JP2728697B2 - 電動機のトルク制御方式 - Google Patents
電動機のトルク制御方式Info
- Publication number
- JP2728697B2 JP2728697B2 JP63279493A JP27949388A JP2728697B2 JP 2728697 B2 JP2728697 B2 JP 2728697B2 JP 63279493 A JP63279493 A JP 63279493A JP 27949388 A JP27949388 A JP 27949388A JP 2728697 B2 JP2728697 B2 JP 2728697B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- value
- motor
- current
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、減速機系を介して負荷を駆動する電動機の
トルク制御方式に関する。
トルク制御方式に関する。
現在多く用いられている産業用ロボットに続いて、次
世代ロボットの研究開発が進められている。その場合の
ポイントは、人間に変わって作業のできる機能を追求す
ることに置かれている。
世代ロボットの研究開発が進められている。その場合の
ポイントは、人間に変わって作業のできる機能を追求す
ることに置かれている。
したがって、各部の要素機構は、小型，軽量に重点が
置かれ、例えば、作業腕（以下マニピュレータという）
の関節を駆動するアクチュエータは、現在の1/10程度の
重量に軽量化する必要があると言われている。
置かれ、例えば、作業腕（以下マニピュレータという）
の関節を駆動するアクチュエータは、現在の1/10程度の
重量に軽量化する必要があると言われている。
上記の場合、アクチュエータは、電動機部と減速機を
一体化して小型，軽量を追求する方向をとるが、特に、
減速機については電動機に内蔵することを可能にするた
め、小形形状となり、必然的に剛性（バネ定数）が低下
する傾向にある。
一体化して小型，軽量を追求する方向をとるが、特に、
減速機については電動機に内蔵することを可能にするた
め、小形形状となり、必然的に剛性（バネ定数）が低下
する傾向にある。
本発明は、このような振動系のダンピングを改善し
て、速い動作のできるマニピュレータを可能にし、ロボ
ットの作業性を向上することを主な狙いとしている。ま
た、あわせて減速機系の摩擦トルクを補償し、繊細な作
業への対応も目的の一つである。
て、速い動作のできるマニピュレータを可能にし、ロボ
ットの作業性を向上することを主な狙いとしている。ま
た、あわせて減速機系の摩擦トルクを補償し、繊細な作
業への対応も目的の一つである。
さて、電動機によるバネ系の駆動モデルは、一般に第
５図のように与えられる。図において、１は電動機、12
は負荷、JMは電動機１の慣性モーメント、JLは負荷12の
慣性モーメント、τｅは電動機１の発生トルク、ｋは電
動機１と負荷12との間の機械系のバネ定数、θ１は電動
機１の回転角度、θ２は負荷12の回転角度である。
５図のように与えられる。図において、１は電動機、12
は負荷、JMは電動機１の慣性モーメント、JLは負荷12の
慣性モーメント、τｅは電動機１の発生トルク、ｋは電
動機１と負荷12との間の機械系のバネ定数、θ１は電動
機１の回転角度、θ２は負荷12の回転角度である。
ここで、電動機１は、説明を簡単にするため、直流サ
ーボモータとし、負荷12側の角度θ２及び慣性モーメン
トJLは減速比Ｒを通して、電動機１側に換算されている
ものとする。なお、減速機部のバックラッシュあるいは
ロストモーションは、本発明の対象外となるので、ここ
では省略している。
ーボモータとし、負荷12側の角度θ２及び慣性モーメン
トJLは減速比Ｒを通して、電動機１側に換算されている
ものとする。なお、減速機部のバックラッシュあるいは
ロストモーションは、本発明の対象外となるので、ここ
では省略している。
第５図の記号によると、電動機にトルクτｅが発生し
た場合、次の関係式が成り立つ。
た場合、次の関係式が成り立つ。
上式を変形すると、 となる。したがって、下式が成立する。
あるいは、次のようにも表現できる。
以上の計算により、第５図の系は、 という固有振動数を有していることが分かる。サーボ系
を構成した場合、この共振に抑えられて、系の応答を上
げることができなくなる。
を構成した場合、この共振に抑えられて、系の応答を上
げることができなくなる。
そこで従来は、（４）式の制動力（ダンピング）を付
加するため、Ｄ（１−２）（Ｄは制動係数）を、位
置偏差（θ１−θ２）の微分から作り、（４）式に加え
て制動項を実現することが一般的手法であった。
加するため、Ｄ（１−２）（Ｄは制動係数）を、位
置偏差（θ１−θ２）の微分から作り、（４）式に加え
