JP2014164498A - Control system, disturbance estimation system, control method, control program and design method - Google Patents

Control system, disturbance estimation system, control method, control program and design method Download PDF

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PROBLEM TO BE SOLVED: To reliably reduce resonance generated on a control object.SOLUTION: A control system 1 comprises: drive means 3 for driving a control object; first detection means 4 installed on the drive means side, for detecting angle information or position information on the drive means side; second detection means 5 installed on the control object 2 side, for detecting angle information or position information on the control object side; and self resonance cancel control means 61 for multiplying a predetermined coefficient associated with inertia and viscosity of the drive means by the angle information or the position information detected by the first detection means, multiplying a predetermined coefficient associated with inertia and viscosity of the control object by the angle information or the position information detected by the second detection means, and adding the multiplication results so as to cancel the resonance.

Description

本発明は、ロボットなどの制御対象を共振を抑制しつつ制御を行う制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法に関するものである。   The present invention relates to a control system, a disturbance estimation system, a control method, a control program, and a design method that control a controlled object such as a robot while suppressing resonance.

近年、少子高齢化が深刻化しており、人に変わり得る労働力としてのロボットの利用に注目が集まっている。ところで、例えば、ヒューマノイドロボットなどの変速機構は低剛性であるために共振が低周波数に現れる。このため、制御帯域が上げられず、それ以上の運動性能の向上が困難となっている。したがって、そのようなロボットなどに共振抑制制御を導入することが重要となっている。これに対し、制御対象の操作点から計測点までを剛体としたときに現れる共振を相殺する駆動装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, the declining birthrate and aging population have become serious, and attention has been focused on the use of robots as a labor force that can be transformed into people. By the way, for example, since a speed change mechanism such as a humanoid robot has low rigidity, resonance appears at a low frequency. For this reason, the control band cannot be increased, and it is difficult to further improve the exercise performance. Therefore, it is important to introduce resonance suppression control in such a robot. On the other hand, there is known a drive device that cancels resonance that appears when a rigid body is formed from an operation point to be controlled to a measurement point (see, for example, Patent Document 1).

国際公開公報第2012/102060号International Publication No. 2012/102060

しかしながら、上記特許文献1に示す駆動装置においては、上記共振相殺を行う際に、粘性抵抗を無視している。このため、例えば、摩擦力が特に小さくなるように設計された駆動装置等においては上記粘性抵抗を無視してもその誤差は小さくてすむ。一方、ロボットなどのハーモニック減速機を含む駆動装置等においては、上記のように粘性抵抗を無視して共振相殺を行うと、誤差が大きくなり、共振が残存する虞がある。   However, in the driving device shown in Patent Document 1, viscous resistance is ignored when the resonance cancellation is performed. For this reason, for example, in a drive device or the like designed so that the frictional force is particularly small, the error can be small even if the viscous resistance is ignored. On the other hand, in a drive device including a harmonic reduction device such as a robot, if resonance cancellation is performed while ignoring viscous resistance as described above, the error becomes large and resonance may remain.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、制御対象に生じる共振をより確実に低減できる制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and provides a control system, a disturbance estimation system, a control method, a control program, and a design method that can more reliably reduce resonance generated in a control target. Is the main purpose.

上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御手段と、を備えることを特徴とする制御システムである。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数α及びβを夫々乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数γ及びδを夫々乗算し、該乗算結果を加算しており、前記所定係数α、β、γ、δは、前記制御対象における伝達関数を剛体モードと共振モードの積の形式に分離しない式に基づいて、設定してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記所定係数α、β、γ、δを、下記(13)式に基づいて設定してもよい。
この一態様において、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺した加算結果に基づいて、外乱推定値を算出する外乱オブザーバを更に備えていてもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバにより算出された外乱推定値に基づいて前記駆動手段に対するトルク指令値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、下記(15)式に基づいて、前記共振成分を含まない角速度を算出し、前記外乱オブザーバに出力してもよい。
この一態様において、前記外乱オブザーバは、下記(16)及び(17)式に基づいて前記外乱推定値を算出してもよい。
この一態様において、前記制御対象の角度情報または位置情報を検出する少なくとも1つ以上の前記第2検出手段を備え、前記自己共振相殺制御手段は、前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出し該算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいて生成したフィードバック制御器を含んでいても良い。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の前記第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成する、または、入力される角度指令値と第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報の偏差に第1制御ゲインを夫々乗算し、それらを加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の前記第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対する第1トルク指令値を生成し、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に第3制御ゲインを夫々乗算し、該各乗算値を加算した値を、前記外乱オブザーバに出力し、前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段から出力された値に基づいて外乱推定値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバからの外乱推定値と、前記生成した第1トルク指令値と、に基づいて第2トルク指令値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記生成した第2トルク指令値を前記外乱オブザーバに出力し、前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段からの第2トルク指令値と、前記各乗算値を加算した値と、に基づいて、前記外乱推定値を生成してもよい。
この一態様において、下記(29)式に示す慣性系のn個の運動方程式を足し合わせて前記共振成分を含まない式を生成してもよい。
この一態様において、前記制御対象の加速度情報を検出する加速度センサ及び/又はジャイロセンサを更に備え、前記加速度センサ及び/又はジャイロセンサにより検出された加速度情報及び/又は角速度情報に基づいて、前記制御対象の角度情報又は位置情報を算出してもよい。
この一態様において、前記制御対象は、ロボットの可動部であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺した加算結果に基づいて、外乱推定値を算出する外乱オブザーバと、を備えることを特徴とする外乱推定システムであってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、前記第1及び第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し該乗算結果を加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御手段と、を備える制御システムであって、前記自己共振相殺制御手段は、前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出し該算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいて生成したフィードバック制御器を含む、ことを特徴とする制御システムであってもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対する第1トルク指令値を生成し、前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び複数の前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に第3制御ゲインを夫々乗算し、該各乗算値を加算した値を、前記外乱オブザーバに出力し、前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段から出力された値に基づいて外乱推定値を生成してもよい。
この一態様において、前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバからの外乱推定値と、前記生成した第1トルク指令値と、に基づいて第2トルク指令値を生成してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、を備える制御システムの制御方法であって、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する、ことを特徴とする制御システムの制御方法であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、を備える制御システムの制御プログラムであって、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する、処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする制御システムの制御プログラムであってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、制御対象を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する複数の第2検出手段と、を備える制御システムの設計方法であって、前記第1及び第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御を行う制御システムの設計方法であって、前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出するステップと、該算出した運動方程式を足し合わせ、共振成分を含まない式を生成するステップと、前記生成した式に基づいてフィードバック制御器を生成するステップと、を含む、ことを特徴とする制御システムの設計方法であってもよい。
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, A second detection unit provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side; and an inertia and viscosity of the driving unit with respect to the angle information or position information detected by the first detection unit. Self that cancels resonance by multiplying the angle information or the position information detected by the second detection means by a predetermined coefficient related to the inertia and viscosity of the controlled object, and adding the multiplication result. And a resonance cancellation control means.
In this aspect, the self-resonance cancellation control unit multiplies the angle information or the position information detected by the first detection unit by predetermined coefficients α and β, respectively, and detects the angle detected by the second detection unit. Information or position information is multiplied by predetermined coefficients γ and δ, respectively, and the multiplication results are added, and the predetermined coefficients α, β, γ, and δ represent the transfer function in the controlled object as a rigid body mode and a resonance mode. It may be set based on an expression that is not separated into product forms.
In this aspect, the self-resonance canceling control unit may set the predetermined coefficients α, β, γ, and δ based on the following expression (13).
In this aspect, the angle information or the position information detected by the second detection means is obtained by multiplying the angle information or the position information detected by the first detection means by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means. A disturbance observer that calculates a disturbance estimated value based on the addition result obtained by multiplying the control object by a predetermined coefficient related to the inertia and viscosity of the control target and canceling the resonance by adding the multiplication results. .
In this aspect, the self-resonance canceling control unit may generate a torque command value for the driving unit based on a disturbance estimated value calculated by the disturbance observer.
In this aspect, the self-resonance cancellation control unit may calculate an angular velocity not including the resonance component based on the following equation (15) and output the angular velocity to the disturbance observer.
In this aspect, the disturbance observer may calculate the disturbance estimated value based on the following equations (16) and (17).
In this aspect, the self-resonance cancellation control unit includes at least one second detection unit that detects angle information or position information of the control target, and the self-resonance cancellation control unit includes a plurality of inertial systems related to the control target and the drive unit. On the other hand, a feedback controller generated based on an expression that does not include a resonance component generated by calculating an equation of motion and adding the calculated equations of motion may be included.
In this one aspect, the self-resonance canceling control means includes each value obtained by multiplying the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one or more second detecting means by a first control gain, respectively. Deviations of the input angle command value multiplied by the second control gain are calculated, and a torque command value for the driving means is generated based on the value obtained by adding the deviations, or input A difference between the angle command value to be detected and the angle information detected and fed back by the second detection means is multiplied by the first control gain, and a torque command value for the drive means is generated based on the sum of these values. Also good.
In this one aspect, the self-resonance canceling control means includes each value obtained by multiplying the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one or more second detecting means by a first control gain, respectively. And calculating a deviation between the input angle command value and a value obtained by multiplying the second control gain, and generating a first torque command value for the driving means based on the value obtained by adding the deviations, The self-resonance canceling control means multiplies the angle information or the position information detected by the first and at least one or more second detection means by a third control gain, respectively, and adds a value obtained by adding the multiplication values. The disturbance observer may output a disturbance estimated value based on the value output from the self-resonance cancellation control means.
In this aspect, the self-resonance canceling control unit may generate a second torque command value based on the estimated disturbance value from the disturbance observer and the generated first torque command value.
In this aspect, the self-resonance canceling control unit outputs the generated second torque command value to the disturbance observer, and the disturbance observer receives the second torque command value from the self-resonance canceling control unit, and the The disturbance estimated value may be generated based on a value obtained by adding the multiplication values.
In this embodiment, an equation that does not include the resonance component may be generated by adding n equations of motion of the inertial system represented by the following equation (29).
In this aspect, the apparatus further includes an acceleration sensor and / or a gyro sensor that detects acceleration information of the control target, and the control is performed based on the acceleration information and / or the angular velocity information detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor. The angle information or position information of the target may be calculated.
In this aspect, the control target may be a movable part of a robot.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, A second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side; the angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient; A disturbance observer for calculating a disturbance estimated value based on the addition result obtained by multiplying the angle information or the position information detected by the two detection means by a predetermined coefficient and adding the multiplication result to cancel the resonance. The disturbance estimation system characterized by providing may be sufficient.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, A second detection unit provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side; and the angle information or position information detected by the first and second detection units is multiplied by a predetermined coefficient. A self-resonance canceling control means for canceling resonance by adding the multiplication results, wherein the self-resonance canceling control means is for a plurality of inertial systems related to the controlled object and the driving means. A control system including a feedback controller that is generated based on an equation that does not include a resonance component that is generated by adding an equation of motion and adding the calculated equations of motion It may be.
In this aspect, the self-resonance canceling control means is inputted with each value obtained by multiplying the angle information detected and fed back by the first and at least one or more second detecting means by a first control gain. Deviations from the value obtained by multiplying the angle command value by the second control gain may be calculated, and the torque command value for the driving means may be generated based on the value obtained by adding the deviations.
In this one aspect, the self-resonance canceling control means includes each value obtained by multiplying the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one second detection means by a first control gain, respectively. Deviations between the input angle command value and the value obtained by multiplying the second control gain are calculated, and a first torque command value for the driving means is generated based on the sum of the deviations. The resonance cancellation control means multiplies the angle information or the position information detected by the first and second detection means by a third control gain, and adds the multiplication value to the disturbance observer. And the disturbance observer may generate a disturbance estimated value based on the value output from the self-resonance cancellation control means.
In this aspect, the self-resonance canceling control unit may generate a second torque command value based on the estimated disturbance value from the disturbance observer and the generated first torque command value.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, And a second detection unit that is provided on the control target side and detects angle information or position information on the control target side, wherein the angle information or the position information is detected by the first detection unit. Is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, the angle information or the position information detected by the second detecting means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the control object, and the multiplication result The control method of the control system characterized by canceling the resonance by adding.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, A control program for a control system, comprising: a second detection unit that is provided on the control target side and detects angle information or position information on the control target side, the angle information or the position information detected by the first detection unit Is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, the angle information or the position information detected by the second detecting means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the control object, and the multiplication result The control program of the control system may be characterized by canceling resonance by adding and causing the computer to execute processing.
One aspect of the present invention for achieving the above object is a drive means for driving a controlled object, a first detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side, A control system design method comprising: a plurality of second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side, the detection method being detected by the first and second detection means A control system design method for performing self-resonance canceling control that cancels resonance by multiplying and adding a predetermined coefficient to angle information or position information, and for a plurality of inertial systems related to the controlled object and driving means Respectively, a step of calculating an equation of motion, a step of adding the calculated equations of motion to generate an expression that does not include a resonance component, and feedback based on the generated expression And generating a control vessel, and it may be a method of designing a control system according to claim.

