the delay adjusting means 86 for each axis calculates the correction time t to (n + 1) in the next sample based on the position command adjustment rate γ (n + 1) from the above formula 45 in executing the adjustment step. based on corrected time, and fixes the acceleration command current I FFi the acceleration and deceleration torque current I FBi and feedforward component of the feedback component.

これにより、前記位置指令調整率γ(n+1)iから、全ての軸のアクチュエータ2を協調動作させる最適な軌跡指令の調整を行なうことが可能になる。 As a result, it is possible to adjust the optimum trajectory command for cooperatively operating the actuators 2 of all the axes from the position command adjustment rate γ (n + 1) i .

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。本発明の概念は、図7に示す実験装置以外の、各種メカトロニクス機器の軌跡追従制御(高速モーション制御)にも有効である。   In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible in the range of the summary of this invention. The concept of the present invention is also effective for trajectory tracking control (high-speed motion control) of various mechatronic devices other than the experimental apparatus shown in FIG.

従来のトルク飽和対策は、基本的には速度PI制御系に基づく手法であったため、ロバスト加速度制御系を前提としたモーション制御には必ずしも適さない場合が多かった。しかし、上記実施例では、ロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を新たに定義し、最適なフィードフォワードトルク電流指令の修正を行なうため、従来の問題を解決することができる。さらに、他軸系システムにおける強調動作を同時に考慮することにより、理論的には無限の軸を有する多軸系システムの制御において、軌跡誤差を発生することなく軌跡追従を行なうことが可能になる。   Since conventional torque saturation countermeasures are basically based on the speed PI control system, they are not always suitable for motion control based on a robust acceleration control system. However, in the above embodiment, torque saturation based on robust acceleration control is newly defined and the optimum feedforward torque current command is corrected, so that the conventional problem can be solved. Furthermore, by considering the emphasis operation in the other axis system at the same time, it is theoretically possible to follow the locus without generating a locus error in the control of the multi-axis system having infinite axes.

このように、ロバスト加速度制御に基づいたトルク飽和対策を行なうことで、従来技術の壁を大きく越えた高精度な軌跡追従制御が可能となり、現在産業界で実現されている各種工作機械やロボットなどへの導入により、生産技術におけるモーションコントロールを一新することが期待される。   In this way, by taking measures against torque saturation based on robust acceleration control, it is possible to perform highly accurate trajectory tracking control that far exceeds the barriers of the prior art, such as various machine tools and robots currently being realized in the industry. It is expected to renew motion control in production technology.

