JP2859662B2 - Control device for servo motor with reduction gear - Google Patents
Control device for servo motor with reduction gearInfo
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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、サーボモータの出力軸の回転を減速する減
速機を備えた減速機付サーボモータの制御装置に関する
ものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a servomotor with a speed reducer having a speed reducer for reducing the rotation of an output shaft of a servomotor.
［従来の技術］ 産業用ロボットや一般産業用機械では、電動機械の駆
動源として減速機付サーボモータが用いられている。こ
の種の電動機械では、電動機械内部に存在する様々な振
動源が原因となって、負荷で強制振動や共振が発生する
問題がある。従来は負荷の制振を行うために、モータに
よって駆動される負荷側に振動を検出するためのセンサ
（速度センサ、加速度センサ、位置センサ等）を設け、
このセンサの出力から振動の加速度に比例する信号を得
て、この信号をサーボモータのフィードバック制御回路
にフィードバックしていた。[Prior Art] In industrial robots and general industrial machines, servomotors with reduction gears are used as drive sources for electric machines. This type of electric machine has a problem in that forced vibration or resonance occurs in the load due to various vibration sources existing inside the electric machine. Conventionally, a sensor (speed sensor, acceleration sensor, position sensor, etc.) for detecting vibration is provided on the load side driven by a motor in order to perform load damping,
A signal proportional to the acceleration of the vibration is obtained from the output of this sensor, and this signal is fed back to the feedback control circuit of the servo motor.
［発明が解決しようとする課題］ 従来のように負荷側で検出した振動に基づいてフルク
ローズド制御を行うと、振動の発生原因である減速機や
減速機と負荷との間に配置される動力伝達機構（ベル
ト，チェーン等）の構造や特性を考慮しないで済むた
め、一見制御が簡単であるように思われる。しかしなが
ら減速機と負荷との間にチェーンやワイヤ等のバネ要素
が介在するとモータの出力とフィードバックされる信号
との間に位相のずれが発生し、適切な位置補償をしなけ
れば、可制御性を維持できなくなる問題が生じる。[Problems to be Solved by the Invention] When full-closed control is performed based on vibration detected on the load side as in the related art, a reduction gear that is a cause of the vibration or a power arranged between the reduction gear and the load Since the structure and characteristics of the transmission mechanism (belt, chain, etc.) need not be considered, the control seems to be simple at first glance. However, if a spring element such as a chain or a wire is interposed between the reduction gear and the load, a phase shift occurs between the motor output and the signal to be fed back. Is not maintained.
また従来の装置では、フィードバック制御装置の速度
ループ系に振動の加速度に比例する信号を帰還している
ため、サーボ系に新たな固有値を生じさせることにな
り、装置の可制御性を維持できなくなる場合が生じる。Also, in the conventional device, a signal proportional to the acceleration of vibration is fed back to the speed loop system of the feedback control device, so that a new eigenvalue is generated in the servo system, and the controllability of the device cannot be maintained. Cases arise.
本発明の目的は、最も大きな振動の発生源である減速
機で発生する振動（速度変動，トルク変動）を低減させ
ることによって、負荷の振動を抑制する減速機付サーボ
モータの制御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device of a servomotor with a speed reducer, which suppresses the vibration of a load by reducing the vibration (speed fluctuation, torque fluctuation) generated in a speed reducer which is a source of the largest vibration. It is in.
［課題を解決するための手段］ 本発明の減速機付サーボモータの制御装置は、第１及
び第２の速度検出器と、フィードバック制御回路と速度
変動成分検出回路とから構成される。第１の速度検出器
はサーボモータの出力軸の回転速度を検出するものであ
り、フィードバック制御回路は、第１の速度検出器の出
力からフィードバックされた信号に基づいて速度制御を
行う。[Means for Solving the Problems] A control device for a servomotor with a speed reducer according to the present invention includes first and second speed detectors, a feedback control circuit, and a speed fluctuation component detection circuit. The first speed detector detects the rotation speed of the output shaft of the servomotor, and the feedback control circuit performs speed control based on a signal fed back from the output of the first speed detector.