て制動項を実現することが一般的手法であった。
しかし、上記の方法には、次の２つの問題点がある。
１）減速機がある場合、負荷側への検出分解能は、電動
機側に比べて、減速比倍の分解能が必要となる。たとえ
ば、電動機側が１万パルス／回転、減速比＝40のとき、
減速機出力側（＝負荷側）では40万パルス／回転が必要
になる。これは、小形軽量化と相反するため、実現が困
難である。
機側に比べて、減速比倍の分解能が必要となる。たとえ
ば、電動機側が１万パルス／回転、減速比＝40のとき、
減速機出力側（＝負荷側）では40万パルス／回転が必要
になる。これは、小形軽量化と相反するため、実現が困
難である。
２）仮に、ダンピングの改善ができたとしても、減速機
部の摩擦トルクに対しては、全く補償ができず、減速機
系の駆動法としては、適切な方法ではない。
部の摩擦トルクに対しては、全く補償ができず、減速機
系の駆動法としては、適切な方法ではない。
このような問題を解決する一つの提案として、特開昭
60−152279号公報に記載された方法がある。これは、速
度応答性の向上と制御の安定性を同時に満足させるため
に、電動機の発生トルクを電機子電流としたものの微分
値を速度指令の印加点に負帰還するというものである。
60−152279号公報に記載された方法がある。これは、速
度応答性の向上と制御の安定性を同時に満足させるため
に、電動機の発生トルクを電機子電流としたものの微分
値を速度指令の印加点に負帰還するというものである。
ところが、電動機の電機子電流と負荷の挙動とは、特
に弾性系が介在している系においては対応せず、動的特
性は勿論、静的な特性を含めてのトルク制御はできない
という問題があった。
に弾性系が介在している系においては対応せず、動的特
性は勿論、静的な特性を含めてのトルク制御はできない
という問題があった。
そこで本発明は、減速機を介して負荷を運転する制御
系において、高精度のトルク制御を行うことを目的とす
る。
系において、高精度のトルク制御を行うことを目的とす
る。
この目的を達成するため、本発明の電動機のトルク制
御方式は、減速機を介して負荷を駆動する電動機制御系
において、電動機の電流検出値を電流指令に負帰還して
発生トルクを制御する電流フィードバックループと、前
記減速機出力と負荷との間のトルク検出値をトルク指令
に負帰還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフ
ィードバックループとを備え、かつ、該トルクフィード
バックループにおいて、前記トルク検出値の微分値と前
記トルク検出値に非線形補償を行った値の積に、フィー
ドバックゲインを乗じた値を前記トルク検出値に加算す
る並列ループを設けたことを特徴とするものである。
御方式は、減速機を介して負荷を駆動する電動機制御系
において、電動機の電流検出値を電流指令に負帰還して
発生トルクを制御する電流フィードバックループと、前
記減速機出力と負荷との間のトルク検出値をトルク指令
に負帰還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフ
ィードバックループとを備え、かつ、該トルクフィード
バックループにおいて、前記トルク検出値の微分値と前
記トルク検出値に非線形補償を行った値の積に、フィー
ドバックゲインを乗じた値を前記トルク検出値に加算す
る並列ループを設けたことを特徴とするものである。
本発明においては、ダンピングの改善と摩擦トルクの
補償を合わせて解決するため、第２図に示すように、減
速機11の出力軸にトルク検出器５を設けて、従来の電流
フィードバックの外側にトルク制御ループを構成し、さ
らに、トルク検出信号を微分し、所要の係数（k0）を乗
じて上記ループに追加する。また、バネ定数の非線形性
を補償するため、トルクに応じた補償特性を前記k0に加
えている。
補償を合わせて解決するため、第２図に示すように、減
速機11の出力軸にトルク検出器５を設けて、従来の電流
フィードバックの外側にトルク制御ループを構成し、さ
らに、トルク検出信号を微分し、所要の係数（k0）を乗
じて上記ループに追加する。また、バネ定数の非線形性
を補償するため、トルクに応じた補償特性を前記k0に加
えている。
トルク検出器５は、τ＝ｋ（θ１−θ２）を検出す
る。したがって、これを微分するとｄτ/dt＝ｋ（１
−２）となり、位置偏差による場合と同様の効果が得
られる。そこで、トルク制御ループの中に、ｄτ/dtに
比例した値k0k（１−２）を加算すれば、（４）式
のダンピング項Ｄ（１−２）を実現したことにな
り、安定度が改善される。
る。したがって、これを微分するとｄτ/dt＝ｋ（１
−２）となり、位置偏差による場合と同様の効果が得
られる。そこで、トルク制御ループの中に、ｄτ/dtに
比例した値k0k（１−２）を加算すれば、（４）式