本発明によれば、制御対象に生じる共振をより確実に低減できる制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a control system, a disturbance estimation system, a control method, a control program, and a design method that can more reliably reduce resonance that occurs in a controlled object.

本発明の実施の形態1に係る制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic system configuration | structure of the control system which concerns on Embodiment 1 of this invention. DOBのブロック線図である。It is a block diagram of DOB. 本発明の実施の形態1に係る制御装置の自己共振相殺制御部の制御ブロック線図である。It is a control block diagram of the self-resonance cancellation control part of the control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 3関節脚ロボットに適用した一例を示す図である。It is a figure which shows an example applied to the 3 joint leg robot. プラントPmmの周波数特性の実測値を示す図である。It is a figure which shows the actual value of the frequency characteristic of plant Pmm. プラントPmmの周波数特性の実測値を示す図である。It is a figure which shows the actual value of the frequency characteristic of plant Pmm. 実測した周波数特性に基づいて決定したプラントのノミナル値を示す図である。It is a figure which shows the nominal value of the plant determined based on the actually measured frequency characteristic. 本発明の実施の形態1に係る自己共振相殺制御と、従来の自己共振相殺制御とのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the self-resonance cancellation control which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the conventional self-resonance cancellation control. 本発明の実施の形態2に係る制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic system configuration | structure of the control system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバの制御ブロック線図である。It is a control block diagram of the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the second embodiment of the present invention. 自己共振相殺制御外乱オブザーバを比較したボーデ線図である。It is a Bode diagram which compared the self-resonance cancellation control disturbance observer. 自己共振相殺制御外乱オブザーバを比較したボーデ線図である。It is a Bode diagram which compared the self-resonance cancellation control disturbance observer. 自己共振相殺制御外乱オブザーバを比較したボーデ線図である。It is a Bode diagram which compared the self-resonance cancellation control disturbance observer. 自己共振相殺制御外乱オブザーバを比較したボーデ線図である。It is a Bode diagram which compared the self-resonance cancellation control disturbance observer. 実施の形態1に係る自己共振相殺制御部と実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバとを併用した制御ステムを示すブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram showing a control stem that uses a self-resonance cancellation control unit according to the first embodiment and a self-resonance cancellation control disturbance observer according to the second embodiment. 本発明の実施の形態2に係る制御方法と従来の制御方法とによるシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result by the control method which concerns on Embodiment 2 of this invention, and the conventional control method. 3慣性系のブロック線図である。It is a block diagram of a three inertia system. 股関節における3慣性系モデルのボーデ線図である。It is a Bode diagram of a three inertia system model in a hip joint. 股関節における3慣性系モデルのボーデ線図である。It is a Bode diagram of a three inertia system model in a hip joint. プラントのモデルパラメータのノミナル値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the nominal value of the model parameter of a plant. 3慣性系の自己共振相殺制御のブロック線図である。It is a block diagram of self-resonance cancellation control of a three inertia system. 3慣性系の自己共振相殺制御外乱オブザーバのブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of a three-inertia self-resonance cancellation control disturbance observer. n慣性系の自己共振相殺制御外乱オブザーバの制御ブロック図である。It is a control block diagram of a self-resonance cancellation control disturbance observer of an n inertia system. 1/sの伝達関数のボーデ線図である。It is a Bode diagram of a transfer function of 1 / s 2 . モデル化誤差が生じたときのPSRC、及びPSRCを自己共振相殺制御外乱オブザーバでノミナル化したときの伝達関数のボーデ線図である。It is a Bode diagram of a transfer function when P SRC when a modeling error occurs and P SRC are nominalized by a self-resonance cancellation control disturbance observer.

実施の形態1.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施の形態1に係る制御システムは、例えば、ロボットの足首関節部、膝関節部、股関節部などの各関節部の駆動を制御するものである。
Embodiment 1 FIG.
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The control system according to Embodiment 1 of the present invention controls driving of each joint portion such as an ankle joint portion, a knee joint portion, and a hip joint portion of a robot, for example.

図1は本実施の形態1に係る制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態1に係る制御システム1は、制御対象である関節部2を駆動するモータ3と、モータ3側に設けられモータ3側の角度情報を検出する第1角度センサ4と、関節部2側に設けられ関節部2側の角度情報を検出する第2角度センサ5と、第1及び第2角度センサ4、5により検出された角度情報に基づいてモータ3を制御する制御装置6と、を備える。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic system configuration of a control system according to the first embodiment. The control system 1 according to the first embodiment includes a motor 3 that drives a joint portion 2 that is a control target, a first angle sensor 4 that is provided on the motor 3 side and detects angle information on the motor 3 side, and a joint portion. A second angle sensor 5 provided on the second side for detecting angle information on the joint portion 2 side, and a control device 6 for controlling the motor 3 based on the angle information detected by the first and second angle sensors 4 and 5; .

モータ3は、駆動手段の一具体例であり、関節部2に設けられており、関節部2を回転駆動する。第1角度センサ4は、第1検出手段の一具体例であり、モータ3側の角度情報(回転角度、回転角速度、回転角加速度など)を検出する。第2角度センサは、第2検出手段の一具体例であり、関節部2側の角度情報(回転角度、回転角速度、回転角加速度など)を検出する。第1及び第2角度センサ4、5は、例えば、エンコーダ、ポテンショメータなどにより構成されている。なお、本実施の形態において、関節部2は回転関節部に適用されているが、これに限らず、例えば、並進可動するなどの並進可動部などでもよく、ロボットの任意の可動部に適用可能である。   The motor 3 is a specific example of a driving unit, and is provided in the joint portion 2 to rotationally drive the joint portion 2. The first angle sensor 4 is a specific example of first detection means, and detects angle information (rotation angle, rotation angular velocity, rotation angular acceleration, etc.) on the motor 3 side. The second angle sensor is a specific example of the second detection means, and detects angle information (rotation angle, rotation angular velocity, rotation angular acceleration, etc.) on the joint unit 2 side. The 1st and 2nd angle sensors 4 and 5 are comprised by the encoder, the potentiometer, etc., for example. In this embodiment, the joint part 2 is applied to the rotary joint part. However, the present invention is not limited to this, and may be a translational movable part such as a translational movable part, and can be applied to any movable part of the robot. It is.

制御装置6は、第1及び第2角度センサ4、5から出力される角度情報に基づいてモータ3を回転駆動する、所謂フィードバック制御を行っている。制御装置6は、例えば、演算処理、制御処理等と行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、メモリ、及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。   The control device 6 performs so-called feedback control in which the motor 3 is rotationally driven based on the angle information output from the first and second angle sensors 4 and 5. The control device 6 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, control processing, and the like, a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory) that store arithmetic programs executed by the CPU, control programs, and the like. The hardware is composed mainly of a microcomputer comprising a memory comprising a memory, an interface unit (I / F) for inputting / outputting signals to / from the outside, and the like. The CPU, memory, and interface unit are connected to each other via a data bus or the like.

