JP2021087223A - Servo device using estimated angular speed by motor torque - Google Patents

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信之介 内海
Shinnosuke Utsumi
信之介 内海
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Abstract

To provide a servo device capable of reducing vibration without using an expensive angle detector.SOLUTION: A servo device of the invention controls a gimbal device 200 which comprises a first angle detector 13 driven by a first motor 15 and detecting a rotation angle of an AZ flame 11 rotated about an AZ axis 12, and a first motor characteristic detector 17 detecting motor characteristics in response to a rotating torque of the first motor 15. A first angular speed estimator 43 is provided to calculate a control angular speed respectively from a differential angular speed calculated by differentiating an output from the first angle detector 13 and an integral angular speed calculated by integrating an output from the first motor characteristic detector 17.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、サーボ装置に関し、特に、例えばカメラを保持しながら向きを調整するジンバル装置の制御に用いるサーボ装置に関する。 The present invention relates to a servo device, and more particularly to a servo device used for controlling a gimbal device that adjusts the orientation while holding a camera, for example.

従来、カメラの向きをターゲットに向けて自在に追従させる装置として、図1に示すジンバル装置200が用いられている。ジンバル装置200は、2つの直交する軸、AZ軸12とEL軸22とが設けられた2軸のAZ及びELフレーム11、21を備えてなる。一方のAZフレーム11の内側には、カメラ30が設けられているELフレーム21が設けられている。両方の各フレーム11、21には、各フレーム11、21を有限角回転させるため、及び角度を検出するために、第1及び第2モータ15、25と、第1及び第2角度検出器13、23とがそれぞれ設けられている。なお、第1及び第2モータ15、25と、第1及び第2角度検出器13、23とは、互いに同軸配置された第1及び第2モータ15、25とレゾルバとのモータレゾルバ、または第1及び第2モータ15、25とエンコーダとのモータエンコーダとしてそれぞれ構成されている。前記カメラ30は、第1及び第2角度検出器13、23の出力と、操作信号とで、図4に示すサーボ装置40により制御される。第1及び第2角度検出器13、23から出力される各検出角度は、サーボ装置40に設けられている角速度演算器55、56により微分され、制御角速度が算出される。図5には、停止状態におけるジンバル装置200の角度検出器13、23の出力が示されている。 Conventionally, the gimbal device 200 shown in FIG. 1 has been used as a device for freely following the direction of the camera toward the target. The gimbal device 200 includes two orthogonal axes, a two-axis AZ provided with an AZ axis 12 and an EL axis 22, and EL frames 11 and 21. Inside the one AZ frame 11, an EL frame 21 provided with a camera 30 is provided. In both frames 11, 21, the first and second motors 15, 25, and the first and second angle detectors 13 are used to rotate each frame 11, 21 by a finite angle and to detect an angle. , 23 are provided respectively. The first and second motors 15 and 25 and the first and second angle detectors 13 and 23 are motor resolvers of the first and second motors 15 and 25 and the resolver arranged coaxially with each other, or the first. It is configured as a motor encoder of the first and second motors 15 and 25 and an encoder, respectively. The camera 30 is controlled by the servo device 40 shown in FIG. 4 with the outputs of the first and second angle detectors 13 and 23 and the operation signal. Each detection angle output from the first and second angle detectors 13 and 23 is differentiated by the angular velocity calculators 55 and 56 provided in the servo device 40, and the control angular velocity is calculated. FIG. 5 shows the outputs of the angle detectors 13 and 23 of the gimbal device 200 in the stopped state.