本発明のアクチュエータ制御装置が適用する外乱オブザーバを用いたロバスト加速度制御系のシステムの一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of the system of the robust acceleration control system using the disturbance observer which the actuator control apparatus of this invention applies. 図1のロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系のブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of a trajectory tracking control system based on the robust acceleration control system of FIG. 1. 図1や図2に示す制御システムに、電流リミッタを組み込んだ構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure which incorporated the current limiter in the control system shown in FIG.1 and FIG.2. 図3に示すシステムを等価変換したブロック線図である。It is the block diagram which carried out equivalent conversion of the system shown in FIG. 図3に示すシステムをさらに等価変換したブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram obtained by further equivalently converting the system shown in FIG. 3. 本発明における加速度制限アルゴリズムを実行する加速度制限手段の構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structure of the acceleration limiting means which performs the acceleration limiting algorithm in this invention. 多軸系の実験システムの外観を示した概略説明図であるIt is the schematic explanatory drawing which showed the external appearance of the experiment system of a multi-axis system 従来手法による多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of the locus | trajectory tracking system which considered the torque saturation based on the robust acceleration control of the multi-axis system by a conventional method. ロバスト加速度制御におけるi軸目のトルク飽和を示したブロック線図である。It is the block diagram which showed the torque saturation of the i-axis in robust acceleration control. 従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、X軸の位置,速度,電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。It is the wave form diagram which showed the experimental result when drawing a circular locus | trajectory using the conventional locus | trajectory tracking system, and traced the command value and response value of the position of the X-axis, speed, and electric current. 従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Y軸の位置,速度,電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。It is the wave form diagram which showed the experimental result when drawing a circular locus using the conventional locus tracking system, and traced the command value and response value of the position of Y axis, velocity, and current. 従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、X軸とY軸の各トラッキング誤差と、半径誤差の波形図である。It is an experimental result when a circular locus is drawn using the conventional locus tracking system, and is a waveform diagram of each tracking error and radius error of the X axis and the Y axis. 従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、始動・停止時における軌跡応答の拡大波形図である。It is an enlarged waveform diagram of the trajectory response at the time of starting and stopping, showing experimental results when a circular trajectory is drawn using a conventional trajectory tracking system. 本実施例の好ましい手法において、多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of the locus | trajectory tracking system which considered the torque saturation based on the robust acceleration control of a multi-axis system in the preferable method of a present Example. 同上、算出した位置指令調整率による次サンプルでの位置指令値の調整イメージを示すグラフである。It is a graph which shows the adjustment image of the position command value in the next sample by the calculated position command adjustment rate same as the above. 本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、X軸の位置,速度,電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。It is a wave form diagram which showed the experimental result when drawing a circular locus using the desirable locus tracking system of this example, and traced the command value and response value of the position of the X-axis, speed, and current. 本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Y軸の位置,速度,電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。It is a wave form diagram which showed the experimental result when a circular locus was drawn using the desirable locus tracking system of this example, and traced the command value and response value of the position of Y axis, velocity, and current. 本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、X軸とY軸の各トラッキング誤差と、半径誤差の波形図である。It is a waveform figure of each tracking error of a X-axis and a Y-axis, and a radius error, showing an experimental result when a circular locus is drawn using a desirable locus tracking system of this example. 本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、始動・停止時における軌跡応答の拡大波形図である。It is an enlarged waveform diagram of a trajectory response at the time of starting and stopping, showing experimental results when a circular trajectory is drawn using the preferred trajectory tracking system of the present embodiment. 最大トルクで減速した場合の理想的な減速停止応答を示す、位置,速度,電流の各グラフである。It is each graph of a position, speed, and current showing an ideal deceleration stop response when decelerating at the maximum torque. 図11の概念を応用したトルク飽和を考慮した軌跡追従制御系の一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of the locus | trajectory tracking control system which considered the torque saturation which applied the concept of FIG. 一般的なサーボ形のシステム構成を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the system configuration | structure of a general servo type.

符号の説明Explanation of symbols

1 加速度制御システム(加速度制御部)
2 アクチュエータ
3 外乱オブザーバ
20 軌跡追従制御システム(軌跡追従制御部)
86 遅れ調整手段(調整部)
95 トルク電流リミッタ(電流リミッタ)
1 Acceleration control system (acceleration control unit)
2 Actuator 3 Disturbance observer 20 Trajectory tracking control system (trajectory tracking control unit)
86 Delay adjustment means (adjustment part)
95 Torque current limiter (current limiter)

Claims (10)

各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置であって、
前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御部と、
前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従制御部と、
前記フィードバック成分の電流参照値,前記フィードフォワード成分の電流参照値,および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流リミッタと、
各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整部と、をそれぞれ備えたことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
An actuator control device for individually controlling the operation of a plurality of actuators movable on each axis,
A disturbance observer for estimating disturbance to the actuator is provided, the disturbance estimated value obtained by the disturbance observer is converted into a disturbance compensation current, and the actuator is converted by a current reference value to the actuator that is feedback-compensated with the disturbance compensation current. An acceleration controller for robust acceleration control;
In order to control the trajectory tracking of the actuator, a trajectory tracking control unit that calculates a current reference value of a feedback component and a current reference value of a feedforward component;
In order to limit the current reference value of the feedback component, the current reference value of the feedforward component, and the current reference value to the actuator, which is the sum of the disturbance compensation currents, to a predetermined maximum current value or less, the feedforward A current limiter for adjusting the current reference value of the component;
In order to coordinately control the actuator between the axes, the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component are corrected from the adjustment rate obtained when the current reference value of the feedforward component is adjusted. An actuator control device comprising an adjustment unit.
前記外乱オブザーバの極を無限大にしたことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ制御装置。   2. The actuator control device according to claim 1, wherein the disturbance observer has an infinite pole. 前記各軸の電流リミッタは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整するものであることを特徴とする請求項1または2記載のアクチュエータ制御装置。   The current limiter for each axis calculates the adjustment rate of the position command so that the actuator does not deviate from the trajectory on all axes when the actuator is saturated with current on any one axis, and this adjustment rate is calculated. 3. The actuator control device according to claim 1, wherein the current reference value of the feedforward component is adjusted for each axis. 前記i軸目のフィードバック成分の電流参照値をIFBi,前記i軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をIFFi,前記i軸目の外乱補償電流をIRBi,前記i軸目のアクチュエータへの電流参照値をI ref,前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をIMAXとしたときに、
前記各軸の電流リミッタは、前記ロバスト制御を維持するための前記i軸目の現サンプルnの最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを次の式で算出し、