のダンピング項Ｄ（１−２）を実現したことにな
り、安定度が改善される。
ただし、上記の説明は、ｋが一定であるとみなすこと
ができる場合があるが、実際の減速機では、バネ定数ｋ
は第３図に示すように、トルクの大きさに応じて変化す
る。そこで、一様なダンピング特性を得るため、トルク
τに関係した補正関数を付加して、このような不都合を
補償している。
ができる場合があるが、実際の減速機では、バネ定数ｋ
は第３図に示すように、トルクの大きさに応じて変化す
る。そこで、一様なダンピング特性を得るため、トルク
τに関係した補正関数を付加して、このような不都合を
補償している。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の制御方式を適用した制御系のブロッ
ク図である。ここでは、説明を簡単にするため、電動機
１として直流電動機を例に挙げているが、交流電動機
（ACサーボモータ）でも問題なく適用できる。２はスイ
ッチング素子、例えばパワートランジスタを使用したPW
Mアンプであり、電動機１に印加する電圧を制御してい
る。３は電動機１の電機子の電流検出器であり、検出さ
れた電流値と電流指令との偏差は、電流アンプ４により
増幅されてPWMアンプ２に出力される。以上の１〜４の
要素は、従来から採用されている電流制御ループを構成
し、電動機１の発生トルクを制御している。
ク図である。ここでは、説明を簡単にするため、電動機
１として直流電動機を例に挙げているが、交流電動機
（ACサーボモータ）でも問題なく適用できる。２はスイ
ッチング素子、例えばパワートランジスタを使用したPW
Mアンプであり、電動機１に印加する電圧を制御してい
る。３は電動機１の電機子の電流検出器であり、検出さ
れた電流値と電流指令との偏差は、電流アンプ４により
増幅されてPWMアンプ２に出力される。以上の１〜４の
要素は、従来から採用されている電流制御ループを構成
し、電動機１の発生トルクを制御している。
本発明では、さらに、減速機出力側（低速側）に、た
とえばストレインメータ方式あるいは磁歪方式等のトル
ク検出器５を設け、トルク指令とこのトルク検出値との
偏差を制御するトルク制御アンプ６を付加している。し
たがって、電動機出力トルクではなく、負荷の駆動トル
クを直接的に制御していることになる。
とえばストレインメータ方式あるいは磁歪方式等のトル
ク検出器５を設け、トルク指令とこのトルク検出値との
偏差を制御するトルク制御アンプ６を付加している。し
たがって、電動機出力トルクではなく、負荷の駆動トル
クを直接的に制御していることになる。
減速機系の剛性が十分高い場合には、このままでトル
ク制御が可能であるが、実際には、減速機剛性と慣性モ
ーメントとの関係で、５〜10Hzに共振周波数があり、サ
ーボ系のゲインが抑えられる。そこで、本発明では、前
記の構成のほかに、微分回路７、またその値を適切なゲ
インとするためのゲイン調整回路８を追加し、トルク制
御ループに加えている。前に説明したように、この微分
回路7,ゲイン調整回路８を設けることによって、振動系
のダンピングがよくなり、トルク制御ループのゲインが
上がり、応答も速くなる。
ク制御が可能であるが、実際には、減速機剛性と慣性モ
ーメントとの関係で、５〜10Hzに共振周波数があり、サ
ーボ系のゲインが抑えられる。そこで、本発明では、前
記の構成のほかに、微分回路７、またその値を適切なゲ
インとするためのゲイン調整回路８を追加し、トルク制
御ループに加えている。前に説明したように、この微分
回路7,ゲイン調整回路８を設けることによって、振動系
のダンピングがよくなり、トルク制御ループのゲインが
上がり、応答も速くなる。
さらに、トルク検出値が減速機系の剛性係数、すなわ
ちバネ係数に関係しているので、検出トルクに対して、
ゲイン補償部９を通し、乗算器10により、フィードバッ
クゲインk0をトルクに関して補正する方法を付加してい
るので、減速機バネ係数の非線形性も補償でき、一様な
ダンピング特性が得られる。
ちバネ係数に関係しているので、検出トルクに対して、
ゲイン補償部９を通し、乗算器10により、フィードバッ
クゲインk0をトルクに関して補正する方法を付加してい
るので、減速機バネ係数の非線形性も補償でき、一様な
ダンピング特性が得られる。
第４図は、本発明による効果を示すトルク指令のステ
ップ応答を示す。同図において、（ａ）は電流フィード
バックのみの制御系の場合、（ｂ）は検出トルクの微分
値をフィードバックした場合、（ｃ）はさらに非線形補
償を行った場合を示している。（ａ）の場合には、オー
バーシュートとアンダーシュートが大きく、制御整定に
時間がかかり、安定性も悪いことがわかる。（ｂ）の場
合は、わずかなオーバーシュートを経て整定しており、
十分な安定性が得られている。さらに、（ｃ）の場合
は、オーバーシュートが改善されていることが分かる。