特開2000−39486号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-39486

しかし、角度検出器13、23の出力値は、図5に示されているように、ジンバル装置200が停止している時でも1分解能分だけ変動している。制御角速度を演算するために、角度検出器13、23からの出力を微分すると、1分解能分の変動を含む信号が微分されて角速度の大きな値となり、これがノイズとなる。図6には、図5に示されている角度検出器13、23の出力が微分された時の演算角速度が示されている。演算角速度に含まれるノイズにより、実際にはジンバル装置200の第1及び第2モータ15、25は停止しているのにも関わらず、ジンバル装置200は小刻みに動いてしまう。その結果、ジンバル装置200に固定されているカメラ30の小刻みな動き、いわゆるピクつきが発生してしまう。ジンバル装置200のピクつきを低減させる方法として、ジンバル装置200の第1及び第2角度検出器13、23に、高精度すなわち分解能が高い角度検出器を使う方法がある。しかし、高精度な角度検出器は高価であるという難点がある。 However, as shown in FIG. 5, the output values of the angle detectors 13 and 23 fluctuate by one resolution even when the gimbal device 200 is stopped. When the outputs from the angle detectors 13 and 23 are differentiated in order to calculate the control angular velocity, the signal including the fluctuation of one resolution is differentiated and becomes a large value of the angular velocity, which becomes noise. FIG. 6 shows the calculated angular velocities when the outputs of the angle detectors 13 and 23 shown in FIG. 5 are differentiated. Due to the noise included in the calculated angular velocity, the gimbal device 200 moves in small steps even though the first and second motors 15 and 25 of the gimbal device 200 are actually stopped. As a result, small movements of the camera 30 fixed to the gimbal device 200, so-called picking, occur. As a method of reducing the picking of the gimbal device 200, there is a method of using angle detectors with high accuracy, that is, high resolution, for the first and second angle detectors 13 and 23 of the gimbal device 200. However, a high-precision angle detector has a drawback of being expensive.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、高価な角度検出器を用いずにピクつきを低減できるサーボ装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a servo device capable of reducing picking without using an expensive angle detector.

本発明に係るサーボ装置は、モータにより駆動され、軸を中心に回転するフレームの回転角度を検出する角度検出器と、モータの回転トルクに応じたモータ特性をそれぞれ検出する2モータ特性検出器と、を備えるジンバル装置を制御するサーボ装置であって、角度検出器からの出力を微分して算出した微分角速度と、モータ特性検出器からの出力を積分して算出した積分角速度とから、制御角速度を算出する角速度推定器が設けられている。 The servo device according to the present invention includes an angle detector that detects the rotation angle of a frame that is driven by a motor and rotates about an axis, and a two-motor characteristic detector that detects motor characteristics according to the rotation torque of the motor. A servo device that controls a gimbal device equipped with, and is a controlled angular velocity from the differential angular velocity calculated by differentiating the output from the angle detector and the integrated angular velocity calculated by integrating the output from the motor characteristic detector. An angular velocity estimator is provided to calculate.

また、本発明に係るサーボ装置において、角速度推定器は、微分角速度と、積分角速度とを、周波数領域に応じてそれぞれを重み付けして合計してもよい。 Further, in the servo device according to the present invention, the angular velocity estimator may add the differential angular velocity and the integrated angular velocity by weighting each according to the frequency domain.

また、本発明に係るサーボ装置において、微分角速度と、積分角速度とを同じ割合で合計する基準周波数を境に、低周波数領域では微分角速度の割合を積分角速度の割合より低周波側ほど大きくし、高周波数領域では積分角速度の割合を微分角速度の割合より高周波側ほど大きくして合計してもよい。 Further, in the servo device according to the present invention, the ratio of the differential angular velocity is made larger on the lower frequency side than the ratio of the integrated angular velocity in the low frequency region with the reference frequency at which the differential angular velocity and the integrated angular velocity are summed at the same ratio as a boundary. In the high frequency region, the ratio of the integrated angular velocity may be increased toward the higher frequency side than the ratio of the differential angular velocity and summed.

また、本発明に係るサーボ装置は、モータ特性検出器は、モータの駆動電流を検出する電流センサであってもよい。 Further, in the servo device according to the present invention, the motor characteristic detector may be a current sensor that detects the driving current of the motor.

本発明に係るサーボ装置は、角度検出器からの出力を微分して算出した微分角速度と、モータ特性検出器からの出力を積分して算出した積分角速度とから制御角速度を算出する角速度推定器を有しているので、角度検出器からの出力を微分することに伴う高周波ノイズによる影響を低減することができる。 The servo device according to the present invention is an angular velocity estimator that calculates the control angular velocity from the differential angular velocity calculated by differentiating the output from the angle detector and the integrated angular velocity calculated by integrating the output from the motor characteristic detector. Since it has, it is possible to reduce the influence of high frequency noise associated with differentiating the output from the angle detector.