ロボットの各関節部の制御を行う際に、その計算量と、パラメータの同定誤差、などの問題が生じる、これに対して、外乱オブザーバ(DOB:Disturbance Observer)を用いることで、遠心力・コリオリ力・重力・摩擦力・同定誤差を全て外乱とみなし、プラントをノミナル化させるロバストなモーションコントロールを実現できる。   When controlling each joint part of the robot, problems such as computational complexity and parameter identification errors occur. On the other hand, by using a disturbance observer (DOB), centrifugal force and Coriolis are used. Force, gravity, frictional force, and identification errors are all regarded as disturbances, and robust motion control that makes the plant nominal can be realized.

ここで、外乱オブザーバについて、詳細に説明する。図2は、DOBのブロック線図である。なお、Pを実プラント、Pnをノミナルプラント、Tを入力トルク、dをトルク外乱、Qをフィルタとすると、その出力は下記(1)式のように表すことができる。
Here, the disturbance observer will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram of the DOB. When P is an actual plant, Pn is a nominal plant, T is an input torque, d is a torque disturbance, and Q is a filter, the output can be expressed as the following equation (1).

上記のようにプラントをノミナル化できるが、このノミナル化は1慣性系のみの適用となる。これは、2以上の慣性系に適用すると負荷慣性とばねによる大きな振動を誘発し、プラントをノミナル化することが困難となるからである。   Although the plant can be nominalized as described above, this nominalization is applied to only one inertial system. This is because, when applied to two or more inertial systems, it is difficult to nominalize the plant by inducing large vibrations due to load inertia and springs.

これに対し、本実施の形態1に係る制御装置6は、2慣性系の共振抑制手法である、いわゆる自己共振相殺制御(SRC:Self Resonance Cancellation Control)を用いて、ロボットの関節部2の制御を行っている。   On the other hand, the control device 6 according to the first embodiment controls the joint 2 of the robot using so-called self-resonance cancellation control (SRC), which is a two-inertia resonance suppression method. It is carried out.

ロボットの関節部2の駆動を制御する場合、その関節部を構成するギアやベルトの撓み、軸の捻れなどに起因して関節角度誤差が発生する。そこで、本実施の形態1において、この関節角度誤差を抑制するために、モータ3側の第1角度センサ4に加えて、負荷側(関節部2のギア出力段)にも第2角度センサ5を設置し、1入力2出力の制御対象を構成している。本実施の形態1に係る制御装置6は、モータ3側の第1角度センサ4及び関節部2(負荷)側の第2角度センサ5から夫々出力されフィードバックされた角度情報に対して所定係数を乗算し足合わせることで、開ループ伝達関数の見かけのプラントの共振を相殺する上記自己共振相殺制御を行う。なお、自己共振相殺制御は、ばね定数Kを用いずに設計できるので、ばね定数Kの変動にロバストである。   When the drive of the joint portion 2 of the robot is controlled, a joint angle error occurs due to bending of a gear or belt constituting the joint portion, twisting of the shaft, or the like. Therefore, in the first embodiment, in order to suppress the joint angle error, in addition to the first angle sensor 4 on the motor 3 side, the second angle sensor 5 is also provided on the load side (gear output stage of the joint portion 2). And configures a control object with one input and two outputs. The control device 6 according to the first embodiment applies a predetermined coefficient to the angle information output and fed back from the first angle sensor 4 on the motor 3 side and the second angle sensor 5 on the joint 2 (load) side. The self-resonance canceling control for canceling the apparent plant resonance of the open loop transfer function is performed by multiplying and adding together. Since the self-resonance canceling control can be designed without using the spring constant K, it is robust to fluctuations in the spring constant K.

さらに、従来の自己共振相殺制御においては、上記共振相殺時に粘性項については近似などを行って無視をしていた為、共振が残存する虞があった。そこで、本実施の形態1に係る制御装置6においては、共振を相殺した角度情報を生成する際に無視をしていた粘性項を厳密に考慮して上記所定係数を決定し、自己共振相殺制御を行う。   Further, in the conventional self-resonance canceling control, the viscosity term is neglected by performing approximation or the like at the time of the resonance canceling, so that there is a possibility that the resonance may remain. Therefore, in the control device 6 according to the first embodiment, the predetermined coefficient is determined by strictly considering the viscosity term that has been ignored when generating the angle information that cancels the resonance, and the self-resonance cancellation control is performed. I do.

すなわち、本実施の形態1に係る制御装置6は、第1角度センサ4により検出された角度情報に対してモータ3の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2角度センサ5により検出された角度情報に対して関節部2の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、その乗算結果を加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御部(自己共振相殺制御手段の一具体例)61を有している。   That is, the control device 6 according to the first embodiment multiplies the angle information detected by the first angle sensor 4 by a predetermined coefficient related to the inertia and viscosity of the motor 3, and is detected by the second angle sensor 5. A self-resonance canceling control unit (one specific example of self-resonance canceling control means) 61 that cancels resonance by multiplying the angle information by a predetermined coefficient related to the inertia and viscosity of the joint 2 and adding the multiplication results. doing.

これにより、ロボットの関節部2に生じる共振をより確実に低減することができる。特に、ヒューマノイドロボットや産業用ロボットなどの関節部においては、ハーモニックギアなどを用いているため、その粘性摩擦がより大きくなり問題となる。これに対し、上述の如く、粘性項を厳密に考慮して上記所定係数を決定し自己共振相殺制御を行うことで、より高精度な共振抑制効果が期待できる。   Thereby, the resonance which arises in the joint part 2 of a robot can be reduced more reliably. In particular, joints such as humanoid robots and industrial robots use harmonic gears and the like, and the viscous friction becomes larger and becomes a problem. On the other hand, as described above, a more accurate resonance suppression effect can be expected by determining the predetermined coefficient in consideration of the viscosity term and performing self-resonance canceling control.

次に、本実施の形態1に係る制御装置6において、粘性項を厳密に考慮して上記所定係数を決定する方法について、具体的に説明する。   Next, a specific description will be given of a method for determining the predetermined coefficient in consideration of the viscosity term in the control device 6 according to the first embodiment.

まず、モータ3の慣性モーメント、モータ3の粘性減衰係数、第1角度センサ4から出力されるモータ3の角度情報、関節部2の慣性モーメント、関節部2の粘性係数、第2角度センサ5から出力される関節部2(負荷)側の角度情報、及び、ばね定数を夫々、J、B、θ、J、B、θ、K、とする。また、モータ3の慣性モーメント、モータ3の粘性減衰係数、関節部2側の慣性モーメント、関節部2の粘性係数、及びばね定数のノミナル値を夫々、JMn、BMn、JLn、BLn、Kとし、関節部2のギア比をnとする。以下、添え字のnが付いたものは全てノミナル値とする。Tからθ(図3参照)までの伝達関数PMM、Tからθまでの伝達関数PML、dからθまでの伝達関数PLM、dからθまでの伝達関数PLLを下記(3)式から(8)式で表すことができる。
First, the moment of inertia of the motor 3, the viscosity damping coefficient of the motor 3, the angle information of the motor 3 output from the first angle sensor 4, the moment of inertia of the joint portion 2, the viscosity coefficient of the joint portion 2, and the second angle sensor 5 The angle information and the spring constant on the joint 2 (load) side to be output are J M , B M , θ M , J L , B L , θ L and K, respectively. Also, the nominal moment values of the moment of inertia of the motor 3, the viscosity damping coefficient of the motor 3, the moment of inertia on the joint 2 side, the viscosity coefficient of the joint 2 and the spring constant are respectively shown as J Mn , B Mn , J Ln , B Ln. , K n and the gear ratio of the joint 2 is n. Hereinafter, everything with the subscript n is assumed to be a nominal value. Transfer function P MM from T M to θ M (see FIG. 3), Transfer function P ML from T M to θ L , Transfer function P LM from d L to θ M , Transfer function from d L to θ L P LL can be expressed by the following formulas (3) to (8).

なお、本実施の形態1に係る自己共振相殺制御においては、フィードバック制御の設計と、開ループ伝達関数の見かけのプラントの共振相殺と、を別々に行う。これにより、制御装置を自由に設計できる。   In the self-resonance cancellation control according to the first embodiment, feedback control design and apparent plant resonance cancellation of the open-loop transfer function are performed separately. Thereby, a control apparatus can be designed freely.

図3は、本実施の形態1に係る制御装置の自己共振相殺制御部の制御ブロック線図である。ここで、Fをモデル応答とすると、関節部2側(負荷側)の角度指令値θ refからθまでの閉ループ伝達関数G、開ループ伝達関数G、それぞれのノミナル値GCn、GOn、は、下記(9)乃至(12)式のように表すことができる。
FIG. 3 is a control block diagram of the self-resonance canceling control unit of the control device according to the first embodiment. Here, when F is a model response, the closed loop transfer function G C and the open loop transfer function G O from the angle command value θ L ref to θ L on the joint portion 2 side (load side), the respective nominal values G Cn , G On can be expressed as the following formulas (9) to (12).

さらに、上記(12)式に示すGOnの見かけのプラントの共振の項が相殺されるように所定係数α、β、γ、δを、下記(13)式に示すように決定できる。特に、従来無視されていたβ及びδの項を考慮することで、粘性項を厳密に考慮することができる。 Further, the predetermined coefficients α, β, γ, and δ can be determined as shown in the following equation (13) so that the apparent plant resonance term of G On shown in the above equation (12) is canceled out. In particular, the viscosity term can be strictly considered by considering the β and δ terms that have been ignored in the past.

従来は、制御対象における伝達関数を「剛体モード」と「共振モード」の積の形式で表しており、粘性項を積の形式で分離できないため、近似などを行い無視されていた。一方、本実施の形態1においては、伝達関数を「剛体モード」と「共振モード」の積の形式で分離しない下記(13)式を用いることで、粘性項を厳密に考慮することができる。
Conventionally, the transfer function in the controlled object is expressed in the form of a product of “rigid body mode” and “resonance mode”, and since the viscosity term cannot be separated in the form of product, it has been ignored by approximation. On the other hand, in the first embodiment, the viscosity term can be strictly considered by using the following equation (13) that does not separate the transfer function in the form of the product of the “rigid body mode” and the “resonance mode”.