ップ応答を示す。同図において、（ａ）は電流フィード
バックのみの制御系の場合、（ｂ）は検出トルクの微分
値をフィードバックした場合、（ｃ）はさらに非線形補
償を行った場合を示している。（ａ）の場合には、オー
バーシュートとアンダーシュートが大きく、制御整定に
時間がかかり、安定性も悪いことがわかる。（ｂ）の場
合は、わずかなオーバーシュートを経て整定しており、
十分な安定性が得られている。さらに、（ｃ）の場合
は、オーバーシュートが改善されていることが分かる。
以上に述べたように、本発明においては、トルク制御
ループに対して、検出トルクの微分値をループに追加す
ることによって、振動系のダンピングを向上できる。ま
た、トルクに関連して、前記微分値のフィードバックゲ
インを補償することによって、バネ定数の非線形性も補
償でき、負荷トルクに関するダンピング改善の範囲を広
げることができる。
ループに対して、検出トルクの微分値をループに追加す
ることによって、振動系のダンピングを向上できる。ま
た、トルクに関連して、前記微分値のフィードバックゲ
インを補償することによって、バネ定数の非線形性も補
償でき、負荷トルクに関するダンピング改善の範囲を広
げることができる。
このトルク制御方式を適用することにより、自由度の
多いマニピュレータ関節に関して、個々の減速機を含む
アクチュエータのダンピングを高めることによって、全
体的に迅速な動作を期待できるようになり、作業能率が
向上する。
多いマニピュレータ関節に関して、個々の減速機を含む
アクチュエータのダンピングを高めることによって、全
体的に迅速な動作を期待できるようになり、作業能率が
向上する。
第１図は本発明のトルク制御方式を適用した電動機制御
系のブロック図、第２図は本発明によるトルク検出器の
配置を示す概略図、第３図は減速機の剛性を示すグラ
フ、第４図は本発明によるダンピング特性の改善の結果
を示す波形図、第５図はバネ系負荷駆動モデルの概略図
である。 1:電動機、2:PWMアンプ 3:電流検出器、4:電流アンプ 5:トルク検出器、6:トルク制御アンプ 7:微分回路、8:ゲイン調整回路 9:ゲイン補償部、10:乗算器 11:減速機、12:負荷
系のブロック図、第２図は本発明によるトルク検出器の
配置を示す概略図、第３図は減速機の剛性を示すグラ
フ、第４図は本発明によるダンピング特性の改善の結果
を示す波形図、第５図はバネ系負荷駆動モデルの概略図
である。 1:電動機、2:PWMアンプ 3:電流検出器、4:電流アンプ 5:トルク検出器、6:トルク制御アンプ 7:微分回路、8:ゲイン調整回路 9:ゲイン補償部、10:乗算器 11:減速機、12:負荷
Claims (1)
- 【請求項１】減速機を介して負荷を駆動する電動機のト
ルク制御系において、電動機の電流検出値を電流指令値
に負帰還して発生トルクを制御する電流フィードバック
ループと、前記減速機出力と負荷との間のトルクを検出
するトルク検出器からのトルク検出値をトルク指令値に
負帰還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフィ
ードバックループとを備え、かつ、該トルクフィードバ
ックループにおいて、前記トルク検出値の微分値と前記
トルク検出値に非線形補償を行った値の積に、フィード
バックゲインを乗じた値を前記トルク検出器からそのま
ま分岐した線に加算する並列ループを設けたことを特徴
とする電動機のトルク制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279493A JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279493A JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02131392A JPH02131392A (ja) | 1990-05-21 |
| JP2728697B2 true JP2728697B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=17611816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63279493A Expired - Lifetime JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728697B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4581543B2 (ja) * | 2004-08-02 | 2010-11-17 | 株式会社安川電機 | 減速機一体型アクチュエータおよびこれを備えたアクチュエータシステム |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS594954B2 (ja) * | 1977-09-14 | 1984-02-01 | 三菱電機株式会社 | 機械駆動系軸ねじり振動制御装置 |