本発明に係るサーボ装置における角速度推定器は、微分角速度と、積分角速度とを、周波数領域に応じてそれぞれを重み付けして合計するので、周波数に応じて有用な制御角速度を得ることができる。 In the angular velocity estimator in the servo device according to the present invention, the differential angular velocity and the integrated angular velocity are weighted and summed according to the frequency domain, so that a useful controlled angular velocity can be obtained according to the frequency.

本発明に係るサーボ装置において、重み付けは、微分角速度と、積分角速度とを同じ割合で合計する基準周波数を境に、低周波数領域では微分角速度の割合を低周波側ほど大きくし、高周波数領域では積分角速度の割合を高周波側ほど大きくするので、システムごとに最適な制御角速度を算出することができる。 In the servo device according to the present invention, the weighting increases the ratio of the differential angular velocity toward the low frequency side in the low frequency region with the reference frequency at which the differential angular velocity and the integrated angular velocity are summed at the same ratio as the boundary, and in the high frequency region. Since the ratio of the integrated angular velocity is increased toward the high frequency side, the optimum control angular velocity can be calculated for each system.

本発明に係るサーボ装置におけるモータ特性検出器は、モータの駆動電流を検出する電流センサを用いるので、モータ特性検出器をモータの過電流監視用電流センサと兼用でき、低コスト及び小型なサーボ装置とすることができる。 Since the motor characteristic detector in the servo device according to the present invention uses a current sensor that detects the drive current of the motor, the motor characteristic detector can also be used as a current sensor for monitoring the overcurrent of the motor, and is a low-cost and compact servo device. Can be.

本発明の実施の形態に係るサーボ装置を備えると共に、従来構成を説明するための空間安定装置を示した側面図である。It is a side view which provided the servo device which concerns on embodiment of this invention, and showed the space stabilizer for explaining the conventional structure. 本発明の実施の形態に係るサーボ装置の制御を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the control of the servo device which concerns on embodiment of this invention. 図2のサーボ装置の制御を示した制御特性図である。It is a control characteristic diagram which showed the control of the servo device of FIG. 従来のサーボ装置の制御を示したブロック図である。It is a block diagram which showed the control of the conventional servo device. 図4のサーボ装置における角度検出器の角度出力を示した特性図である。It is a characteristic diagram which showed the angle output of the angle detector in the servo device of FIG. 図4のサーボ装置における角度検出器の角度出力を演算して得られた角速度を示した特性図である。It is a characteristic diagram which showed the angular velocity obtained by calculating the angular output of the angle detector in the servo device of FIG.

<実施の形態>
以下に、図1〜図3を参照しながら、本発明の実施の形態に係るサーボ装置40を説明する。なお、従来例と同一、または同等の部分には、同一符号を用いて説明する。

図1は、本発明の実施の形態に係るジンバル装置200を示した側面図である。また、図2は、本発明の実施の形態に係るサーボ装置40の制御を示したブロック図である。また、図3は、サーボ装置40の制御特性を示した制御特性図である。
<Embodiment>
Hereinafter, the servo device 40 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The same or equivalent parts as those of the conventional example will be described using the same reference numerals.

FIG. 1 is a side view showing the gimbal device 200 according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 is a block diagram showing control of the servo device 40 according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a control characteristic diagram showing the control characteristics of the servo device 40.

ジンバル装置200は、AZ軸12を有する基台10と、AZ軸12に回転自在に保持されている四角枠状のAZフレーム11と、AZ軸12を介してAZフレーム11を回動させる有限作動角の第1モータ15及び第1角度検出器13と、対向する2辺にEL軸22が貫通して有する四角枠状のELフレーム21と、ELフレーム21の前側に設けられたカメラ30と、操作信号に応じてジンバル角度を制御するサーボ装置40と、ELフレーム21をカメラ30ごと回動させるための第2モータ25と、第2モータ25の回動角度を検出するための第2角度検出器23と、を備えている。 The gimbal device 200 has a base 10 having an AZ axis 12, a square frame-shaped AZ frame 11 rotatably held by the AZ axis 12, and a finite operation for rotating the AZ frame 11 via the AZ axis 12. The first motor 15 and the first angle detector 13 at the corner, the square frame-shaped EL frame 21 having the EL shaft 22 penetrating the two opposing sides, and the camera 30 provided on the front side of the EL frame 21. A servo device 40 that controls the gimbal angle according to an operation signal, a second motor 25 for rotating the EL frame 21 together with the camera 30, and a second angle detection for detecting the rotation angle of the second motor 25. It is equipped with a vessel 23.

基台10は、ジンバル装置200を保持する部材である。基台10は、例えば、カメラ等を固定する建物、車両、航空機、などに固定される。 The base 10 is a member that holds the gimbal device 200. The base 10 is fixed to, for example, a building, a vehicle, an aircraft, or the like to which a camera or the like is fixed.

基台10は、AZフレーム11を回転可能に保持しているAZ軸12と、AZ軸12を中心にAZフレーム11が基台10に対する回転角度を検出する第1角度検出器13と、AZフレーム11を回転させる第1モータ15と、第1モータ15を駆動する図示しない第1駆動回路と、第1モータ15の作動状態を検出する第1モータ特性検出器17とを有している。 The base 10 includes an AZ axis 12 that rotatably holds the AZ frame 11, a first angle detector 13 that detects the rotation angle of the AZ frame 11 with respect to the base 10 around the AZ axis 12, and an AZ frame. It has a first motor 15 for rotating 11, a first drive circuit (not shown) for driving the first motor 15, and a first motor characteristic detector 17 for detecting an operating state of the first motor 15.

AZフレーム11は、前述のとおり、四角枠状に形成された中空の部材である。対応する1組の2辺の何れか一方に第1モータ15、何れか他方に第1角度検出器13をそれぞれ介して、基台10のAZ軸12に回転可能に保持されている。AZフレーム11の内側には、第1モータ15と、第1角度検出器13とが設けられている対向する1組の辺ではない他の対向する1組の辺において、何れか一方の辺に第2モータ25、何れか他方に第2角度検出器23が設けられている。第2モータ25の中心と、第2角度検出器23の中心とには、EL軸12が挿入されており、ELフレーム21はAZフレーム11に対して、90°異なる状態で回転自在に保持されている。さらに、ELフレーム21には、第2モータ25を駆動する図示しない第2駆動回路と、第2モータ25の作動状態を検出する第2モータ特性検出器27とが設けられている。 As described above, the AZ frame 11 is a hollow member formed in a square frame shape. It is rotatably held by the AZ axis 12 of the base 10 via a first motor 15 on one of the two sides of the corresponding set and a first angle detector 13 on the other. Inside the AZ frame 11, the first motor 15 and the first angle detector 13 are provided on one of the other opposing sets of sides, which is not the opposite set of sides. A second angle detector 23 is provided on either side of the second motor 25. An EL shaft 12 is inserted into the center of the second motor 25 and the center of the second angle detector 23, and the EL frame 21 is rotatably held in a state different from the AZ frame 11 by 90 °. ing. Further, the EL frame 21 is provided with a second drive circuit (not shown) for driving the second motor 25 and a second motor characteristic detector 27 for detecting the operating state of the second motor 25.

AZフレーム11を回転可能に保持しているAZ軸12は、地面に対し、例えば垂直になるように配置されている。また、ELフレーム21を回転可能に保持しているEL軸12は、AZ軸12に対し、直角をなすように配置されている。ELフレーム21は、ジンバル装置200により向きを操作される部材であり、例えばカメラ30が設けられている。 The AZ axis 12 that rotatably holds the AZ frame 11 is arranged so as to be perpendicular to the ground, for example. Further, the EL shaft 12 that rotatably holds the EL frame 21 is arranged so as to form a right angle to the AZ shaft 12. The EL frame 21 is a member whose orientation is controlled by the gimbal device 200, and is provided with, for example, a camera 30.

第1モータ特性検出器17及び第2モータ特性検出器27は、それぞれ第1モータ15及び第2モータ25の作動中の状態を検出する検出器である。第1モータ特性検出器17及び第2モータ特性検出器27は、例えば作動中の第1モータ15及び第2モータ25の駆動電流をそれぞれ検出する第1電流センサ17A、及び第2電流センサ27Aで構成されている。 The first motor characteristic detector 17 and the second motor characteristic detector 27 are detectors that detect the operating states of the first motor 15 and the second motor 25, respectively. The first motor characteristic detector 17 and the second motor characteristic detector 27 are, for example, a first current sensor 17A and a second current sensor 27A that detect the drive currents of the first motor 15 and the second motor 25 in operation, respectively. It is configured.