第２の速度検出器は、減速機の出力軸の回転速度を該
出力軸の軸剛性を低下させることなく検出するものであ
り、速度変動成分検出回路は第２の速度検出器の出力か
ら減速機の内部で局所的に発生する振動が原因となって
発生する負荷の励振成分となる所定の周波数成分の速度
変動成分を検出して該速度変動成分を表す信号をフィー
ドバック制御装置の電流ループ系にフィードバックす
る。The second speed detector detects the rotation speed of the output shaft of the speed reducer without reducing the shaft rigidity of the output shaft, and the speed fluctuation component detection circuit decelerates from the output of the second speed detector. A speed fluctuation component of a predetermined frequency component, which is an excitation component of a load generated due to a vibration locally generated inside the machine, and outputs a signal representing the speed fluctuation component to a current loop system of a feedback control device; Feedback to
請求項２の発明では、速度変動成分検出回路を第２の
速度検出器で検出した回転速度を電圧信号に変換する周
波数−電圧変換器と、該周波数−電圧変換器の出力から
負荷側への励振成分となる所定の周波数成分のみを通過
させるバンドパスフィルタとから構成する。According to the second aspect of the present invention, a frequency-voltage converter for converting the rotational speed detected by the second speed detector into a voltage signal by the speed fluctuation component detection circuit, and a signal from the output of the frequency-voltage converter to the load side. And a band-pass filter that passes only a predetermined frequency component that is an excitation component.
また請求項３の発明では、減速機としてハーモニック
ドライブ減速機を用いる場合に、バンドパスフィルタで
サーボモータの出力軸の回転速度の少なくとも２倍及び
４倍に対応する周波数成分を通過させるようにしてい
る。According to the third aspect of the present invention, when a harmonic drive speed reducer is used as the speed reducer, the band-pass filter allows frequency components corresponding to at least twice and four times the rotational speed of the output shaft of the servo motor to pass. I have.
更に請求項４の発明では、減速機としてRV減速機を用
いる場合に、バンドパスフィルタでRV減速機のリングギ
アの噛み合い周波数の少なくとも２倍及び４倍に対応す
る周波数成分を通過させるようにしている。Further, in the invention according to claim 4, when an RV reduction gear is used as the reduction gear, the bandpass filter passes at least two and four times the frequency components corresponding to the meshing frequency of the ring gear of the RV reduction gear. I have.
請求項５の発明では、バンドパスフィルタとして、減
速機の出力軸の回転数の変化またはサーボモータの回転
数の変化を検知し、該回転数の変化に伴って変化する速
度変動成分の周波数に中心周波数を追従させるトラッキ
ング回路を備えたものを用いる。According to the fifth aspect of the present invention, the band-pass filter detects a change in the rotation speed of the output shaft of the speed reducer or a change in the rotation speed of the servomotor, and adjusts the frequency of the speed fluctuation component that changes with the change in the rotation speed. A device provided with a tracking circuit for tracking the center frequency is used.
［作 用］ 振動の発生源である減速機において振動の発生を抑制
すれば、負荷の励振力が伝達されることがなくなり、結
果として負荷での振動の発生はなくなる。そこで本発明
では、上記手段を用いて減速機で局所的に発生する速度
変動やトルク変動を抑制することにより、減速機での振
動の発生を低減する。[Operation] If the generation of vibration is suppressed in the reduction gear that is the source of vibration, the excitation force of the load will not be transmitted, and as a result, the generation of vibration at the load will be eliminated. Therefore, in the present invention, the occurrence of vibrations in the reduction gear is reduced by suppressing the speed fluctuation and torque fluctuation locally occurring in the reduction gear using the above-described means.
本発明では、減速機の出力軸の回転速度を検出する第
２の速度検出器として、減速機の出力軸の軸剛性を低下
させないものを用いるため、第２の速度検出器を設ける
ことが新たな振動の発生原因となることがない。第１の
速度検出器の出力から速度変動成分を検出することも考
えられるが、第１の速度検出器の出力に現れる減速機で
発生した振動の干渉成分は僅かであり、正確な補正制御
を行うことはできない。減速機の最終段に取りつけられ
る出力軸には減速機内で局所的に発生した振動が最も大
きく現れるため、第２の速度検出器の出力から速度変動
成分を検出すれば、最も高い精度で制御を行える。In the present invention, a second speed detector that does not reduce the shaft rigidity of the output shaft of the speed reducer is used as the second speed detector that detects the rotation speed of the output shaft of the speed reducer. It does not cause any serious vibration. Although it is conceivable to detect a speed fluctuation component from the output of the first speed detector, the interference component of the vibration generated by the speed reducer that appears in the output of the first speed detector is slight, and accurate correction control is not performed. I can't do that. Since vibration locally generated in the reduction gear appears most on the output shaft attached to the final stage of the reduction gear, control is performed with the highest accuracy by detecting a speed fluctuation component from the output of the second speed detector. I can do it.
また減速機内で発生する速度変動成分を表す信号をフ
ィードバック制御装置の電流ループ系にフィードバック
すると、新たな系の固有値をサーボ系内に発生させるこ
とがなく、フィードバック制御の可制御性が失われるこ
とがない。When a signal representing the speed fluctuation component generated in the speed reducer is fed back to the current loop system of the feedback control device, the eigenvalue of the new system is not generated in the servo system, and the controllability of the feedback control is lost. There is no.
減速機で発生する振動のすべての速度変動成分を除去
することは不可能であるが、負荷の励振に大きく寄与す
る所定の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィル
タを用いて所定の周波数成分だけをフィードバックすれ
ば振動の発生を低減させることができる。減速機として
ハーモニックドライブ減速機を用いた場合には、バンド
パスフィルタでサーボモータの出力軸の回転速度の少な
くとも２倍及び４倍に対応する周波数成分を通過させる
ようにすると、ほぼ減速機からの振動の発生を無くすこ
とができる。また減速機としてRV減速機を用いる場合に
は、バンドパスフィルタでRV減速機のリングギアの噛み
合い周波数の２倍及び４倍に対応する周波数成分を通過
させるようにすると、ほぼ減速機からの振動の発生を無
くすことができる。Although it is impossible to remove all the speed fluctuation components of the vibration generated by the reduction gear, only the predetermined frequency components are passed by using a band-pass filter that passes only the predetermined frequency components that greatly contribute to the excitation of the load. The feedback can reduce the occurrence of vibration. When a harmonic drive speed reducer is used as the speed reducer, if the frequency components corresponding to at least twice and four times the rotation speed of the output shaft of the servo motor are passed through the band-pass filter, almost Occurrence of vibration can be eliminated. When an RV reduction gear is used as the reduction gear, if the bandpass filter allows the frequency components corresponding to twice and four times the meshing frequency of the ring gear of the RV reduction gear to pass, the vibration from the reduction gear is almost eliminated. Can be eliminated.
またモータの回転数を変動させた場合でも、バンドパ
スフィルタとして、減速機の出力軸の回転数またはサー
ボモータの回転数の変化を検知し、該回転数の変化に伴
って変化する速度変動成分の周波数に中心周波数を追従
させるトラッキング回路を備えたものを用いれば、有効
に減速機からの振動の発生を無くすことができる。Further, even when the rotation speed of the motor is changed, a change in the rotation speed of the output shaft of the reduction gear or the rotation speed of the servomotor is detected as a band-pass filter, and a speed fluctuation component that changes with the change in the rotation speed is detected. If a device provided with a tracking circuit that causes the center frequency to follow the above frequency is used, generation of vibration from the speed reducer can be effectively eliminated.
［実施例］ 以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
第１図は、本発明の減速機付サーボモータの制御装置
の一実施例の概略構成図を示している。同図において、
１はサーボモータ、２は減速機、３は第１の速度検出
器、４は第２の速度検出器、５はフィードバック制御回
路、６は周波数−電圧変換器（F/V変換器）、７はバン
ドパスフィルタを含む電子回路、８は減速機２の出力軸
である。本実施例では、周波数−電圧変換器６とバンド
パスフィルタを含む電子回路７とから速度変動成分検出
回路９が構成されている。サーボモータ１は軸線方向の
両側に出力軸（図示せず）が突出しており、一方の出力
軸端には、第１の速度検出器３を構成する光または磁気
式のエンコーダの回転板が固定されている。第１の速度
検出器３は、サーボモータ１の出力軸の回転数を検出す
るものであり、その出力はフイードバック制御回路５に
フィードバックされる。またサーボモータ１の他方の出
力軸端には、減速機２が結合されている。減速機２とし
ては、ハーモニックドライブ減速機、RV減速機等の歯車
減速機が用いられる。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a control device for a servomotor with a speed reducer according to the present invention. In the figure,
1 is a servo motor, 2 is a speed reducer, 3 is a first speed detector, 4 is a second speed detector, 5 is a feedback control circuit, 6 is a frequency-voltage converter (F / V converter), 7 Denotes an electronic circuit including a band-pass filter, and 8 denotes an output shaft of the speed reducer 2. In this embodiment, a speed fluctuation component detection circuit 9 is constituted by the frequency-voltage converter 6 and the electronic circuit 7 including a band-pass filter. The servomotor 1 has output shafts (not shown) projecting on both sides in the axial direction, and a rotating plate of an optical or magnetic encoder constituting the first speed detector 3 is fixed to one output shaft end. Have been. The first speed detector 3 detects the number of revolutions of the output shaft of the servomotor 1, and its output is fed back to the feedback control circuit 5. A reduction gear 2 is connected to the other output shaft end of the servo motor 1. As the speed reducer 2, a gear speed reducer such as a harmonic drive speed reducer or an RV speed reducer is used.
第２の速度検出器４は、減速機２の出力軸８の回転速
度を該出力軸の軸剛性を低下させることなく検出するも
のである。軸剛性を低下させない速度検出器としては、
例えば減速機２を構成する複数のギアの最終ギア段に着
磁を行い、減速機２のケース側にホール素子を含む半導
体磁気センサを設けてなるパルス発生器を用いることが
できる。現在市販されているエンコーダの回転板は、比
較的細い軸に取付けられるように構成されているため、
第２の速度検出器として市販の磁気又は光エンコーダを
用いる場合には、出力軸８を細くしなければならない。
しかしながら出力軸８を細くすると、出力軸８の軸剛性
が低下して新たな振動の発生原因となるため好ましくな
い。したがってエンコーダを用いる場合には、出力軸８
の軸剛性を低下させないようにする工夫が必要である。The second speed detector 4 detects the rotation speed of the output shaft 8 of the speed reducer 2 without reducing the shaft rigidity of the output shaft. As a speed detector that does not reduce shaft rigidity,
For example, it is possible to use a pulse generator in which magnetization is performed at the final gear of a plurality of gears constituting the reduction gear 2 and a semiconductor magnetic sensor including a Hall element is provided on the case side of the reduction gear 2. The rotary plates of currently commercially available encoders are designed to be mounted on relatively thin shafts,
When a commercially available magnetic or optical encoder is used as the second speed detector, the output shaft 8 must be thin.
However, making the output shaft 8 thinner is not preferable because the shaft rigidity of the output shaft 8 is reduced to cause a new vibration. Therefore, when an encoder is used, the output shaft 8
It is necessary to take measures to prevent the shaft rigidity from being lowered.
周波数−電圧変換器６は、第２の速度検出器４から出
力されるパルス信号の周波数（出力軸８の回転数）を電
圧信号に変換するものである。減速機２内で振動が発生
して速度変動及びトルク変動が生じると、周波数−電圧
変換器６から出力される電圧信号には、サーボモータ１
の出力軸の回転数と出力軸８の回転数とに依存して発生
する変動成分（速度変動成分）が含まれる。電子回路７
は、この変動成分のうち特に負荷の振動の主たる発生原
因となる速度変動成分のみをバンドパスフィルタで取出
し、取出した速度変動成分に所定のゲイン調整等を行っ
た信号をフィードバック制御回路５の電流ループ系にフ
ィードバックさせる。The frequency-voltage converter 6 converts the frequency (the number of rotations of the output shaft 8) of the pulse signal output from the second speed detector 4 into a voltage signal. When vibration occurs in the speed reducer 2 and speed fluctuations and torque fluctuations occur, the voltage signal output from the frequency-voltage converter 6 includes the servo motor 1
And a fluctuation component (speed fluctuation component) generated depending on the rotation speed of the output shaft and the rotation speed of the output shaft 8 are included. Electronic circuit 7
The band-pass filter extracts only a speed fluctuation component which mainly causes load vibration among the fluctuation components, and outputs a signal obtained by subjecting the extracted speed fluctuation component to a predetermined gain adjustment or the like to a current of the feedback control circuit 5. Give feedback to the loop system.
フィードバック制御回路５は、第１の速度検出器３か
らのフィードバック信号によって通常の速度制御を行
い、速度変動成分検出回路９からのフィードバック信号
により減速機２の出力軸８の速度変動またはトルク変動
を抑制するように制御を行う。The feedback control circuit 5 performs normal speed control based on a feedback signal from the first speed detector 3, and detects a speed variation or a torque variation of the output shaft 8 of the speed reducer 2 based on a feedback signal from the speed variation component detection circuit 9. Control is performed so as to suppress it.
第２図は、第１図の実施例の制御系のブロック線図を
示している。同図において、Vcmdは速度指令信号、Vout
は減速機２の出力軸８の速度、Gv（ｓ）はフィードバッ
ク制御回路５で行うPI制御の伝達関数、Ｌはサーボモー
タ１の電機子インダクタンス、Ｒは電機子抵抗、Ktは電
流ループゲイン、Jmはモータイナーシャ、Rgはギア比、
Kgは減速機２の等価捩り剛性、Jgは減速機の出力軸換算
イナーシャ、Gb（ｓ）は局所フィードバックループにお
けるバンドパスフィルタとゲイン調整器（電子回路７内
に配置）を含んでなる伝達関数である。局所的にトルク
変動（振動）が減速機内で発生すると、第２図に示すよ
うに、本発明では減速機２内で発生した振動を低減させ
るためのフィードバック信号を電流ループ系に帰還させ
る。その結果応答速度が速く、また制御系の可制御性が
失われることがない。FIG. 2 is a block diagram of a control system of the embodiment shown in FIG. In the figure, Vcmd is a speed command signal, Vout
Is the speed of the output shaft 8 of the speed reducer 2, Gv (s) is the transfer function of PI control performed by the feedback control circuit 5, L is the armature inductance of the servomotor 1, R is the armature resistance, Kt is the current loop gain, Jm is motor inertia, Rg is gear ratio,
Kg is the equivalent torsional rigidity of the speed reducer 2, Jg is the inertia converted into the output shaft of the speed reducer, and Gb (s) is a transfer function including a band-pass filter and a gain adjuster (located in the electronic circuit 7) in a local feedback loop. It is. When torque fluctuation (vibration) occurs locally in the reduction gear, as shown in FIG. 2, in the present invention, a feedback signal for reducing the vibration generated in the reduction gear 2 is fed back to the current loop system. As a result, the response speed is high, and the controllability of the control system is not lost.
第３図には電子回路７内に配置されるバンドパスフィ
ルタの一例が示されている。このバンドパスフィルタ
は、減速機２としてハーモニックドライブ減速機または
RV減速機を用いた場合おいて、サーボモータ１を定速制
御する場合に好適なバンドパスフィルタである。第３図
において、抵抗R11〜R14と、可変抵抗器ＶR1と、コンデ
ンサC11及びC12と、オペアンプOP1とによってバンドパ
スフィルタ回路BF1が構成される。このフィルタ回路BF1
の中心周波数は抵抗R12の値によって定まり、利得は抵
抗R11の値で定まる。そしてバンド幅は可変抵抗器ＶR1
の値を変えることにより調整される。また抵抗R21〜R24
と、可変抵抗器ＶR2と、コンデンサC21及びC22と、オペ
アンプOP2とによってバンドパスフィルタ回路BF2が構成
される。このフィルタ回路BF2の中心周波数は抵抗R22の
値によって定まり、利得は抵抗R21の値で定まる。そし
てバンド幅は可変抵抗器ＶR2の値を変えることにより調
整される。そして抵抗R1,R14及R24とオペアンプOP3との
組み合せによりゲイン調整器が構成される。FIG. 3 shows an example of a band-pass filter arranged in the electronic circuit 7. This band-pass filter has a harmonic drive reducer or
This is a band-pass filter suitable for the case where the servo motor 1 is controlled at a constant speed in the case where an RV reducer is used. In FIG. 3, the bandpass filter circuit BF1 is composed of the resistors R11 to R14, the variable resistor VR1, the capacitors C11 and C12, and the operational amplifier OP1. This filter circuit BF1
Is determined by the value of the resistor R12, and the gain is determined by the value of the resistor R11. And the bandwidth is variable resistor VR1
Is adjusted by changing the value of. Also resistors R21-R24
, A variable resistor VR2, capacitors C21 and C22, and an operational amplifier OP2 constitute a bandpass filter circuit BF2. The center frequency of the filter circuit BF2 is determined by the value of the resistor R22, and the gain is determined by the value of the resistor R21. The bandwidth is adjusted by changing the value of the variable resistor VR2. A combination of the resistors R1, R14 and R24 and the operational amplifier OP3 forms a gain adjuster.
ハーモニックドライブ減速機が用いられる場合には、
電子回路７に入力される電圧信号において、サーボモー
タの出力軸の回転速度の少なくとも２倍及び４倍に対応
する周波数成分が振動の発生に大きく寄与する速度変動
成分である。従って上記回路を用いる場合には、フィル
タ回路BF1及びBF2の中心周波数をサーボモータの出力軸
の回転速度の２倍及び４倍に対応する周波数に設定す
る。またRV減速機が用いられる場合には、電子回路７に
入力される電圧信号において、RV減速機のリングギアの
噛み合い周波数の少なくとも２倍及び４倍に対応する周
波数成分が振動の発生に大きく寄与する速度変動成分で
ある。従って上記回路を用いる場合には、フィルタ回路
BF1及びBF2の中心周波数をリングギアの噛み合い周波数
の２倍及び４倍に対応する周波数に設定する。よって第
３図の回路では、端子T1に印加される電圧信号から２倍
の周波数成分が検出され、端子T2に印加される電圧信号
から４倍の周波数成分が検出される。回路の出力端子T0
から出力された信号はフィードバック制御回路５に与え
られる。If a harmonic drive reducer is used,
In the voltage signal input to the electronic circuit 7, frequency components corresponding to at least twice and four times the rotation speed of the output shaft of the servomotor are speed fluctuation components that greatly contribute to the generation of vibration. Therefore, when the above circuit is used, the center frequencies of the filter circuits BF1 and BF2 are set to frequencies corresponding to twice and four times the rotation speed of the output shaft of the servo motor. When an RV reducer is used, frequency components corresponding to at least twice and four times the meshing frequency of the ring gear of the RV reducer greatly contribute to the generation of vibration in the voltage signal input to the electronic circuit 7. Is a speed fluctuation component. Therefore, when using the above circuit, the filter circuit
The center frequencies of BF1 and BF2 are set to frequencies corresponding to twice and four times the meshing frequency of the ring gear. Therefore, in the circuit of FIG. 3, a double frequency component is detected from the voltage signal applied to the terminal T1, and a quadruple frequency component is detected from the voltage signal applied to the terminal T2. Circuit output terminal T 0
Is output to the feedback control circuit 5.
第４図には、ハーモニックドライブ減速機を用いた場
合において、本発明を実施するために第３図の回路を用
いて制御を行った場合［第４図（Ｃ）及び（Ｄ）］と制
御を行わない場合［第４図（Ａ）及び（Ｂ）］の、周波
数−電圧変換器６の出力波形（オーバオール振動振幅）
［第４図（Ａ）及び（Ｃ）］と該出力の周波数分析結果
［第４図（Ｂ）及び（Ｄ）］の一例を示している。この
測定結果は、山洋電気株式会社製のサーボモータ（865B
M002HXE）、サーボアンプ（865BA008DXK）とハーモニッ
クドライブシステムズ社製のハーモニックドライブ減速
機（RS−14−50）を用いて、無負荷でサーボモータを75
0rpmで定速回転させて得たものである。モータの出力軸
の回転速度の２倍及び４倍に対応する周波数成分は、25
Hzと50Hzである。この測定結果から判るように、本発明
によって制御を行えば［第４図（Ｃ）及び（Ｄ）］、制
御を行わない場合［第４図（Ａ）及び（Ｂ）］と比べ
て、２倍及び４倍の周波数成分を1/10程度まで小さくし
て、減速機の出力軸の速度変動（減速機で局所的に発生
する振動）を低減させることができる。FIG. 4 shows a case where a harmonic drive speed reducer is used and control is performed using the circuit of FIG. 3 to implement the present invention [FIGS. 4 (C) and (D)]. Not performed [FIGS. 4 (A) and (B)], the output waveform of the frequency-voltage converter 6 (overall vibration amplitude)
[FIG. 4 (A) and (C)] and an example of the frequency analysis result of the output [FIG. 4 (B) and (D)]. This measurement result was obtained from a servo motor (865B
M002HXE), a servo amplifier (865BA008DXK) and a harmonic drive reducer (RS-14-50) manufactured by Harmonic Drive Systems Co., Ltd. to operate the servomotor without load with 75
It was obtained by rotating at a constant speed of 0 rpm. The frequency components corresponding to twice and four times the rotation speed of the motor output shaft are 25
Hz and 50Hz. As can be seen from the measurement results, when the control is performed according to the present invention [FIGS. 4 (C) and (D)], compared to the case where no control is performed [FIGS. The frequency variation of the doubled and quadrupled frequency components can be reduced to about 1/10 to reduce the speed fluctuation of the output shaft of the reduction gear (vibration locally generated by the reduction gear).
第５図には、RV減速機を用いた場合において、本発明
を実施するために第３図の回路を用いて制御を行った場
合［第５図（Ｃ）及び（Ｄ）］と制御を行わない場合
［第５図（Ａ）及び（Ｂ）］の、周波数−電圧変換器６
の出力波形（オーバオール振動振幅）［第５図（Ａ）及
び（Ｃ）］と該出力の周波数分析結果［第５図（Ｂ）及
び（Ｄ）］の一例を示している。この測定結果は、山洋
電気株式会社製のサーボモータ（865BM030HXE）、サー
ボアンプ（865BA030VXT）と帝人株式会社製のRV減速機
（RV−30A）を用いて、無負荷でサーボモータを2,250rp
mで定速回転させて得たものである。リングギアの噛み
合い周波数の２倍及び４倍に対応する周波数成分は、1
2.5Hzと25Hzである。この測定結果から判るように、本
発明によって制御を行えば［第５図（Ｃ）及び
（Ｄ）］、制御を行わない場合［第５図（Ａ）及び
（Ｂ）］と比べて、２倍及び４倍の周波数成分を1/6程
度まで低減させて、減速機の出力軸の速度変動（減速機
で局所的に発生する振動）を低減させることができる。FIG. 5 shows the case where the control is performed using the circuit of FIG. 3 in order to carry out the present invention when the RV reducer is used [FIGS. 5 (C) and (D)]. When not performed [FIG. 5 (A) and (B)], the frequency-voltage converter 6
Of the output waveform (overall vibration amplitude) [FIGS. 5 (A) and (C)] and an example of the frequency analysis result of the output [FIGS. 5 (B) and (D)]. This measurement result was obtained by using a servo motor (865BM030HXE) and a servo amplifier (865BA030VXT) manufactured by Sanyo Electric Co., Ltd.
It is obtained by rotating at a constant speed at m. The frequency components corresponding to twice and four times the meshing frequency of the ring gear are 1
2.5 Hz and 25 Hz. As can be seen from the measurement results, when control is performed according to the present invention [FIGS. 5 (C) and (D)], compared to when control is not performed [FIGS. The frequency component of the doubled and quadrupled frequency components can be reduced to about 1/6 to reduce the speed fluctuation of the output shaft of the reduction gear (vibration locally generated by the reduction gear).
サーボモータの回転数を変動させてサーボ制御を行う
場合には、回転数の変化に応じて通過させる速度変動成
分の周波数が変動するため、第３図の回路ではバンドパ
スフィルタの中心周波数を回転数の変化に追従させるこ
とができない。第６図は、回転数の変化に追従してバン
ドパスフィルタの中心周波数を自動的に変えることがで
きる速度変動成分検出回路のブロック図を示している。
同図において、第１図及び第３図に示した部材と同様の
部材には、同じ符号を付してある。BF1〜BFnは、低減さ
せるべき速度変動成分がｎケある場合に、各速度変動成
分に対応して設けられるバンドパスフィルタ回路であ
り、TC1〜TCnは減速機の回転数またはサーボモータの回
転数の変化に追従して対応するバンドパスフィルタ回路
の中心周波数を変えるトラッキング回路である。この回
路において、端子t1からは第２の速度検出器４の出力が
入力され、端子t2には第１の速度検出器３または第２の
速度検出器４の出力が入力され、出力端子T0からの出力
はフィードバック制御回路５に入力される。トラキング
回路TC1〜TCnは、第３図の例で見れば抵抗器R12及びR22
に相当するものであり、回転数の変動に応じて自動的に
適切なバンドパスフィルタ回路の中心周波数を選択でき
るように構成されている。When the servo control is performed by changing the rotation speed of the servomotor, the frequency of the speed fluctuation component to be passed fluctuates according to the change in the rotation speed. In the circuit of FIG. 3, the center frequency of the band-pass filter is rotated. It cannot follow changes in numbers. FIG. 6 is a block diagram of a speed fluctuation component detecting circuit capable of automatically changing the center frequency of the band-pass filter following a change in the number of revolutions.
In this figure, the same members as those shown in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals. BF1 to BFn are band-pass filter circuits provided corresponding to each speed fluctuation component when there are n speed fluctuation components to be reduced, and TC1 to TCn are the rotation speed of the speed reducer or the rotation speed of the servomotor. Is a tracking circuit that changes the center frequency of the corresponding band-pass filter circuit in accordance with the change of. In this circuit, the output of the second speed detector 4 is input from the terminal t1, the output of the first speed detector 3 or the output of the second speed detector 4 is input to the terminal t2, and the output terminal T 0 Is input to the feedback control circuit 5. The tracking circuits TC1 to TCn include resistors R12 and R22 in the example of FIG.
This is configured so that an appropriate center frequency of the band-pass filter circuit can be automatically selected according to the fluctuation of the rotation speed.
上記実施例では、２種類の減速機を例にして説明した
が、本発明はこの２種類の減速機を用いる場合に限定さ
れるものではない。In the above embodiment, two types of speed reducers have been described as examples, but the present invention is not limited to the case of using these two types of speed reducers.
