JP2623532B2 - 防振制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機制御における速度振動の抑制を図る
防振制御方法に関する。

〔従来の技術〕

駆動モータが減速器やトルクセンサなどの弾性系を介
して負荷を駆動する電動機械は、モータ駆動系が振動系
となるため、共振や過渡振動などの有害な振動が生じ
る。これらの振動を抑えることは、電動機械の高精度
化、高速化を図る上で重要な課題となっている。

本出願人が先に開示した特開昭57−208891号「電動機
械の制御方式」では、この共振の加速度信号を位相調整
回路とゲイン調整回路により適切な補正信号に変換し、
それを駆動モータの速度制御調整器あるいは位相制御調
整器に与えることにより、この共振現象を改善する方法
が提案されている。

しかし、この方法では、速度制御調整器あるい位相制
御調整器の共振周波数における位相遅れを位相調整回路
で補償してやる必要があり、ごく限られた周波数の振動
に対してしか有効ではない。

これに対し、本出願人が先に出願した特願昭61−4942
5（特開昭62−207187号）［サーボモータの駆動方式」
では、補正信号をトルクあるいは力の調整器に与えるこ
とによる共振モードの安定化を提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

トルクあるいは力制御調整器は、その応答を十分速く
することができるため、補正信号の検出装置の位相遅れ
が無視できる場合には、位相補償回路は必要なくなる。

しかし、前掲の特願昭61−49425号で開示されている
発明においては、負荷の位置，速度及び負荷トルクある
いは負荷にかかる力を検出し、それぞれ位置制御ルー
プ，速度抑制ループ，トルクもしくは力の制御ループの
ネガティブフィードバック量としておき、さらに弾性変
位量もしくは負荷の位置を直接検出する必要があるた
め、この方法をロボットアームの制御などに適用するの
は非常に困難である。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、駆動モータによって駆動される機械振動系
の電動機械に対して、その共振及び過渡振動の抑制を図
り、より高応答，高精度のサーボ機能を実現することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明の防振制御方法は、
負荷の振動加速度の微分値と弾性体の弾性変位量の振
動成分θ_Ａとをそれぞれ検出又は演算するとともに、両
信号を補正信号として駆動モータ制御系のトルク指令値
又は力の指令値τ_ｒに与え、 τ_ｒ′＝τ_ｒ＋（K/N）θ_Ａ−ｇ 但し、Ｋは弾性体の等価バネ定数 Ｎは負荷とモータ間に介在する減速機の減速比 ｇは２次振動系が臨界減衰となるように設定する正の定
数 とすることにより前記負荷と前記駆動モータとの間に介
在する前記弾性体に起因する速度振動を抑制することを
特徴とする。

〔作用〕

第１図に示すように、負荷２を減速器３を介して駆動
モータ１で駆動する系に対して、次の関係式が成立す
る。

Ｊ−Ｋ（/N−θ）＋Ｄ＝０ ……（２） ただし、 I:駆動モータ１の慣性モーメント J:負荷２の慣性モーメント ：駆動モータ１の回転角 θ：負荷２の回転角 τ：駆動モータ１の発生トルク K:減速器３の等価バネ定数 N:減速器３の減速比 D:粘性減衰係数 とする。

ここで、（２）式を２階時間微分すると、 となる。ただし、Ωは負荷の角加速度，ω_ｎは系の固有
振動数，ζは減衰係数であり下式で表される。

Ω＝ すなわち、この系は２次振動系となるが、一般に減衰
係数が小さな場合が多く、何らかの原因で一旦振動が発
生すると、なかなか振動がおさまらない。そこで、以下
では、この減衰係数を大きくすることを考える。

（１）式の を（３）式に代入すると次式となる。

ここで、トルク指令τ_ｒとモータ１の発生トルクτと
の位相差は十分小さくできるので、τ＝τ_ｒとし、さら
に弾性変位量（/N−θ）を /N−θ＝θ_Ｄ＋θ_Ａ のように二つの成分に分けると、（４）式は次の式のよ
うになる。

いま、τ_ｒ＝０のときに、何らかの原因で有害な振動
が発生したとすると、（５）式より、 となる。（６）式において、右辺が零となり、さらに減
衰係数が大きくなれば、Ωは速やかに減衰する。そこ
で、τ_ｒの代わりに次のような指令値τ_ｒ′を考える。

このとき、τ_ｒ＝０とすると、（５）式より、 となる。この２次振動系の減衰係数ζ′は であるから、ｇ＞０とすればζ′＞ζとなる。また、振
動加速度検出器６の出力αは負荷の加速度の振動成分で
あるから、 θ_{Ａ ＝ Ａ}−∫∫α（dt）^２ ……（９） （ただし_A:/Nの振動成分） であり、_Ａ＜＜∫∫α（dt）^２であるから、 θ_Ａ≒−∫∫α（dt）_２ ……（10） とおける。さらに、＝ｄα/dtとおくことができるの
で、（７）式は次のように変形できる。

したがって、（８）式の２次振動系が臨界減衰となる
ようにｇの値を設定すれば、Ωの振動の減衰は臨界的に
行うことができる。

以上より、第１図の構成によって負荷の有害な振動を
抑制することができる。なお、（11）式より増幅器9,10
のゲインはそれぞれg,K/Nである。

通常負荷２の有害な振動はその周波数レンジを限定す
ることができるので、振動加速度検出器６に必要な周波
数レンジの信号だけを通すバンドパスフィルタを挿入す
ることが実用的である。

また、同様な理由で、位相進み回路（微分器）７およ
び位相遅れ回路（２階積分器）８も必要なレンジ内のみ
その特性が保証されれば十分である。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について述べる。弾性変位量の
振動成分θ_Ａの値は、（９）式のように負荷の振動加速
度信号αを２階積分することによって求めてもよいが、
次に示すような方法で求めることもできる。

弾性体の弾性変位量（/N−θ）を検出し、その信
号を振動の周波数レンジのみ通すバンドパスフィルタに
通す。

モータと負荷の回転角/N,θをそれぞれ検出し、
それらの差を同様のバンドパスフィルタに通す。

モータと負荷の速度 をそれぞれ検出して、それらの差を積分しさらに同様
のバンドパスフィルタに通す。

モータの回転角/Nを検出し、それを同様のバンド
パスフィルタに通した信号_Ａと負荷の振動加速度信号
αとを用いて、（９）式により求める。

モータの回転角/Nと負荷の振動速度βを検出し、
θ_Ａ＝_Ａ−∫βdtより求める。

負荷の振動速度βを検出し、θ_Ａ≒−∫βdtより求
める。

駆動モータと負荷との間に弾性体であるトルクセンサ
を挿入した系に対して本発明を適用した実施例のブロッ
ク図を第２図に示す。

ここで、11は弾性変位量（/N−θ）を検出する弾性
体のトルクセンサ、12は減衰させる対象となる振動の周
波数レンジのみ通すバンドフィルタであり、他は第１図
の構成と同じである。また、ｄα/dtの値は、検出値α
を微分して求めても良いが、負荷が一定周期ωで振動す
る場合（α＝Asin ωｔ）には、振動加速度を検出ある
いはαの積分によって求め、さらに−ω^２を乗じた信号
をｄα/dtとして用いても良い。

以上、負荷及び駆動モータが回転系である場合につい
て述べたが、 質量慣性モーメント 位置角度 力トルク なる変換を行えば、負荷あるいは駆動モータがリニア系
である場合にもそのまま適用できる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明では、負荷の振動加速
度の微分値と弾性体の弾性変位量の振動成分とをそれぞ
れ検出又は演算するとともに、両信号を補正信号として
駆動モータ制御系のトルク指令又は力の指令値に与える
ようにしている。したがって、この防振制御を適用すれ
ば、従来発生していた共振あるいは過渡振動を十分にし
かも速やかに減衰させることができるためロボットアー
ムやNC工作機などの弾性系を有する電動機械の高精度
化，高速化に大きな効果がある。また、トルクあるいは
力の指定値に補正信号を加えているため、位置指令値や
速度指令値などに補正信号を加えるものより、さらに速
やかに振動を減衰させることができ、かつ防振対象とな
る振動の周波数レンジも従来より広範囲なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロック図、第２
図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図であ
る。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−254676（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−207187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−234481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−208891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−44714（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷の振動加速度の微分値と弾性体の弾
   性変位量の振動成分θ_Ａとをそれぞれ検出又は演算する
   とともに、両信号を補正信号として駆動モータ制御系の
   トルク指令値又は力の指令値τ_ｒに与え、 τ_ｒ′＝τ_ｒ＋（K/N）θ_Ａ−ｇ 但し、Ｋは弾性体の等価バネ定数 Ｎは負荷とモータ間に介在する減速機の減速比 ｇは２次振動系が臨界減衰となるように設定する正の定
   数 とすることにより前記負荷と前記駆動モータとの間に介
   在する前記弾性体に起因する速度振動を抑制することを
   特徴とする防振制御方法。