前記フィードフォワード成分の電流参照値IFFiと前記フィードバック成分の電流参照値IFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からi軸目の最大加速度θ・・ max(n)iを算出して(但し、Kはトルク定数,Jniはi軸目の慣性モーメントのノミナル値)、

前記位置指令の前記調整率γ(n+1)iを次の式で算出し(但し、Tsは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間,θ・res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd(n+1)はi軸目の次のサンプルにおける位置指令値,θcmd(n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)、

次に、各軸iの前記調整率γ(n+1)iの中から最小値γ(n+1)minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値I FFi(n)を、次の式から算出する(但し、Ktnはトルク定数のノミナル値,f(t)はi軸目の位置指令値の時間関数,θ res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd (n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)

ことを特徴とする請求項3記載のアクチュエータ制御装置。
The i-axis feedback component current reference value is I FBi , the i-axis feedforward component current reference value is I FFi , the i-axis disturbance compensation current is I RBi , and the i-axis actuator is supplied to the i-axis actuator. When I i ref is the current reference value of I and the maximum torque current of the motor constituting the actuator is I MAX ,
The current limiter for each axis calculates the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the current sample n of the i-axis for maintaining the robust control by the following equation:

When the sum of the current reference value I FFi of the feed forward component and the current reference value I FBi of the feedback component is larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX, Acceleration θ ·· max (n) i is calculated (where K t is the torque constant, J ni is the nominal value of the moment of inertia of the i-axis),

The adjustment rate γ (n + 1) i of the position command is calculated by the following formula (where Ts is the sampling time from the current sample to the next sample, θ · res (n) i is the current sample of the i-axis Speed response value, θ cmd (n + 1) i is a position command value in the next sample of the i-axis, θ cmd (n) i is a position command value in the current sample of the i-axis),

Next, the minimum value γ (n + 1) min is extracted from the adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i,
Values I to FFi (n) obtained by adjusting the current reference value of the feedforward component are calculated from the following equations (where K tn is the nominal value of the torque constant, and f i (t) is the position command for the i-th axis. Value time function, θ · i res (n) is the velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd i (n) is the position command value in the current sample on the i-axis)

The actuator control device according to claim 3.
前記各軸の調整部は、次の式から前記位置指令の調整率γ(n+1)に基づく次サンプルでの修正時間t(n+1)を算出し(但し、t(n)は現時間)、

この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するものであることを特徴とする請求項4記載のアクチュエータ制御装置。
The adjustment unit for each axis calculates a correction time t to (n + 1) in the next sample based on the adjustment rate γ (n + 1) of the position command from the following equation (where t (n) is the current time),