| JPS5744797Y2 (ja) * | 1978-07-12 | 1982-10-02 | ||
| JPS6220718A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Mazda Motor Corp | 自動車用エンジンの吸気装置 |
-
1988
- 1988-11-07 JP JP63279493A patent/JP2728697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02131392A (ja) | 1990-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2822809B2 (ja) | 位置制御方法および位置制御装置 | |
| Paine et al. | Design and control considerations for high-performance series elastic actuators | |
| US7211979B2 (en) | Torque-position transformer for task control of position controlled robots | |
| US4914365A (en) | Control device for servo motor | |
| JPH0816246A (ja) | ディジタルサーボによるタンデム制御方法 | |
| US5136227A (en) | Active gravity compensation device for force control system | |
| Kawai et al. | Smooth human interaction control using torsion torque controller and motor-side normalization compensator focusing on back-forward drivability | |
| CN101795110B (zh) | 直线音圈电机非线性特性的智能补偿方法及控制系统 | |
| JP3981773B2 (ja) | ロボット制御装置 | |
| JPS615302A (ja) | マニピユレ−タの制御装置 | |
| JP3656663B2 (ja) | 電動機の位置決め制御方法 | |
| US20190050005A1 (en) | Force or torque control and estimation using high transparency electromechanical manipulator with only joint encoders | |
| JP2728697B2 (ja) | 電動機のトルク制御方式 | |
| Ren et al. | Impedance control of collaborative robots based on joint torque servo with active disturbance rejection | |
| JPS60263206A (ja) | マニピユレ−タの制御装置 | |
| JP3355420B2 (ja) | 産業用ロボットの制御方法 | |
| JPH08278821A (ja) | サーボ制御系の制振方法 | |
| JPH08286759A (ja) | 静摩擦を補償するロボット駆動制御方法 | |
| JP2580502B2 (ja) | 減速機付モ−タの力・トルク制御方法 | |
| Gu et al. | Combined discrete-distributed control of a single-link flexible manipulator using a Lyapunov approach | |
| JPH04197095A (ja) | 直交型ロボットの駆動制御装置 | |
| Morimoto et al. | High performance speed control for torsional system based on H/sup/spl infin//control theory | |
| JP3249976B2 (ja) | サーボモータトルク制御システム | |
| JPH0683971B2 (ja) | バイラテラルサーボマニピユレータ制御方法 | |
| JP2004102556A (ja) | 位置決め制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |