JP2784002B2 - 加速度制御形サーボシステム - Google Patents

加速度制御形サーボシステム

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JP2784002B2
JP2784002B2 JP62223600A JP22360087A JP2784002B2 JP 2784002 B2 JP2784002 B2 JP 2784002B2 JP 62223600 A JP62223600 A JP 62223600A JP 22360087 A JP22360087 A JP 22360087A JP 2784002 B2 JP2784002 B2 JP 2784002B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電動機と負荷を含めた総加速度を直接制御
する加速度制御形サーボシステムに関するものである。 〔従来の技術〕 第2図は位置制御サーボシステムの3重制御ループの
従来例を示す図、第3図は電流制御形サーボシステムの
構成例を示す図、第4図は負荷トルクオブザーバを用い
たFF補償形サーボシステムの構成例を示す図、第5図は
FF補償形サーボシステムの等価システムを示す図であ
る。図中、11は位置制御器、12は速度制御器、13、13′
は電流制御器、14はサーボモータを示し、Lは電機子イ
ンダクタンス、Rは電機子抵抗、Jは回転子慣性、Bは
速度抵抗係数、Ktはトルク係数(電圧係数)、JnとKtn
はオブザーバで用いる回転子慣性およびトルク係数(電
圧係数)のノミナル値である。 位置の制御を行うサーボシステムでは、速度制御ルー
プの外側に位置制御ループが組まれるだけであって速度
制御システムが基本となる。 一般に、ロボットアーム駆動のような位置制御を行う
サーボシステムにおいて、従来は、「位置・速度・電
流」という3重の制御ループが組まれており、これに疑
いをはさむことがなかった。この制御ループは、第2図
に示すようにサーボモータ14から位置検出信号θ、速度
検出信号ω、電流検出信号iがフィードバックされる。
そして、位置検出信号θを位置指令信号θと比較しそ
の偏差信号を位置制御器11に入力して速度指令信号ω
を生成し、さらにこれと速度検出信号ωを比較しその偏
差信号を速度制御器12に入力して電流指令信号iを、
この電流指令信号iと電流検出信号iを比較しその偏
差信号を電流制御器13に入力してサーボモータ14の駆動
電圧eを生成している。 上記の如き位置サーボシステムにおいて従来から用い
られている電流制御形サーボシステムの構成を示したの
が第3図である。このように従来は、速度制御器12の出
力が電流指令信号iと解釈され、電流検出信号iをこ
れに追従させるための電流制御ループが組まれている。
ここでは、ヒステリシスコンパレータ13′を用いて高速
のオンオフ制御によって電流制御器13を実現している
が、勿論、一般のPI制御器を用いてもよい。このシステ
ムでは、簡単な計算によって、 となることがわかる。ただし、 なる通常十分成立する仮定をおいている。 上記ωの式より、負荷トルクの影響は、不完全部分形
の伝達関数を通じて速度変動に現れることがわかる。こ
の不完全微分形伝達関数の時定数は、速度制御器12の積
分時定数T1に等しく、速度制御器12の設計上あまり小さ
くできない。これは、例えば通常数百ミリ秒のオーダー
となるから、これより速い速度で変動する負荷トルクに
対しては、十分な抑圧性能が期待できないことになる。 一般に、サーボシステムにおいては、電流を正確に制
御しても、 自分の出すトルクを制御しているだけであって、負
荷外乱や各種摩擦トルクについては何の効果もない。 トルク係数Ktは、回転子位置によって変動し、細か
いリップルを含んでいる。従って、電流制御ループは、
トルク制御ループと等価ではない。 そこで、第3図に示す電流制御形サーボシステムに対
して、第4図に示すような負荷トルクオブザーバを用い
たフィードフォワード補償を行えば、外乱抑圧性能を改
善できることが指摘されている。このシステムでは、負
荷トルクオブザーバ15により、測定した回転速度と電機
子電流を用いて負荷トルクT1の推定値を計算し、この推
定負荷トルクに見合うだけの補償電流を電流指令信号に
加算するものである。このようなフィードフォワード補
償を施すことによって、速度フィードバックループによ
る外乱抑圧効果が現れるよりも速く、これを抑圧するこ
とができる。 第4図に示すシステムでは、フィードフォワード補償
ループを閉じた場合、 速度の完全な微分が計算できたとし、フィードフォワ
ード補償ループを閉じない場合の負荷トルクオブザーバ
ー出力値で、JやKtの変動情報を含む。 となる。さらに、電流指令から速度までの伝達関数が となって、電流指令から見た場合、電動機の慣性モーメ
ントやトルク係数が、オブザーバに用いたノミナル値に
みえる。 これらの性質を用いると、第4図に示すFF補償システ
ムは、等価的に第5図に示すブロック図に変換でき、こ
れを解けば、 となる。ただし、T2<<T1、Ktn/K1<<T1である。この
式より、速度応答は、FF補償のない電流制御形サーボシ
ステムとほとんど同一であるが、外乱応答の方はよく改
善されていることがわかる。すなわち、もともとの外乱
応答に対して不完全微分形の伝達関数(時定数はトルク
オブザーバと一致)が掛算されている、トルクオブザー
バの時定数T2は、例えば数ミリ秒と非常に小さくできる
ので、この外乱抑圧性能は極めて優れたものとなる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の如く従来の電流制御形サーボシステムでは、基
本的な考え方として、位置と、その位置にサーボモータ
を駆動する速度が制御対象とされ、さらには所望の速度
を得るために電流指令信号を与える構成が念頭におかれ
ていた。従って、このような構成に対応して位置検出信
号、速度検出信号、そして補助として電流検出信号が用
いられていた。そのため、目標値指令(位置指令あるい
は速度指令)に対する応答性のみが設計の対象となって
おり、負荷外乱の抑圧特性が考慮されていなかった。 そこで、近年、負荷トルクオブザーバを用いたフィー
ドフォワード補償システムが提案されている。しかし、
これは従来の電流制御マイナーループや電流検出器を必
要とし、かつ理想的な電流制御を前提としている。ま
た、これらの制御系の設計法は複雑、難解であり、実現
に当たっては、負荷トルクオブザーバ等の新たな制御器
の追加を必要とし、マイクロプロセッサを用いてディジ
タル制御を行う場合には、計算時間の増加を招く等の問
題を有している。 本発明は、上記の問題点を解決するものであって、簡
単な構成で外乱抑圧性能の向上を図った加速度制御形サ
ーボシステムを提供することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 そのために本発明は、サーボモータの加速度信号に基
づきサーボモータをフィードバック制御するサーボシス
テムであって、サーボモータの速度信号を検出する速度
検出手段と、速度指令信号と前記速度検出手段により検
出された速度信号との差に基づき加速度指令信号を生成
する加速度指令生成手段と、前記加速度指令生成手段に
より生成された加速度指令信号と前記加速度信号との差
をフィードバック制御信号としてサーボモータを制御す
る制御手段とを備え、加速度の偏差信号によりサーボモ
ータをフィードバック制御するように構成したことを特
徴とするものである。 〔作用〕 本発明の加速度制御形サーボシステムでは、サーボモ
ータの速度及び加速度を帰還してサーボモータを制御す
るので、電動機と負荷を含めた総加速度を制御すること
になり、負荷トルクの影響が速度に現れなくなる。 〔実施例〕 以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。 第1図は本発明に係る加速度制御形サーボシステムの
1実施例構成を示す図である。 第1図において、1は速度制御器、2は加速度制御器
(ここではヒステリシスコンパレータを用いる)、3は
加速度演算器、6はサーボモータ、4と5は減算器を示
す。ヒステリシスコンパレータ2は、加速度の偏差信号
から加速度を制御する電圧指令信号を生成するものであ
る。 従来のサーボシステムは、速度制御器の出力を電流指
令信号iとし電流を制御するものであったが、本発明
の加速度制御形サーボシステムは、第1図に示すように
速度制御器1の出力を加速度指令aとし、加速度を制
御するようにしたものである。そのために、サーボモー
タ6のタコジェネレータ出力を加速度演算器3で微分し
て得られる加速度aをヒステリシスコンパレータ2の前
の減算器5にフィードバックし追従させる。つまり、本
発明の加速度制御形サーボシステムでは、電動機と負荷
を含めたシステム全体の総加速度を直接制御する。その
ため、負荷トルクやあらゆる種類の摩擦トルク等の影響
に対して極めて強いシステムを構成することができる。 いま、ヒステリシスコンパレータ2の入力を0と仮定
すると、となる。負荷トルクから速度までの伝達関数は0であっ
て、理論上は負荷トルクの影響は速度に現れないことが
わかる。 次に、本発明の加速度制御形サーボシステムとFF補償
形サーボシステムとの違いについて説明する。第6図は
FF補償形サーボシステムを本発明の加速度制御形サーボ
システムと対応するように書き直したブロック図であ
る。 従来のFF補償形サーボシステムは、第6図に示すよう
に負荷トルクオブザーバの遅れに起因して、電流から電
流指令への不完全微分形の帰還項が残っている。これ
は、第4図に示す負荷トルクオブザーバにおいて、初期
値誤差を収束させるために必要となる1次遅れ要素が速
度微分及び電流検出値の双方に入るためである。 第7図は本発明と従来のサーボシステムとの伝達関数
による比較例を示す図、第8図は本発明と従来のサーボ
システムのオシロスコープによる速度応答と外乱応答を
示す波形図である。 本発明と従来のシステムの速度応答と外乱応答特性を
伝達関数でまとめたのが第7図(a)であり、電流制御
形サーボシステムの外乱応答のボーデ線図を示したのが
第7図(b)、FF補償形サーボシステムの外乱応答のボ
ーデ線図を示したのが第7図(c)である。なお、本発
明の加速度制御形サーボシステムの外乱応答のボーデ線
図は、伝達関数が0であるので省略している。また、こ
れらのサーボシステムについて、速度応答及び外乱応答
を実験した結果を示したのが第8図であり、電流制御形
サーボシステムの速度応答が(a)、外乱応答が
(b)、FF補償形サーボシステムの速度応答が(c)、
外乱応答が(d)、本発明に係る加速度制御形サーボシ
ステムの速度応答が(e)、外欄応答が(f)である。
速度応答を示す図における1目盛りの単位は、縦軸の速
度が75rpm、電流が10A、横軸が50msecであり、外乱応答
における1目盛りの単位は、縦軸の速度が(b)では75
rpm、(d)、(f)では15rpm、電流が10A、横軸が1se
cである。 この実験において、微分利得に関しては、3方式の速
度応答が同一になるように制御器の定数を設計し、微分
時定数(負荷トルクオブザーバの時定数も同じ)は、ヒ
ステリシスコンパレータの平均動作周波数が2kHz程度と
なるように設計した。また、負荷トルクとしては、回転
機軸に直結した駆動電動機によって±4Nmのステップ状
のトルクを印加した。 第8図に示す実験の結果から、FF補償形サーボシステ
ム及び加速度制御形サーボシステムは、電流制御形サー
ボシステムに比べて、外乱による速度変動の抑圧効果に
著しいものがあることを見てとることができる。 本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、
種々の変形が可能である。例えば上記の実施例では、ヒ
ステリシスコンパレータを用いたが、他の加速度制御器
を用いてもよい。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電
動機と負荷を含めた総加速度を直接制御するので、負荷
外乱の抑圧性能に著しく優れたサーボシステムを提供す
ることができる。特に、負荷外乱の抑圧性能に著しく優
れているため、ほとんどすべての直流および交流サーボ
システム、ロボット・NC機器等、特に負荷変動の大きい
環境下で使用される精密位置決め装置、圧延電動機のよ
うなインパクトドロップが問題になる速度制御システム
の性能向上にきわめて効果的である。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る加速度制御形サーボシステムの1
実施例構成を示す図、第2図は位置制御サーボシステム
の3重制御ループの従来例を示す図、第3図は電流制御
形サーボシステムの構成例を示す図、第4図は負荷トル
クオブザーバを用いたFF補償形サーボシステムの構成例
を示す図、第5図はFF補償形サーボシステムの等価シス
テムを示す図、第6図はFF補償形サーボシステムを本発
明の加速度制御形サーボシステムと対応するように書き
直したブロック図、第7図は本発明と従来のサーボシス
テムとの伝達関数による比較例を示す図、第8図は本発
明と従来のサーボシステムのオシロスコープによる速度
応答と外乱応答を示す波形図である。 1……速度制御器、2……加速度制御器(ここではヒス
テリシスコンパレータ)、3……加速度演算器、4……
サーボモータ、5と6……減算器。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.サーボモータの加速度信号に基づきサーボモータを
    フィードバック制御するサーボシステムであって、 サーボモータの速度信号を検出する速度検出手段と、 速度指令信号と前記速度検出手段により検出された速度
    信号との差に基づき加速度指令信号を生成する加速度指
    令生成手段と、 前記加速度指令生成手段により生成された加速度指令信
    号と前記加速度信号との差をフィードバック制御信号と
    してサーボモータを制御する制御手段と を備え、加速度の偏差信号によりサーボモータをフィー
    ドバック制御するように構成したことを特徴とする加速
    度制御形サーボシステム。 2.前記速度検出手段は、タコジェネレータであること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の加速度制御形
    サーボシステム。 3.前記加速度信号は、前記速度検出手段としてタコジ
    ェネレータを用いて検出した速度信号を微分したもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の加速
    度制御形サーボシステム。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7944582B2 (en) 2003-06-04 2011-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Carriage drive control method and printing apparatus which adopts the method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7008569B2 (ja) * 2018-04-27 2022-01-25 キヤノン株式会社 電子機器及びその制御方法
CN114227675A (zh) * 2021-12-15 2022-03-25 珠海格力电器股份有限公司 一种机器人控制方法、装置、伺服系统和机器人及设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5561804A (en) * 1978-11-02 1980-05-09 Hitachi Ltd Drive unit for servo system
JPS5858886A (ja) * 1981-09-30 1983-04-07 Hitachi Ltd 直流電動機の加速度制御装置
JPS5969280A (ja) * 1982-10-09 1984-04-19 株式会社安川電機 産業用ロボツト
JPS6257008A (ja) * 1985-09-05 1987-03-12 Fanuc Ltd 位置決め制御方式

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7944582B2 (en) 2003-06-04 2011-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Carriage drive control method and printing apparatus which adopts the method

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