このとき、下記(14)式が成立する。
On=PSRCnFB
SRCn=1/JMn (14)
At this time, the following expression (14) is established.
G On = P SRCn C FB
P SRCn = 1 / J Mn s 2 (14)

上記(14)式に示す如く、見かけのプラントPSRCnに共振成分の粘性項が存在しない。したがって、従来、近似などを行って無視していた粘性項が存在しないことから、共振が残存することがない。 As shown in the above equation (14), there is no viscosity term of the resonance component in the apparent plant P SRCn . Therefore, since there is no viscosity term that has been ignored in the past by approximation, resonance does not remain.

本実施の形態1に係る制御装置6の自己共振相殺制御部61は、上記(13)式に基づいて所定係数α、β、γ、δを設定する。そして、自己共振相殺制御部61は、図3に示す如く、第1角度センサ4からの角度情報θ及び第2角度センサ5からの角度情報θに対して、設定した所定係数α、β、γ、δを夫々乗算する。さらに、自己共振相殺制御部61は、その乗算した各乗算結果を加算器で加算し、その加算結果に基づいて、モータトルク指令値を生成する。 The self-resonance cancellation controller 61 of the control device 6 according to the first embodiment sets the predetermined coefficients α, β, γ, and δ based on the above equation (13). Then, as shown in FIG. 3, the self-resonance canceling control unit 61 sets the predetermined coefficients α and β for the angle information θ M from the first angle sensor 4 and the angle information θ L from the second angle sensor 5. , Γ, and δ, respectively. Further, the self-resonance cancellation control unit 61 adds the multiplied results by the adder, and generates a motor torque command value based on the addition result.

より具体的には、図3に示す如く、自己共振相殺制御部61は、入力された角度指令値θ refに基づいたモデル応答値と、フィードバックされた第2角度センサ5の角度情報θと、の偏差を算出し、その偏差に所定係数γ、δを夫々乗算する。さらに、自己共振相殺制御部61は、偏差に所定係数δを乗算して求めた値のみに積分処理を行う。 More specifically, as shown in FIG. 3, the self-resonance cancellation controller 61 includes the model response value based on the input angle command value θ L ref and the angle information θ L of the second angle sensor 5 fed back. And the deviations are multiplied by predetermined coefficients γ and δ, respectively. Furthermore, the self-resonance cancellation control unit 61 performs integration processing only on the value obtained by multiplying the deviation by the predetermined coefficient δ.

また、自己共振相殺制御部61は入力された角度指令値θ refに制御ゲインを乗算し、その乗算値と、フィードバックされた第1角度センサの角度情報と、の偏差を算出し、その偏差に所定係数α、βを夫々乗算する。さらに、自己共振相殺制御部61は、偏差に所定係数βを乗算して求めた値のみに積分処理を行う。自己共振相殺制御部61は、上述のように所定係数α、β、γ、δを夫々乗算して算出した値を加算し、その加算値に基づいてモータトルク指令値Tを算出する。 The self-resonance canceling control unit 61 multiplies the input angle command value θ L ref by the control gain, calculates a deviation between the multiplied value and the angle information of the fed back first angle sensor, and the deviation Is multiplied by predetermined coefficients α and β, respectively. Furthermore, the self-resonance cancellation control unit 61 performs integration processing only on the value obtained by multiplying the deviation by the predetermined coefficient β. Self-resonant cancellation controller 61, a predetermined coefficient as noted above alpha, beta, gamma, adds the value which is calculated by respectively multiplying the [delta], calculates a motor torque command value T M on the basis of the added value.

このように、モータ3及び関節部2の粘性係数を厳密考慮しつつ、制御対象の逆相となる所定係数を決定でき、共振を大きく低減できる。また、フィードバック制御を独立に設計できるため、制御装置6のフィードバック制御を自由に設計できる。   In this way, the predetermined coefficient that is the opposite phase of the control target can be determined while strictly considering the viscosity coefficients of the motor 3 and the joint portion 2, and the resonance can be greatly reduced. Moreover, since feedback control can be designed independently, feedback control of the control apparatus 6 can be designed freely.

次に、本実施の形態に係る自己共振相殺制御のシミュレーション結果について説明する。図4に示す如く、3関節脚ロボットに適用した一例について説明する。3関節脚ロボットの股関節まわりを2慣性系でモデル化し、本実施の形態1に係る自己共振相殺制御と、従来の自己共振相殺制御との比較を行う。   Next, the simulation result of the self-resonance cancellation control according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 4, an example applied to a three-joint leg robot will be described. The hip joint of the three-legged robot is modeled by a two-inertia system, and the self-resonance canceling control according to the first embodiment is compared with the conventional self-resonant canceling control.

図5A及びBは、プラントPmmの周波数特性の実測値を示す図である。この周波数特性の実測は、膝関節部を90度に屈曲させた状態と、股関節部を地面に対して垂直にした状態と、で行っている。図6は、実測した周波数特性に基づいて決定したプラントのノミナル値を示している。なお、Qフィルタは下記(24)式に示すように設定し、極を共に200Hzとし、各関節部に対する位置指令値を0[rad]としている。開始1sec後に10[Nm]のステップ外乱を負荷側に加えている。
Q=ω/(s+ω) (24)式
ω=150×2π[rad/sec]
5A and 5B are diagrams showing measured values of frequency characteristics of the plant Pmm. The frequency characteristics are actually measured in a state where the knee joint is bent at 90 degrees and a state where the hip joint is perpendicular to the ground. FIG. 6 shows the nominal value of the plant determined based on the actually measured frequency characteristics. The Q filter is set as shown in the following equation (24), both poles are 200 Hz, and the position command value for each joint is 0 [rad]. A step disturbance of 10 [Nm] is applied to the load side 1 sec after the start.
Q = ω Q / (s + ω Q ) (24) Equation ω Q = 150 × 2π [rad / sec]

図7は、本実施の形態1に係る自己共振相殺制御と、従来の自己共振相殺制御とのシミュレーション結果を示す図である。図7に示す如く、従来の自己共振相殺制御を行った場合に(実線)、残存する共振によって制御が発散してしまうことが分かる。一方、本実施の形態1に係る自己共振相殺制御を行った場合(点線)、共振が残存することなく、制御が収束していることが分かる。   FIG. 7 is a diagram illustrating simulation results of the self-resonance cancellation control according to the first embodiment and the conventional self-resonance cancellation control. As shown in FIG. 7, when conventional self-resonance canceling control is performed (solid line), it can be seen that the control diverges due to the remaining resonance. On the other hand, when the self-resonance canceling control according to the first embodiment is performed (dotted line), it can be seen that the control converges without any resonance remaining.

以上、本実施の形態1に係る制御システム1においては、第1角度センサ4により検出された角度情報に対してモータ3の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2角度センサ5により検出された角度情報に対して関節部2の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、その乗算結果を加算することで共振を相殺する。これにより、従来無視されていた粘性項を厳密に考慮することができるため、ロボットの関節部2に生じる共振をより確実に低減することができる。   As described above, in the control system 1 according to the first embodiment, the angle information detected by the first angle sensor 4 is multiplied by the predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the motor 3 and detected by the second angle sensor 5. The obtained angle information is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the joint portion 2, and the multiplication result is added to cancel the resonance. As a result, the viscous term that has been ignored in the past can be strictly taken into account, so that the resonance generated in the joint portion 2 of the robot can be more reliably reduced.

実施の形態2.
図8は、本実施の形態2に係る制御システムの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施の形態2に係る制御システム10の制御装置62は、上記実施の形態1に係る2慣性系の自己共振相殺制御部と外乱オブザーバとを組み合わせた自己共振相殺制御外乱オブザーバ(SRCDOB:Self Resonance Cancellation Control Disturbance Observer)63を備える点を特徴とする。これにより、従来の外乱オブザーバではノミナル化が1慣性系に限られ、さらに、自己共振相殺制御では慣性モーメントと粘性係数のモデル化誤差に弱いという2つの問題を同時に解決できる。すなわち、本実施の形態2に係る制御システムにおいて、2慣性系のシステムにおいてモデル変動しても外乱を抑制し制御帯域を向上させることができる。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic system configuration of the control system according to the second embodiment. The control device 62 of the control system 10 according to the second embodiment includes a self-resonance cancellation control disturbance observer (SRCDOB: Self Resonance) that combines the two-inertia self-resonance cancellation control unit and the disturbance observer according to the first embodiment. Cancellation Control Disturbance Observer) 63 is provided. As a result, the conventional disturbance observer can limit the nominalization to only one inertial system, and can solve the two problems simultaneously that the self-resonance cancellation control is weak to the modeling error of the moment of inertia and the viscosity coefficient. That is, in the control system according to the second embodiment, disturbance can be suppressed and the control band can be improved even if the model varies in a two-inertia system.

まず、共振相殺を行い剛体モードとなるロボットの関節部2の角速度(以下、関節角速度と称す)を以下の(15)式で定義することができる。なお、下記(15)式において、所定係数α、β、γ、δは上記(13)式を用いて求めることができる。
First, the angular velocity (hereinafter referred to as the joint angular velocity) of the joint portion 2 of the robot that performs resonance cancellation and enters the rigid body mode can be defined by the following equation (15). In the following equation (15), the predetermined coefficients α, β, γ, and δ can be obtained using the above equation (13).

本実施の形態2においては、上記(15)式に示す出力に対して外乱オブザーバを設計することで自己共振相殺制御外乱オブザーバ63を構成する。すなわち、従来、外乱オブザーバを設計する場合、関節部側の第2角度センサの角度情報とモータ側の第1角度センサの角度情報との2種類が存在し、少なくとも一方が外乱オブザーバに入力される。しかしながら、いずれの角度情報も共振によるノイズが含まれるため、外乱を完全に抑制できない。   In Embodiment 2, the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 is configured by designing a disturbance observer for the output shown in the above equation (15). That is, conventionally, when designing a disturbance observer, there are two types of angle information of the second angle sensor on the joint side and angle information of the first angle sensor on the motor side, at least one of which is input to the disturbance observer. . However, since any angle information includes noise due to resonance, disturbance cannot be completely suppressed.

一方、本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63において、自己共振相殺制御部は上記(13)式で決定した所定係数α、β、γ、δ及び上記(15)式を用いて、共振を完全に相殺した関節角速度を算出し、その算出した関節角速度を外乱オブザーバに入力する。したがって、外乱オブザーバは、その共振を完全に相殺した関節角速度に基づいて、外乱推定値を高精度に推定できるため、外乱をより確実に抑制できる。   On the other hand, in the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment, the self-resonance cancellation control unit uses the predetermined coefficients α, β, γ, δ determined by the above equation (13) and the above equation (15). Then, the joint angular velocity that completely cancels the resonance is calculated, and the calculated joint angular velocity is input to the disturbance observer. Therefore, the disturbance observer can more accurately suppress the disturbance because the disturbance estimated value can be estimated with high accuracy based on the joint angular velocity that completely cancels the resonance.

図9は、本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバの制御ブロック線図である。図9において、外乱推定値dSRCハットは下記(16)式で表すことができる。なお、下記(16)式において、モデル化誤差ΔPMM、ΔPML、ΔPLM、ΔPLLを下記(17)式で表すことができる。
FIG. 9 is a control block diagram of the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the second embodiment. In FIG. 9, the disturbance estimated value d SRC hat can be expressed by the following equation (16). In the following equation (16), modeling errors ΔP MM , ΔP ML , ΔP LM , ΔP LL can be represented by the following equation (17).

上記(16)式に示す外乱推定値において、共振成分はモデル化誤差により発生する項のみに依存している。従来の外乱オブザーバにおいては、モデル化誤差が存在しない場合でも負荷側外乱dの係数に共振成分が存在していた。一方、本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63においては、外乱推定開始直後はモデル化誤差により共振が相殺されないものの、次第にプラントがノミナル化されて共振が相殺され、安定化していくことが分かる。 In the disturbance estimated value shown in the above equation (16), the resonance component depends only on the term generated by the modeling error. In the conventional disturbance observer, the resonance component was present in the coefficient of the load disturbance d L even when the modeling error is not present. On the other hand, in the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment, although the resonance is not canceled due to a modeling error immediately after the start of disturbance estimation, the plant is gradually made nominal and the resonance is canceled and stabilized. I understand that.

さらに、Q≒約1として見かけ上のモータトルク指令値T'からθSRCの微分値(関節角速度)までの伝達関数を下記(18)式で表すことができる。
Further, assuming that Q≈about 1, the transfer function from the apparent motor torque command value T ′ M to the differential value (joint angular velocity) of θ SRC can be expressed by the following equation (18).

上記(18)式は、上記(14)式の見かけ上のプラントと一致する。ばね定数Kの変動に対して、ロバストな自己共振相殺制御と、この自己共振相殺制御の見かけのプラントをノミナル化できる外乱オブザーバと、を併用すれば、全パラメータ変動にロバストな2慣性系フィードバック制御が構成できる。このとき、見かけのモータトルク指令値T'からθまでの伝達関数を下記(19)式で表すことができる。
The above equation (18) coincides with the apparent plant of the above equation (14). Robust self-resonance cancellation control against fluctuations in the spring constant K, and a disturbance observer that can nominalize the apparent plant of this self-resonance cancellation control, combined with a 2-inertia feedback control that is robust to all parameter variations Can be configured. At this time, the transfer function from the apparent motor torque command value T ′ M to θ M can be expressed by the following equation (19).

さらに、モデル化誤差を下記(21)式及び(22)式で表すことができるため、プラントの剛体モードがノミナル化されていることが確認できる。
Furthermore, since the modeling error can be expressed by the following equations (21) and (22), it can be confirmed that the rigid body mode of the plant is nominalized.

また、上記(19)式に基づいて、共振周波数ωと反共振周波数ωarとの比である共振比Hを下記(23)式で表すことでき、共振比がノミナル化されることがわかる。
Further, based on the (19) equation, the resonant ratio H is the ratio of the resonant frequency omega r and antiresonant frequency omega ar can be expressed by the following equation (23), it can be seen that the resonance ratio is nominal reduction .

次に、上述した本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63のノミナル化について具体例を挙げて説明する。例えば、負荷(関節部2)の慣性モーメントJが変動した際に、自己共振相殺制御外乱オブザーバによりプラントがノミナル化されることをボーデ線図で確認できる。なお、J、B、Bのモデル化誤差に関しても、Jと同様にノミナル化できるため、詳細な説明は省略する。 Next, the nominalization of the above-described self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment will be described with a specific example. For example, when the moment of inertia J L of the load (joint 2) is changed, the plant by self-resonance cancellation control disturbance observer can be confirmed by the Bode diagram to be nominal reduction. Note that the modeling errors of J M , B M , and B L can also be made nominal in the same way as J L, and thus detailed description thereof is omitted.

図10A及びBは、J=JLnの場合、J=2JLnの場合、及びJ=2JLnに自己共振相殺制御外乱オブザーバ(SRCDOB)を適用した場合、を比較したボーデ線図である。なお、Qフィルタは下記(25)式に示すように設定されている。
Q=ω/(s+ω) (25)式
ω=150×2π[rad/sec]
FIGS. 10A and 10B are Bode diagrams comparing the case of J L = J Ln , the case of J L = 2J Ln , and the case of applying a self-resonance cancellation control disturbance observer (SRCDOB) to J L = 2J Ln . is there. The Q filter is set as shown in the following equation (25).
Q = ω Q / (s + ω Q ) (25) Equation ω Q = 150 × 2π [rad / sec]

図10A及びBに示す如く、本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63を用いることで剛体モードがノミナル化されていることが分かる。さらに、図11A及びBに示す如く、T'からθSRCの微分値までの伝達関数PSRCがノミナル化され、見かけのプラントの共振が相殺できていることが確認できる。 As shown in FIGS. 10A and 10B, it can be seen that the rigid body mode is nominalized by using the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment. Furthermore, as shown in FIGS. 11A and B, T 'transfer function P SRC from M to the differential value of theta SRC is nominal reduction, it can be confirmed that the resonance of apparent plant is able to cancel.

次に、上述した本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63における制御のシミュレーションについて、詳細に説明する。ここでは、上記実施の形態1に係る自己共振相殺制御部61と本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63とを併用した制御システムと、従来のPID制御と外部オブザーバとを併用した制御システムと、の比較を行う。   Next, the control simulation in the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment will be described in detail. Here, a control system using the self-resonance canceling control unit 61 according to the first embodiment and the self-resonance canceling control disturbance observer 63 according to the second embodiment, and a conventional PID control and an external observer are used together. Compare with control system.

図12は、上記実施の形態1に係る自己共振相殺制御部と本実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバとを併用した制御ステムを示すブロック線図である。各制御システムは、膝関節部を90度に屈曲させた状態のノミナルプラントPSCRnを制御している。なお、本実施の形態2に係る制御方法は、ω=−200×2πとし、Qフィルタのカットオフ周波数をω=150×2πとして設定している。一方、従来の制御方法はω=−100×2πとして、Qフィルタのカットオフ周波数をω=75×2πとして設定している。このように、各パラメータを制御が発散しない帯域に設定している。以上の条件で、J=2JLnとして、1sec後に10Nmのステップ外乱を入力し、本実施の形態2に係る制御方法と従来の制御方法の応答を比較する。 FIG. 12 is a block diagram showing a control stem in which the self-resonance cancellation control unit according to the first embodiment and the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the second embodiment are used together. Each control system controls the nominal plant P SCRn in a state where the knee joint is bent at 90 degrees. In the control method according to the second embodiment, ω C = −200 × 2π and the cutoff frequency of the Q filter is set as ω Q = 150 × 2π. On the other hand, in the conventional control method, ω C = −100 × 2π and the cutoff frequency of the Q filter is set as ω Q = 75 × 2π. Thus, each parameter is set to a band in which control does not diverge. Under the above conditions, J L = 2J Ln , a step disturbance of 10 Nm is input after 1 sec, and the responses of the control method according to the second embodiment and the conventional control method are compared.

図13は、本実施の形態2に係る制御方法と従来の制御方法とによるシミュレーション結果を示す図である。図13に示す如く、従来の制御方法においては、負荷側外乱により振動が発生していることが分かる。一方、本実施の形態2に係る制御方法によれば、帯域が上がっており、さらに、振動が発生しないことが分かる。   FIG. 13 is a diagram illustrating simulation results obtained by the control method according to the second embodiment and the conventional control method. As shown in FIG. 13, in the conventional control method, it can be seen that the vibration is generated by the load side disturbance. On the other hand, according to the control method according to the second embodiment, it can be seen that the band is increased and further no vibration is generated.

以上、本実施の形態2に係る制御システム10において、2慣性系の自己共振相殺制御部と外乱オブザーバとを組み合わせた自己共振相殺制御外乱オブザーバ63を備える。これにより、2慣性系においてもノミナル化が可能となり、さらに、自己共振相殺制御における慣性モーメントと粘性係数のモデル化誤差を大きく改善できる。   As described above, the control system 10 according to the second embodiment includes the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 in which the two-inertia self-resonance cancellation control unit and the disturbance observer are combined. As a result, nominalization is possible even in a two-inertia system, and the modeling error of the moment of inertia and the viscosity coefficient in the self-resonance cancellation control can be greatly improved.

実施の形態3.
本発明の実施の形態3は、上記実施の形態1に係る自己共振相殺制御部61および上記実施の形態2に係る自己共振相殺制御外乱オブザーバ63を、n慣性系(nは3以上)に適用させた点を特徴とする。例えば、ヒューマノイドロボットの股関節部においては、低周波数に共振が複数表れている。このため、多慣性系のプラントのモデル化誤差にロバストな共振抑制制御が必要となる。これに対し、本実施の形態3に係る自己共振相殺制御部及び自己共振相殺制御外乱オブザーバは、モータ3側の第1角度センサ4だけでなく、負荷側にもn−1個(複数個)の第2角度センサ5を設け、各角度センサ4、5により検出される角度情報に所定係数を乗算し足し合わせることで、n−1の共振を相殺することができる。これにより、軸ねじれや撓みなどが複数個所で発生する場合でも、常時、共振を相殺できるため、制御性能を向上させることができる。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment of the present invention, the self-resonance cancellation control unit 61 according to the first embodiment and the self-resonance cancellation control disturbance observer 63 according to the second embodiment are applied to an n inertia system (n is 3 or more). It is characterized by the point. For example, in the hip joint portion of a humanoid robot, a plurality of resonances appear at a low frequency. For this reason, resonance suppression control that is robust to modeling errors in a multi-inertia system is required. On the other hand, the self-resonance cancellation control unit and the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the third embodiment are not only the first angle sensor 4 on the motor 3 side but also n−1 (plural) on the load side. The second angle sensor 5 is provided, and the angle information detected by the angle sensors 4 and 5 is multiplied by a predetermined coefficient and added to cancel the resonance of n−1. As a result, even when shaft torsion or deflection occurs at a plurality of locations, resonance can be canceled out at all times, so that control performance can be improved.

なお、上述の如く、複数の第2角度センサを設ける場合、例えば、ロボットのハードウェア制限により、3つ目(或いは4つ目以上)の慣性を有する部位の変位をエンコーダなどで計測することが困難となることがある。この場合、加速度センサ及び/又はジャイロセンサにより検出された加速度情報に基づいてその慣性を有する部位の変位を算出してもよい。   Note that when a plurality of second angle sensors are provided as described above, for example, the displacement of the third (or fourth or more) inertia part can be measured with an encoder or the like due to hardware limitations of the robot. It can be difficult. In this case, the displacement of the part having the inertia may be calculated based on the acceleration information detected by the acceleration sensor and / or the gyro sensor.

次に、本実施の形態3に係る自己共振相殺制御部および自己共振相殺制御外乱オブザーバを3関節脚ロボットとその3慣性系モデルに適用させた一例を説明する。まず、3関節脚ロボットの基本構成について説明する。   Next, an example will be described in which the self-resonance cancellation control unit and the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the third embodiment are applied to a three-joint leg robot and its three-inertia system model. First, the basic configuration of the three-joint leg robot will be described.

3関節脚ロボットは、股関節部、膝関節部及び足首関節部の3つの関節部を備えている。図4に示すように、各モータ3は各関節部2のタイミングベルトを介してハーモニックギアに連結されている。各モータ3が回転駆動することで、各関節部2は回転駆動する。ここで、このタイミングベルトが持つばね特性の影響で1つの共振が発生している。また、股関節部においてはさらにもう1つ共振が発生している。したがって、股関節部においては3慣性系でのモデル化が必要になっている。   The three-joint leg robot includes three joint portions, a hip joint portion, a knee joint portion, and an ankle joint portion. As shown in FIG. 4, each motor 3 is connected to a harmonic gear via a timing belt of each joint portion 2. Each joint 3 is rotationally driven by each motor 3 being rotationally driven. Here, one resonance occurs due to the influence of the spring characteristic of the timing belt. Further, another resonance occurs in the hip joint. Therefore, the three-inertia system must be modeled at the hip joint.

図14は、上述した3慣性系のブロック線図である。n番目の慣性モーメント及び粘性減衰係数を夫々、J、Bと定義する。また、n番目の慣性とn+1番目の慣性との間のばね定数、及びギア比を夫々Kn,n+1、rn,n+1とする。また、ノミナル値は文字の右上にNを付するものとする。なお、本実施の形態3においては、3関節のうち股関節部に適用した場合について説明を行うが、膝関節部及び足首関節部についても股関節部と同様に適用可能である。 FIG. 14 is a block diagram of the above-described three inertia system. The nth moment of inertia and the viscous damping coefficient are defined as Jn and Bn , respectively. The spring constant and the gear ratio between the nth inertia and the (n + 1) th inertia are set to K n, n + 1 and rn , n + 1 , respectively. The nominal value is assumed to have N added at the upper right of the character. In addition, in this Embodiment 3, although the case where it applies to a hip joint part among three joints is demonstrated, it is applicable similarly to a hip joint part also about a knee joint part and an ankle joint part.

ここで、股関節部周りの周波数特性について、説明する。図15A及びBは、股関節部における、1慣性目へのトルク指令値Tから関節角度θまでの周波数特性P11の計測結果と、その計測結果に基づく3慣性系モデルのボーデ線図である。3関節脚ロボットの大腿部および下腿部は地面に垂直にし、足先は地面に水平にして計測を行っている。図15A及びBは示す如く、60Hzに生じている共振は、タイミングベルトに依るものである。図16は、上記周波数特性に基づいて決定したプラントのモデルパラメータのノミナル値を示している。 Here, the frequency characteristic around the hip joint will be described. 15A and 15B are measurement results of the frequency characteristic P 11 from the torque command value T 1 to the first inertia to the joint angle θ 1 in the hip joint part, and Bode diagrams of the three-inertia system model based on the measurement results. is there. Measurement is performed with the thigh and lower leg of the three-joint leg robot being perpendicular to the ground and the toes being horizontal to the ground. As shown in FIGS. 15A and B, the resonance occurring at 60 Hz is due to the timing belt. FIG. 16 shows nominal values of plant model parameters determined based on the frequency characteristics.

次に上述したような3慣性系のプラントに対する自己共振相殺制御、及び自己共振相殺制御外乱オブザーバの理論を説明する。3慣性系のプラントにおける運動方程式は、下記(26)式で表すことができる。
Next, the theory of the self-resonance canceling control and the self-resonant canceling control disturbance observer for the above-described three-inertia plant will be described. The equation of motion in a three inertia plant can be expressed by the following equation (26).

さらに、上記3つの運動方程式を全て足し合わせると、下記(27)式が導出される。
Furthermore, when all the above three equations of motion are added, the following equation (27) is derived.

上記(27)式におけるPSRCには共振成分は存在しなくなるので、このPSRCに対しフィードバック制御器を構成すればよいこととなる。実際にはノミナル値に対し制御器は構成されるため、下記(28)式となるようにフィードバック制御器を構成すればよいこととなる。
Since the resonance component does not exist in P SRC in the above equation (27), a feedback controller may be configured for this P SRC . Actually, since the controller is configured for the nominal value, the feedback controller may be configured so as to satisfy the following equation (28).

上述したように、本実施の形態3に係る自己共振相殺制御においては、関節部2及びモータ3に関する3個の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出する。そして、その算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいてフィードバック制御器を生成する。   As described above, in the self-resonance canceling control according to the third embodiment, the equations of motion are calculated for the three inertial systems related to the joint unit 2 and the motor 3, respectively. Then, a feedback controller is generated based on an expression that does not include a resonance component generated by adding the calculated equations of motion.

これにより、元々P1、1やP2、1は共振を持っているにも関わらず、3つの信号に所定係数をかけて足し合わせることでフィードバック制御における見かけのプラントの共振が相殺される。これが3慣性系の自己共振相殺制御である。上記一例では、3慣性系について説明したが、4以上の慣性系についても同様に導出できる。このように、慣性系毎の運動方程式を単純に足し合わせた式に基づいて、自ずと共振成分を相殺したフィードバック制御器を構成できる。 As a result, even though P 1 , 1 and P 2, 1 originally have resonance, the apparent resonance of the plant in the feedback control is canceled by adding the three signals to each other by a predetermined coefficient. This is the self-resonance canceling control of the three inertia system. In the above example, the three-inertia system has been described, but the same can be derived for four or more inertial systems. In this manner, a feedback controller that naturally cancels the resonance component can be configured based on an equation obtained by simply adding the equations of motion for each inertial system.

図17は、上述した3慣性系の自己共振相殺制御のブロック線図である。図17に示す如く、自己共振相殺制御部は、第1乃至第3角度センサにより検出された角度情報θ、θ、θに第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値θ ref、θ ref、θ refに第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差e、e、eを夫々算出する。そして、自己共振相殺制御部は、算出した各偏差e、e、eを加算した値eSRCに基づいて、モータに対するトルク指令値Tを生成する。 FIG. 17 is a block diagram of the above-described three-inertia self-resonance cancellation control. As shown in FIG. 17, the self-resonance canceling control unit receives each value obtained by multiplying the angle information θ 1 , θ 2 , θ 3 detected by the first to third angle sensors by the first control gain. Deviations e 1 , e 2 , e 3 from the values obtained by multiplying the angle command values θ 1 ref , θ 2 ref , θ 3 ref by the second control gain are calculated. Then, the self-resonance cancellation controller generates a torque command value T 1 for the motor based on a value e SRC obtained by adding the calculated deviations e 1 , e 2 , e 3 .

図18は、上述した3慣性系の自己共振相殺制御外乱オブザーバのブロック線図である。図18に示す如く、自己共振相殺制御部は、第1乃至第3角度センサにより検出された角度情報θ、θ、θに第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値θ ref、θ ref、θ refに第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差e、e、eを夫々算出する。そして、自己共振相殺制御部は、算出した各偏差e、e、eを加算した値eSRCに基づいて、第1トルク指令値Tを生成する。さらに、自己共振相殺制御部は、第1乃至第3角度センサにより検出された角度情報θ、θ、θに第3制御ゲインを夫々乗算した各値を加算して関節角速度(θSRCの微分値)を算出し、外乱オブザーバに出力する。外乱オブザーバは、自己共振制御部からの関節角速度θSRCに基づいて外乱推定値dSRCハットを生成し、自己共振相殺制御部に出力する。自己共振相殺制御部は、外乱オブザーバからの外乱推定値dSRCハットと、生成した第1トルク指令値T'と、の偏差を求め、その偏差を第2トルク指令値Tとする。
なお、上述した図17及び18に示す自己共振相殺制御及び自己共振相殺制御外乱オブザーバは一例であり、これに限らず、例えば、図17及び18に示すブロック線図を等価変換あるいは、同等の数式変形に基づく制御システムであってもよい。
FIG. 18 is a block diagram of the above-described three-inertia self-resonance cancellation control disturbance observer. As shown in FIG. 18, the self-resonance canceling control unit receives each value obtained by multiplying the angle information θ 1 , θ 2 , θ 3 detected by the first to third angle sensors by the first control gain. Deviations e 1 , e 2 , e 3 from the values obtained by multiplying the angle command values θ 1 ref , θ 2 ref , θ 3 ref by the second control gain are calculated. Then, the self-resonance cancellation control unit generates a first torque command value T 1 based on the value e SRC obtained by adding the calculated deviations e 1 , e 2 , e 3 . Further, the self-resonance canceling control unit adds the respective values obtained by multiplying the angle information θ 1 , θ 2 , θ 3 detected by the first to third angle sensors by the third control gain, respectively, thereby adding the joint angular velocity (θ SRC Is calculated and output to the disturbance observer. The disturbance observer generates a disturbance estimated value d SRC hat based on the joint angular velocity θ SRC from the self-resonance control unit, and outputs it to the self-resonance cancellation control unit. The self-resonance canceling control unit obtains a deviation between the disturbance estimated value d SRC hat from the disturbance observer and the generated first torque command value T 1 ′, and sets the deviation as the second torque command value T 1 .
The self-resonance cancellation control and the self-resonance cancellation control disturbance observer shown in FIGS. 17 and 18 described above are examples, and are not limited thereto. For example, the block diagrams shown in FIGS. It may be a control system based on deformation.

なお、上述の如く、3慣性系モデルに適用させた一例を説明したがn(4≦n)慣性系モデルについても同様に適用させることができる。この場合、下記(29)式に示すようにn個の運動方程式を全て足し合わせる。
Note that, as described above, an example in which the present invention is applied to a three-inertia system model has been described. However, the present invention can be similarly applied to an n (4 ≦ n) inertia system model. In this case, all n equations of motion are added as shown in the following equation (29).

下記(30)式は、上記(29)式を足し合わせた結果である。
The following formula (30) is the result of adding the above formula (29).

上記(30)式におけるPSRCには共振成分が存在しなくなる。実際にはノミナル値に対し制御器は構成されるため、開ループ伝達関数のノミナル値が下記(31)式に示すように制御器を構成する。
There is no resonance component in PSRC in the above equation (30). Since the controller is actually configured with respect to the nominal value, the controller is configured so that the nominal value of the open loop transfer function is expressed by the following equation (31).

図19は、上述のように構成したn慣性系の自己共振相殺制御外乱オブザーバの制御ブロック図である。   FIG. 19 is a control block diagram of the n-inertia self-resonance cancellation control disturbance observer configured as described above.

次に、上述した本実施の形態3に係る3慣性系の自己共振相殺制御部と自己共振相殺制御外乱オブザーバとを併用した制御のシミュレーションについて、詳細に説明する。本シミュレーションにおいて、従来のPID制御及び外乱オブザーバの制御と、本実施の形態3に係る3慣性系の自己共振相殺制御と自己共振相殺制御外乱オブザーバとを併用した制御との比較を行う。ここで、負荷の慣性モーメントJ=2JLnなるモデル化誤差を与えてシミュレーションを行う。 Next, a detailed description will be given of a simulation of control using the above-described three-inertia self-resonance cancellation control unit and the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the third embodiment. In this simulation, comparison is made between the conventional PID control and disturbance observer control, and the control using the three-inertia self-resonance cancellation control and the self-resonance cancellation control disturbance observer according to the third embodiment. Here, a simulation is performed by giving a modeling error of moment of inertia of load J L = 2J Ln .

負荷の慣性モーメントにJ=2J 3なるモデル化誤差が生じたときに、自己共振相殺制御外乱オブザーバによってPSRCがノミナル化される。図20Aは、1/sの伝達関数のボーデ線図である。図20Bは、モデル化誤差が生じたときのPSRC(J=2J )、及びモデル化誤差が生じたときのPSRC(J=2J )を自己共振相殺制御外乱オブザーバでノミナル化したときの伝達関数のボーデ線図である。図20A及びBに示す如く、自己共振相殺制御外乱オブザーバを用いることで、負荷の慣性モーメントJに変動が生じた場合でも、SRCプラントPSRCがノミナル化され、共振がほとんど相殺されていることがわかる。なお、若干共振が残っているが、これはQ≠1であるためで、ω→∞となるとき、完全に共振が相殺される。 When a modeling error of J 3 = 2J N 3 occurs in the moment of inertia of the load, PSRC is nominalized by the self-resonance cancellation control disturbance observer. FIG. 20A is a Bode diagram of a 1 / s 2 transfer function. FIG. 20B shows P SRC when a modeling error occurs (J 2 = 2J 2 n ) and P SRC when a modeling error occurs (J 2 = 2J 2 n ) using a self-resonance cancellation control disturbance observer. It is a Bode diagram of a transfer function when it is nominalized. As shown in FIGS. 20A and 20B, by using the self-resonance canceling control disturbance observer, the SRC plant P SRC is nominalized and the resonance is almost canceled even when the inertia moment J L of the load fluctuates. I understand. Although some resonance remains, this is because Q ≠ 1, and when ω Q → ∞, the resonance is completely cancelled.

以上、本実施の形態3において、関節部及びモータに関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出する。そして、その算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいてフィードバック制御器を生成する。これにより、軸ねじれや撓みなどが複数個所で発生する場合でも、共振を相殺できるため、制御性能を向上させることができる。   As described above, in the third embodiment, the equation of motion is calculated for each of the plurality of inertia systems related to the joint portion and the motor. Then, a feedback controller is generated based on an expression that does not include a resonance component generated by adding the calculated equations of motion. As a result, even when shaft twisting or bending occurs at a plurality of locations, the resonance can be canceled out, so that the control performance can be improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上記実施の形態において、制御対象としてロボットの関節部に適用されているが、これに限らず、任意の可動部に適用可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a joint portion of a robot as a control target. However, the present invention is not limited to this and can be applied to any movable portion.

また、本発明は、例えば、上記自己共振相殺制御及び外乱オブザーバの処理を、CPUにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。   The present invention can also be realized, for example, by causing the CPU to execute a computer program for the self-resonance cancellation control and the disturbance observer processing.

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。   The program may be stored using various types of non-transitory computer readable media and supplied to a computer. Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media. Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (for example, flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (for example, magneto-optical disks), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W and semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), flash ROM, RAM (random access memory)) are included.

また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。   The program may also be supplied to the computer by various types of transitory computer readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves. The temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.

1 制御システム
2 関節部
3 モータ
4 第1角度センサ
5 第2角度センサ
6 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control system 2 Joint part 3 Motor 4 1st angle sensor 5 2nd angle sensor 6 Control apparatus

Claims (23)

制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御手段と、
を備えることを特徴とする制御システム。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
Second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side;
The angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, and the control is performed on the angle information or position information detected by the second detection means. Self-resonance canceling control means for canceling resonance by multiplying a predetermined coefficient relating to inertia and viscosity of the object and adding the multiplication results;
A control system comprising:
請求項1記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数α及びβを夫々乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数γ及びδを夫々乗算し、該乗算結果を加算しており、
前記所定係数α、β、γ、δは、前記制御対象における伝達関数を剛体モードと共振モードの積の形式に分離しない式に基づいて、設定される、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 1,
The self-resonance cancellation control means multiplies the angle information or position information detected by the first detection means by a predetermined coefficient α and β, respectively, and adds the angle information or position information detected by the second detection means. Respectively, by multiplying predetermined coefficients γ and δ, respectively, and adding the multiplication results,
The control system is characterized in that the predetermined coefficients α, β, γ, and δ are set based on an expression that does not separate a transfer function in the controlled object into a product of a rigid body mode and a resonance mode.
請求項2記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記所定係数α、β、γ、δを、下記式に基づいて設定する、ことを特徴とする制御システム。
α=JMn
β=BMn
γ=JLn/n
δ=BLn/n
但し、上記式において、BMnは前記駆動手段の粘性減衰係数のノミナル値、JMnは前記駆動手段の慣性モーメントのノミナル値、JLnは前記制御対象の慣性モーメントのノミナル値、BLnは前記制御対象の粘性係数のノミナル値、nは前記制御対象内のギア比である。
The control system according to claim 2,
The self-resonance canceling control unit sets the predetermined coefficients α, β, γ, and δ based on the following formulas.
α = J Mn
β = B Mn
γ = J Ln / n
δ = B Ln / n
Where B Mn is the nominal value of the viscous damping coefficient of the driving means, J Mn is the nominal value of the inertia moment of the driving means, J Ln is the nominal value of the inertia moment of the control object, and B Ln is the The nominal value of the viscosity coefficient of the controlled object, n is the gear ratio in the controlled object.
請求項1乃至3のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺した加算結果に基づいて、外乱推定値を算出する外乱オブザーバを更に備える、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to any one of claims 1 to 3,
The angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, and the control is performed on the angle information or position information detected by the second detection means. A control system, further comprising a disturbance observer that calculates a disturbance estimated value based on an addition result obtained by multiplying a predetermined coefficient related to inertia and viscosity of a target and adding the multiplication results to cancel resonance.
請求項4記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバにより算出された外乱推定値に基づいて前記駆動手段に対するトルク指令値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 4,
The self-resonance canceling control unit generates a torque command value for the driving unit based on a disturbance estimated value calculated by the disturbance observer.
請求項4又は5記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、下記式に基づいて、前記共振成分を含まない角速度を算出し、前記外乱オブザーバに出力する、ことを特徴とする制御システム。
但し、上記式において、θは前記第1検出手段により検出された前記角度情報、θは前記第2検出手段により検出された前記角度情報、である。
The control system according to claim 4 or 5, wherein
The self-resonance canceling control unit calculates an angular velocity not including the resonance component based on the following equation, and outputs the angular velocity to the disturbance observer.
In the above equation, θ M is the angle information detected by the first detection means, and θ L is the angle information detected by the second detection means.
請求項4乃至6のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
前記外乱オブザーバは、下記式に基づいて前記外乱推定値を算出する、ことを特徴とする制御システム。
但し、上記式において、Qはフィルタであり、ΔPMM、ΔPML、ΔPLM、ΔPLLは、モデル化誤差である。
The control system according to any one of claims 4 to 6,
The said disturbance observer calculates the said disturbance estimated value based on a following formula, The control system characterized by the above-mentioned.
In the above equation, Q is a filter, and ΔP MM , ΔP ML , ΔP LM , and ΔP LL are modeling errors.
請求項1乃至7のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
前記制御対象の角度情報または位置情報を検出する少なくとも1つ以上の前記第2検出手段を備え、
前記自己共振相殺制御手段は、前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出し該算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいて生成したフィードバック制御器を含む、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to any one of claims 1 to 7,
Comprising at least one or more second detection means for detecting angle information or position information of the control object;
The self-resonance canceling control unit calculates a motion equation for each of a plurality of inertial systems related to the control target and the driving unit, and based on an expression that does not include a resonance component generated by adding the calculated motion equations. A control system comprising a generated feedback controller.
請求項8記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の前記第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成する、または、入力される角度指令値と第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報の偏差に第1制御ゲインを夫々乗算し、それらを加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 8, comprising:
The self-resonance canceling control means includes each value obtained by multiplying the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one or more second detection means by a first control gain, and an input angle. Deviations between the command value and the value obtained by multiplying the second control gain are calculated, and a torque command value for the driving means is generated or input based on the value obtained by adding the deviations. And a deviation of the angle information detected and fed back by the second detecting means is multiplied by the first control gain, respectively, and a torque command value for the driving means is generated based on the added value. Control system.
請求項8記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の前記第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対する第1トルク指令値を生成し、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に第3制御ゲインを夫々乗算し、該各乗算値を加算した値を、前記外乱オブザーバに出力し、
前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段から出力された値に基づいて外乱推定値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 8, comprising:
The self-resonance canceling control means includes each value obtained by multiplying the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one or more second detection means by a first control gain, and an input angle. Deviations of the command value multiplied by the second control gain are calculated, and a first torque command value for the driving means is generated based on the value obtained by adding the deviations.
The self-resonance cancellation control means multiplies the angle information or the position information detected by the first and at least one or more second detection means by a third control gain, and adds a value obtained by adding the multiplication values. Output to the disturbance observer,
The said disturbance observer produces | generates a disturbance estimated value based on the value output from the said self-resonance cancellation control means, The control system characterized by the above-mentioned.
請求項10記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバからの外乱推定値と、前記生成した第1トルク指令値と、に基づいて第2トルク指令値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 10, comprising:
The self-resonance cancellation control means generates a second torque command value based on a disturbance estimated value from the disturbance observer and the generated first torque command value.
請求項11記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記生成した第2トルク指令値を前記外乱オブザーバに出力し、
前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段からの第2トルク指令値と、前記各乗算値を加算した値と、に基づいて、前記外乱推定値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 11, comprising:
The self-resonance cancellation control means outputs the generated second torque command value to the disturbance observer,
The disturbance observer generates the estimated disturbance value based on a second torque command value from the self-resonance canceling control unit and a value obtained by adding the multiplication values.
請求項8乃至12のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
下記式に示す慣性系のn個の運動方程式を足し合わせて前記共振成分を含まない式を生成する、ことを特徴とする制御システム。
但し、上記式において、Jはn番目の慣性モーメント、Kはn番目のギア比、Bはn番目の粘性減衰係数、θはn番目の角度センサにより検出される角度情報、である。
The control system according to any one of claims 8 to 12,
A control system that generates an equation that does not include the resonance component by adding n equations of motion of the inertial system represented by the following equation.
In the above equation, J n is the n-th moment of inertia, K n is the n-th gear ratio, B n is the n-th viscosity damping coefficient, and θ n is the angle information detected by the n-th angle sensor. is there.
請求項1乃至13のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
前記制御対象の加速度情報を検出する加速度センサ及び/又はジャイロセンサを更に備え、
前記加速度センサ及び/又はジャイロセンサにより検出された加速度情報及び/又は角速度情報に基づいて、前記制御対象の角度情報又は位置情報を算出する、ことを特徴とする制御システム。
A control system according to any one of claims 1 to 13,
An acceleration sensor and / or a gyro sensor for detecting acceleration information of the control object;
A control system characterized by calculating angle information or position information of the control object based on acceleration information and / or angular velocity information detected by the acceleration sensor and / or gyro sensor.
請求項1乃至14のうちいずれか1項記載の制御システムであって、
前記制御対象は、ロボットの可動部である、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to any one of claims 1 to 14,
The control system is characterized in that the control target is a movable part of a robot.
制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、
前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺した加算結果に基づいて、外乱推定値を算出する外乱オブザーバと、
を備えることを特徴とする外乱推定システム。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
Second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side;
The angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient, the angle information or position information detected by the second detection means is multiplied by a predetermined coefficient, and the multiplication result is obtained. A disturbance observer that calculates a disturbance estimated value based on the addition result that cancels the resonance by adding,
A disturbance estimation system comprising:
制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、
前記第1及び第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し該乗算結果を加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御手段と、
を備える制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出し該算出した運動方程式を足し合わせて生成した共振成分を含まない式に基づいて生成したフィードバック制御器を含む、ことを特徴とする制御システム。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
Second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side;
Self-resonance canceling control means for canceling resonance by multiplying the angle information or position information detected by the first and second detecting means by a predetermined coefficient and adding the multiplication result;
A control system comprising:
The self-resonance canceling control unit calculates a motion equation for each of a plurality of inertial systems related to the control target and the driving unit, and based on an expression that does not include a resonance component generated by adding the calculated motion equations. A control system comprising a generated feedback controller.
請求項17記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 17, wherein
The self-resonance canceling control means includes a value obtained by multiplying the angle information detected and fed back by the first and at least one or more second detecting means by a first control gain, and an input angle command value. 2. A control system, characterized in that a deviation between each value multiplied by a control gain is calculated, and a torque command value for the driving means is generated based on a value obtained by adding the deviations.
請求項17記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び少なくとも1つ以上の第2検出手段により検出されフィードバックされた角度情報または位置情報に第1制御ゲインを夫々乗算した各値と、入力される角度指令値に第2制御ゲインを乗算した値と、の偏差を夫々算出し、該各偏差を加算した値に基づいて、前記駆動手段に対する第1トルク指令値を生成し、
前記自己共振相殺制御手段は、前記第1及び複数の前記第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に第3制御ゲインを夫々乗算し、該各乗算値を加算した値を、前記外乱オブザーバに出力し、
前記外乱オブザーバは、前記自己共振相殺制御手段から出力された値に基づいて外乱推定値を生成する、ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 17, wherein
The self-resonance canceling control unit is configured to multiply the angle information or the position information detected and fed back by the first and at least one or more second detecting units by a first control gain, and an input angle command. A difference between the value and a value obtained by multiplying the value by the second control gain is calculated, and a first torque command value for the driving unit is generated based on a value obtained by adding the deviations.
The self-resonance canceling control means multiplies the angle information or the position information detected by the first and second detection means by a third control gain, and adds the multiplied values to the disturbance. Output to the observer,
The said disturbance observer produces | generates a disturbance estimated value based on the value output from the said self-resonance cancellation control means, The control system characterized by the above-mentioned.
請求項19記載の制御システムであって、
前記自己共振相殺制御手段は、前記外乱オブザーバからの外乱推定値と、前記生成した第1トルク指令値と、に基づいて第2トルク指令値を生成する、
ことを特徴とする制御システム。
The control system according to claim 19, wherein
The self-resonance canceling control unit generates a second torque command value based on the estimated disturbance value from the disturbance observer and the generated first torque command value.
A control system characterized by that.
制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、を備える制御システムの制御方法であって、
前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する、ことを特徴とする制御システムの制御方法。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
A control method of a control system comprising: second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side,
The angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, and the angle information or position information detected by the second detection means is subject to the control object. A control method for a control system, comprising: multiplying a predetermined coefficient related to inertia and viscosity of the control unit and adding the multiplication results to cancel resonance.
制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する第2検出手段と、を備える制御システムの制御プログラムであって、
前記第1検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記駆動手段の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して前記制御対象の慣性及び粘性に関する所定係数を乗算し、該乗算結果を加算することで共振を相殺する、処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする制御システムの制御プログラム。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
A control program for a control system comprising: second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side,
The angle information or position information detected by the first detection means is multiplied by a predetermined coefficient relating to the inertia and viscosity of the drive means, and the angle information or position information detected by the second detection means is subject to the control object. A control program for a control system, characterized by causing a computer to execute processing to cancel resonance by multiplying a predetermined coefficient relating to inertia and viscosity of, and adding the multiplication results.
制御対象を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ該駆動手段側の角度情報または位置情報を検出する第1検出手段と、
前記制御対象側に設けられ該制御対象側の角度情報または位置情報を検出する複数の第2検出手段と、を備える制御システムの設計方法であって、
前記第1及び第2検出手段により検出された角度情報または位置情報に対して所定係数を乗算し、加算することで共振を相殺する自己共振相殺制御を行う制御システムの設計方法であって、
前記制御対象及び駆動手段に関する複数の慣性系に対して、夫々、運動方程式を算出するステップと、
該算出した運動方程式を足し合わせ、共振成分を含まない式を生成するステップと、
前記生成した式に基づいてフィードバック制御器を生成するステップと、
を含む、ことを特徴とする制御システムの設計方法。
Driving means for driving the controlled object;
First detection means provided on the drive means side for detecting angle information or position information on the drive means side;
A control system design method comprising: a plurality of second detection means provided on the control target side for detecting angle information or position information on the control target side;
A control system design method for performing self-resonance canceling control for canceling resonance by multiplying and adding a predetermined coefficient to angle information or position information detected by the first and second detecting means,
Calculating a motion equation for each of a plurality of inertial systems related to the controlled object and the driving means;
Adding the calculated equations of motion to generate an expression that does not include a resonance component;
Generating a feedback controller based on the generated equation;
A control system design method characterized by comprising:
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