または、第1モータ特性検出器17、及び第2モータ特性検出器27は、モータの回転トルクをそれぞれ検出する第1トルクセンサ17B、及び第2トルクセンサ27Bであってもよい。または、第1モータ特性検出器17、及び第2モータ特性検出器27は、何れか一方が電流センサ、何れか他方がトルクセンサであってもよい。 Alternatively, the first motor characteristic detector 17 and the second motor characteristic detector 27 may be a first torque sensor 17B and a second torque sensor 27B that detect the rotational torque of the motor, respectively. Alternatively, one of the first motor characteristic detector 17 and the second motor characteristic detector 27 may be a current sensor and any other may be a torque sensor.

次に、本発明によるサーボ装置40は、角度指令θcomが第1減算器51、53を経て入力される第1及び第2角度制御器41、45と、第1及び第2角度制御器41、45が第2減算器52、54を介して接続されている第1及び第2角速度制御器42、46と、第2減算器52、54に接続されている第1及び第2角速度推定器43、47とを有し、図2のように構成されている。本実施の形態のように、軸支されて回転する回転系が複数ある場合は、それぞれの回転系の制御角度を、各々、算出できるように構成されている。例えば、AZフレーム11を基台10に対し回転させる回転系について、第1角度制御器41と、第1角速度制御器42と、第1角速度推定器43とを有している。また、ELフレーム21を回転させる回転系について、第2角度制御器45と、第2角速度制御器46と、第2角速度推定器47とを有している。具体的には、1つのサーボ装置40の中に、各々の回転系を制御する、角度制御器41,45と、角速度制御器42、46と、角速度推定器43、47とが、それぞれ含まれている。または、角度制御器と、角速度制御器と、角速度推定器とが1組含まれているサーボ装置が2組備えられていてもよい。 Next, in the servo device 40 according to the present invention, the first and second angle controllers 41 and 45 and the first and second angle controllers 41, in which the angle command θcom is input via the first subtractors 51 and 53, The first and second angular velocity controllers 42, 46 in which 45 is connected via the second subtractors 52, 54, and the first and second angular velocity estimators 43 connected to the second subtractors 52, 54. , 47, and is configured as shown in FIG. When there are a plurality of rotating systems that are pivotally supported and rotate as in the present embodiment, the control angles of each rotating system can be calculated. For example, the rotating system that rotates the AZ frame 11 with respect to the base 10 has a first angle controller 41, a first angular velocity controller 42, and a first angular velocity estimator 43. Further, the rotating system for rotating the EL frame 21 includes a second angular velocity controller 45, a second angular velocity controller 46, and a second angular velocity estimator 47. Specifically, one servo device 40 includes angle controllers 41 and 45, angular velocity controllers 42 and 46, and angular velocity estimators 43 and 47, which control each rotating system, respectively. ing. Alternatively, two sets of servo devices including one set of an angle controller, an angular velocity controller, and an angular velocity estimator may be provided.

上記のとおり、本実施の形態では、第1及び第2角度検出器13、23、第1及び第2モータ特性検出器17、27、第1及び第2角度制御器41、45、第1及び第2角速度制御器42、46、及び第1及び第2角速度推定器43、47が、各々の回転系にそれぞれ備えられており、合計2組備えられている。各々の回転系に、機能的に同じものがそれぞれ備えられているため、以下の説明では、AZフレーム11を基台10に対し回転させる回転系と、それに対応する第1角度制御器41と、第1角速度制御器42と、第1角速度推定器43とを有するサーボ装置40について説明する。ELフレーム21をAZフレーム11に対して回転させる回転系と、それに対応する第2角度制御器45と、第2角速度制御器46と、第2角速度推定器47とについても、それと同じように機能するように構成されている。言い換えると、第2角度制御器45は第1角度制御器41、第2角速度制御器46は第1角速度制御器42、第2角速度推定器47は第1角速度推定器43と、同じ機能を有している。 As described above, in the present embodiment, the first and second angle detectors 13, 23, the first and second motor characteristic detectors 17, 27, the first and second angle controllers 41, 45, first and The second angular velocity controllers 42 and 46, and the first and second angular velocity estimators 43 and 47 are provided in each rotating system, respectively, and a total of two sets are provided. Since each rotating system is provided with the same functional one, in the following description, the rotating system for rotating the AZ frame 11 with respect to the base 10 and the corresponding first angle controller 41 will be described. The servo device 40 having the first angular velocity controller 42 and the first angular velocity estimator 43 will be described. The rotating system that rotates the EL frame 21 with respect to the AZ frame 11, the corresponding second angle controller 45, the second angular velocity controller 46, and the second angular velocity estimator 47 also function in the same manner. It is configured to do. In other words, the second angle controller 45 has the same functions as the first angle controller 41, the second angular velocity controller 46 has the same functions as the first angular velocity controller 42, and the second angular velocity estimator 47 has the same functions as the first angular velocity estimator 43. doing.