5. The actuator control apparatus according to claim 4, wherein the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component are corrected based on the correction time.
各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御方法であって、
前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御ステップと、
前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従ステップと、
前記フィードバック成分の電流参照値,前記フィードフォワード成分の電流参照値,および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流制限ステップと、
各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整ステップと、からなることを特徴とするアクチュエータ制御方法。
An actuator control method for individually controlling the operation of a plurality of actuators movable on each axis,
A disturbance observer for estimating disturbance to the actuator is provided, the disturbance estimated value obtained by the disturbance observer is converted into a disturbance compensation current, and the actuator is converted by a current reference value to the actuator that is feedback-compensated with the disturbance compensation current. An acceleration control step for robust acceleration control;
A trajectory tracking step for calculating a current reference value of a feedback component and a current reference value of a feedforward component in order to perform trajectory tracking control of the actuator,
In order to limit the current reference value of the feedback component, the current reference value of the feedforward component, and the current reference value to the actuator, which is the sum of the disturbance compensation currents, to a predetermined maximum current value or less, the feedforward A current limiting step for adjusting the current reference value of the component;
In order to coordinately control the actuator between the axes, the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component are corrected from the adjustment rate obtained when the current reference value of the feedforward component is adjusted. An actuator control method comprising: an adjusting step.
前記外乱オブザーバの極を無限大にしたことを特徴とする請求項6記載のアクチュエータ制御方法。   The actuator control method according to claim 6, wherein a pole of the disturbance observer is made infinite. 前記電流制限ステップは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整することを特徴とする請求項6または7記載のアクチュエータ制御方法。   The current limiting step calculates the adjustment rate of the position command so that the actuator does not deviate from the locus on all axes when the actuator causes current saturation on any one axis, and uses this adjustment rate. The actuator control method according to claim 6 or 7, wherein a current reference value of the feedforward component is adjusted for each axis. 前記i軸目のフィードバック成分の電流参照値をIFBi,前記i軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をIFFi,前記i軸目の外乱補償電流をIRBi,前記i軸目のアクチュエータへの電流参照値をI ref,前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をIMAXとしたときに、
前記電流制限ステップは、各軸毎に前記ロバスト制御を維持するための前記i軸目の現サンプルnの最大加減速トルク電流IaccMAX(n)iを次の式で算出し、

前記フィードフォワード成分の電流参照値IFFiと前記フィードバック成分の電流参照値IFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流IaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からi軸目の最大加速度θ・・ max(n)iを算出して(但し、Kはトルク定数,Jniはi軸目の慣性モーメントのノミナル値)、

前記位置指令の前記調整率γ(n+1)iを次の式で算出し(但し、Tsは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間,θ・res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd(n+1)はi軸目の次のサンプルにおける位置指令値,θcmd(n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)、

次に、各軸iの前記調整率γ(n+1)iの中から最小値γ(n+1)minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値I FFi(n)を、次の式から算出する(但し、Ktnはトルク定数のノミナル値,f(t)はi軸目の位置指令値の時間関数,θ res(n)はi軸目の現サンプルにおける速度応答値,θcmd (n)はi軸目の現サンプルにおける位置指令値)

ことを特徴とする請求項8記載のアクチュエータ制御方法。
The i-axis feedback component current reference value is I FBi , the i-axis feedforward component current reference value is I FFi , the i-axis disturbance compensation current is I RBi , and the i-axis actuator is supplied to the i-axis actuator. Current reference value of I i ref and the maximum torque current of the motor constituting the actuator as I MAX ,
The current limiting step calculates the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX (n) i of the current sample n of the i-axis for maintaining the robust control for each axis by the following formula:

When the sum of the current reference value I FFi of the feed forward component and the current reference value I FBi of the feedback component is larger than the maximum acceleration / deceleration torque current I accMAX, Acceleration θ ·· max (n) i is calculated (where K t is the torque constant, J ni is the nominal value of the moment of inertia of the i-axis),

The adjustment rate γ (n + 1) i of the position command is calculated by the following formula (where Ts is the sampling time from the current sample to the next sample, θ · res (n) i is the current sample of the i-axis Speed response value, θ cmd (n + 1) i is a position command value in the next sample of the i-axis, θ cmd (n) i is a position command value in the current sample of the i-axis),

Next, the minimum value γ (n + 1) min is extracted from the adjustment rate γ (n + 1) i of each axis i,
Values I to FFi (n) obtained by adjusting the current reference value of the feedforward component are calculated from the following equations (where K tn is the nominal value of the torque constant, and f i (t) is the position command for the i-th axis. Value time function, θ · i res (n) is the velocity response value in the current sample on the i-axis, and θ cmd i (n) is the position command value in the current sample on the i-axis)

The actuator control method according to claim 8.
前記調整ステップは、次の式から前記位置指令の調整率γ(n+1)に基づく次サンプルでの修正時間t(n+1)を算出し(但し、t(n)は現時間)、

この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正することを特徴とする請求項9記載のアクチュエータ制御方法。
The adjustment step calculates a correction time t to (n + 1) in the next sample based on the adjustment rate γ (n + 1) of the position command from the following equation (where t (n) is the current time),

The actuator control method according to claim 9, wherein the current reference value of the feedback component and the current reference value of the feedforward component are corrected based on the correction time.
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