第1角度検出器13の出力は、角速度推定器43に入力され、微分されて角速度が算出される。また、第1モータ特性検出器17の出力は、角速度推定器43に入力され、積分されて角速度が算出される。第1角度検出器13の角度出力が微分されて求められた角速度、すなわち微分角速度と、第1モータ特性検出器17の出力が積分されて求められた角速度、すなわち積分角速度とは、角速度推定器43内で合計される。 The output of the first angle detector 13 is input to the angular velocity estimator 43 and differentiated to calculate the angular velocity. Further, the output of the first motor characteristic detector 17 is input to the angular velocity estimator 43 and integrated to calculate the angular velocity. The angular velocity obtained by differentiating the angular output of the first angle detector 13, that is, the differential angular velocity and the angular velocity obtained by integrating the output of the first motor characteristic detector 17, that is, the integrated angular velocity are the angular velocity estimators. Total within 43.

モータトルクと、モータ駆動電流とは比例関係であり、それらと角加速度とは、次の関係がある。

Figure 2021087223
The motor torque and the motor drive current have a proportional relationship, and they and the angular acceleration have the following relationship.

Figure 2021087223

上式によれば、モータトルクをトルクセンサで検出するか、またはモータ駆動電流を電流センサで検出すれば、上記式1、及び式2により、角加速度が算出可能である。なお、モータの電流を制御するために、モータ駆動回路である第1駆動回路16に電流センサが設けられている場合がある。その場合、本発明用の電流センサは過電流監視用の電流センサと兼用することができるため、新たに電流センサを設ける必要がない。 According to the above equation, if the motor torque is detected by the torque sensor or the motor drive current is detected by the current sensor, the angular acceleration can be calculated by the above equations 1 and 2. In addition, in order to control the current of the motor, a current sensor may be provided in the first drive circuit 16 which is a motor drive circuit. In that case, since the current sensor for the present invention can also be used as a current sensor for overcurrent monitoring, it is not necessary to newly provide a current sensor.

ここで、第1角度検出器13の角度出力が微分されて求められる微分角速度と、第1モータ特性検出器17出力が積分されて求められる積分角速度との違いについて説明する。図3には、微分角速度と、積分角速度とを合計する角度推定器43の概念図が示されている。まず、第1角度検出器13からの角度出力が微分されて求められる微分角速度は、1分解能以内の値を微分したことに伴う高周波ノイズが含まれている。一方、第1モータ特性検出器17からのモータ特性出力が積分されて求められる積分角速度は、微分による高周波ノイズは含まれていないが、ドリフト、低周波ノイズ等の誤差が含まれていることがある。以上より、微分角速度は低周波数領域が低ノイズ領域であり、積分角速度は高周波数領域が低ノイズ領域である。本発明はこの点を利用するものである。算出された微分角速度と、積分角速度とを組み合わせることで、それぞれの欠点をキャンセルする。すなわち、第1角度検出器13からの角度出力を微分して微分角速度と、第1モータ特性検出器17出力を積分して積分角速度とを算出し、その合計値において、周波数に応じてそれぞれの有用な領域を用いることで、ジンバル装置の停止中のピクつきを低減するものである。 Here, the difference between the differential angular velocity obtained by differentiating the angular output of the first angle detector 13 and the integrated angular velocity obtained by integrating the output of the first motor characteristic detector 17 will be described. FIG. 3 shows a conceptual diagram of the angle estimator 43 that sums the differential angular velocity and the integrated angular velocity. First, the differential angular velocity obtained by differentiating the angular output from the first angle detector 13 includes high-frequency noise associated with differentiating a value within one resolution. On the other hand, the integrated angular velocity obtained by integrating the motor characteristic output from the first motor characteristic detector 17 does not include high-frequency noise due to differentiation, but may include errors such as drift and low-frequency noise. is there. From the above, the differential angular velocity has a low noise region in the low frequency region, and the integrated angular velocity has a low noise region in the high frequency region. The present invention makes use of this point. By combining the calculated differential angular velocity and the integrated angular velocity, each defect is canceled. That is, the differential angular velocity by differentiating the angular output from the first angle detector 13 and the integrated angular velocity by integrating the output of the first motor characteristic detector 17 are calculated, and the total value thereof is calculated according to the frequency. By using a useful area, it is possible to reduce the picking when the gimbal device is stopped.

図3において、微分角速度の周波数に対するゲインを示す線Aと、積分角速度の周波数に対するゲインを示す線Bとが交差する点の周波数を基準周波数Cとする。この基準周波数Cでは、微分角速度と、積分角速度とを同じ割合で合計する。基準周波数Cより低周波数領域では、第1角度検出器13からの出力を微分して得られる微分加速度の割合を、第1モータ特性検出器17からの出力を積分して得られる積分加速度の割合より低周波側ほど徐々に大きくして合計する。また、高周波数領域では第1モータ特性検出器17からの出力を積分して得られる積分加速度の割合を、第1角度検出器13からの出力を微分して得られる微分加速度の割合より高周波側ほど徐々に大きくして合計する。 In FIG. 3, the frequency at the point where the line A showing the gain with respect to the frequency of the differential angular velocity and the line B showing the gain with respect to the frequency of the integrated angular velocity intersect is defined as the reference frequency C. At this reference frequency C, the differential angular velocity and the integrated angular velocity are summed at the same ratio. In the frequency region lower than the reference frequency C, the ratio of the differential acceleration obtained by differentiating the output from the first angle detector 13 and the ratio of the integrated acceleration obtained by integrating the output from the first motor characteristic detector 17 Gradually increase the lower frequency side and add up. Further, in the high frequency region, the ratio of the integrated acceleration obtained by integrating the output from the first motor characteristic detector 17 is on the higher frequency side than the ratio of the differential acceleration obtained by differentiating the output from the first angle detector 13. Gradually increase and add up.

なお、基準周波数Cは、システムに合わせて調整できる構成とする。基準周波数Cは、例えば、10Hzである。 The reference frequency C is configured to be adjustable according to the system. The reference frequency C is, for example, 10 Hz.

上述したとおり、回転系が複数ある場合でも、それぞれの回転系を上記と同じように制御することで、それぞれの回転系において、本発明の効果を得ることができる。 As described above, even when there are a plurality of rotating systems, the effect of the present invention can be obtained in each rotating system by controlling each rotating system in the same manner as described above.

本発明の実施の形態におけるサーボ装置40は、第1モータ15により駆動され、第1軸12を中心に回転する部材の回転角度を検出する第1角度検出器13と、モータの回転トルクに応じたモータ特性値を検出する第1モータ特性検出器17と、を備えるジンバル装置を制御し、第1角度検出器13からの出力を微分して算出した微分角速度と、第1モータ特性検出器からの出力を積分して算出した積分角速度とから制御角速度を算出する。 The servo device 40 according to the embodiment of the present invention is driven by the first motor 15, and is driven by the first angle detector 13 that detects the rotation angle of a member that rotates about the first axis 12, and responds to the rotation torque of the motor. The differential angular velocity calculated by controlling the gimbal device including the first motor characteristic detector 17 for detecting the motor characteristic value and differentiating the output from the first angle detector 13 and the first motor characteristic detector. The control angular velocity is calculated from the integrated angular velocity calculated by integrating the outputs of.

したがって、本発明に係るサーボ装置40は、角度検出器出力を微分して得られる制御角速度に含まれる微分ノイズの影響を低減できるので、ジンバル装置のピクつきを低減することができる。 Therefore, the servo device 40 according to the present invention can reduce the influence of the differential noise included in the control angular velocity obtained by differentiating the angle detector output, so that the picking of the gimbal device can be reduced.

10 基台、11 AZフレーム、12 AZ軸、13 第1角度検出器、15 第1モータ、17 第1モータ特性検出器、17A 第1電流センサ、21 ELフレーム、22 EL軸、23 第2角度検出器、25 第2モータ、27 第2モータ特性検出器、27A 第2電流センサ、43 第1角速度推定器、47 第2角速度推定器、200 ジンバル装置 10 base, 11 AZ frame, 12 AZ axis, 13 1st angle detector, 15 1st motor, 17 1st motor characteristic detector, 17A 1st current sensor, 21 EL frame, 22 EL axis, 23 2nd angle Detector, 25 2nd motor, 27 2nd motor characteristic detector, 27A 2nd current sensor, 43 1st angular velocity estimator, 47 2nd angular velocity estimator, 200 gimbal device

Claims (4)

第1モータ(15)により駆動され、AZ軸(12)を中心に回転するAZフレーム(11)の回転角度を検出する第1角度検出器(13)と、
第2モータ(25)により駆動され、EL軸(22)を中心に回転するELフレーム(21)の回転角度を検出する第2角度検出器(23)と、
前記第1及び第2モータ(15、25)の回転トルクに応じたモータ特性をそれぞれ検出する第1及び第2モータ特性検出器(17、27)と、を備えるジンバル装置(200)を制御するサーボ装置であって、
前記第1または第2角度検出器(13、23)からの出力を微分して算出した微分角速度と、前記第1または第2モータ特性検出器(17、27)からの出力を積分して算出した積分角速度とに基づいて、制御角速度をそれぞれ算出する角速度推定器(43、47)を、前記AZ軸(12)の回転系の制御用と、前記EL軸(22)の回転系の制御用との少なくとも何れか一方に設けられているサーボ装置。
A first angle detector (13) that detects the rotation angle of the AZ frame (11) that is driven by the first motor (15) and rotates about the AZ axis (12).
A second angle detector (23) that detects the rotation angle of the EL frame (21) that is driven by the second motor (25) and rotates about the EL axis (22).
A gimbal device (200) including first and second motor characteristic detectors (17, 27) that detect motor characteristics according to rotational torque of the first and second motors (15, 25), respectively, is controlled. It ’s a servo device,
Calculated by integrating the differential angular velocity calculated by differentiating the output from the first or second angle detector (13, 23) and the output from the first or second motor characteristic detector (17, 27). The angular velocity estimators (43, 47) that calculate the control angular velocity based on the integrated angular velocity are used for controlling the rotating system of the AZ axis (12) and for controlling the rotating system of the EL axis (22). A servo device provided in at least one of the above.
前記角速度推定器(43、47)は、前記微分角速度と、前記積分角速度とを、周波数領域に応じてそれぞれを重み付けして合計する、請求項1に記載されたサーボ装置。 The servo device according to claim 1, wherein the angular velocity estimator (43, 47) totals the differential angular velocity and the integrated angular velocity by weighting each of them according to a frequency domain. 前記微分角速度と、前記積分角速度とを同じ割合で合計する基準周波数を境に、低周波数領域では前記微分角速度の割合を前記積分角速度の割合より低周波側ほど大きく、高周波数領域では前記積分角速度の割合を前記微分角速度の割合より高周波側ほど大きい、請求項1または2に記載されたサーボ装置。 With the reference frequency at which the differential angular velocity and the integrated angular velocity are summed at the same ratio as a boundary, the ratio of the differential angular velocity is larger on the lower frequency side than the ratio of the integrated angular velocity in the low frequency region, and the integrated angular velocity in the high frequency region. The servo device according to claim 1 or 2, wherein the ratio of is larger on the high frequency side than the ratio of the differential angular velocity. 前記第1及び第2モータ特性検出器(17、27)は、前記第1及び第2モータ(15、25)の駆動電流を検出する電流センサ(17A、27A)である、請求項1〜3の何れか1項に記載されたサーボ装置。 The first and second motor characteristic detectors (17, 27) are current sensors (17A, 27A) that detect the drive currents of the first and second motors (15, 25), claims 1 to 3. The servo device according to any one of the above.
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