［発明の効果］ 本発明によれば、減速機で局所的に発生する振動の発
生を低減させるため、従来の装置と比べて、簡単な構成
で負荷の振動を抑制して、しかも装置の可制御性を維持
できる。特に、請求項１の発明では、減速機の出力軸の
回転速度を検出する第２の速度検出器として、減速機の
出力軸の軸剛性を低下させないものを用いるため、第２
の速度検出器を設けることが新たな振動の発生原因とな
ることがなく、最も高い精度で制御を行える。減速機内
で発生する速度変動成分を表す信号をフィードバック制
御装置の電流ループ系にフィードバックすると、新たな
系の固有値をサーボ系内に発生させることがなく、フィ
ードバック制御の可制御性が失われることがない。[Effects of the Invention] According to the present invention, in order to reduce the occurrence of vibration locally occurring in a speed reducer, vibration of a load is suppressed with a simple configuration as compared with a conventional device, and the device can be used. Controllability can be maintained. In particular, in the first aspect of the present invention, the second speed detector that detects the rotation speed of the output shaft of the speed reducer is one that does not reduce the shaft rigidity of the output shaft of the speed reducer.
The provision of the speed detector does not cause a new vibration, and the control can be performed with the highest accuracy. When a signal representing the speed fluctuation component generated in the reduction gear is fed back to the current loop system of the feedback control device, the eigenvalue of the new system is not generated in the servo system, and the controllability of the feedback control may be lost. Absent.
また請求項２の発明によれば、振動発生により大きく
寄与する所定の周波数成分のみを通過させるバンドパス
フィルタを用いて所定の周波数成分だけをフィードバッ
クすることにより、ほぼ振動の発生を低減させることが
できる。According to the second aspect of the present invention, the generation of vibration can be substantially reduced by feeding back only the predetermined frequency component using the band-pass filter that passes only the predetermined frequency component that greatly contributes to the generation of vibration. it can.
請求項３の発明では、減速機としてハーモニックドラ
イブ減速機を用いた場合に、バンドパスフィルタでサー
ボモータの出力軸の回転速度の少なくとも２倍及び４倍
に対応する周波数成分を通過させるようにして、ほぼ減
速機からの振動の発生を無くすことができる。According to the third aspect of the present invention, when a harmonic drive speed reducer is used as the speed reducer, the bandpass filter allows frequency components corresponding to at least twice and four times the rotational speed of the output shaft of the servo motor to pass. Thus, the generation of vibration from the speed reducer can be substantially eliminated.
請求項４の発明では、減速機としてRV減速機を用いる
場合に、バンドパスフィルタでRV減速機のリングギアの
噛み合い周波数の２倍及び４倍に対応する周波数成分を
通過させるようにして、ほぼ減速機からの振動の発生を
無くすことができる。According to the fourth aspect of the present invention, when the RV reducer is used as the speed reducer, the bandpass filter allows the frequency components corresponding to twice and four times the meshing frequency of the ring gear of the RV reducer to pass therethrough, Generation of vibration from the reduction gear can be eliminated.
請求項５の発明では、モータの回転数が可変される場
合でも、バンドパスフィルタとして、減速機の出力軸の
回転数またはサーボモータの回転数の変化を検知し、該
回転数の変化に伴って変化する速度変動成分の周波数に
中心周波数を追従させるトラッキング回路を備えたもの
を用いるので、有効に減速機からの振動を低減させるこ
とができる。According to the fifth aspect of the invention, even when the rotation speed of the motor is variable, a change in the rotation speed of the output shaft of the reduction gear or the rotation speed of the servomotor is detected as a band-pass filter, and the change in the rotation speed is detected. Since a device having a tracking circuit that causes the center frequency to follow the frequency of the speed fluctuation component that changes by the change is used, it is possible to effectively reduce the vibration from the speed reducer.
第１図は本発明の実施例の概略構成図、第２図は第１図
の装置の制御系のブロック図、第３図は速度変動成分検
出回路の一例を示す回路図、第４図（Ａ）〜（Ｄ）はハ
ーモニックドライブ減速機を用いた場合の測定結果を示
す図、第５図（Ａ）ないし（Ｄ）はRV減速機を用いた場
合の測定結果を示す図、第６図は速度変動成分検出回路
の他の例を示す回路図である。 １……サーボモータ、２……減速機、３……第１の速度
検出器、４……２の速度検出器、５……フィードバック
制御回路、６……周波数−電圧変換器、７……電子回
路、８……出力軸、９……速度変動成分検出回路。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control system of the apparatus of FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a speed fluctuation component detection circuit, and FIG. 5A to 5D show measurement results when a harmonic drive reducer is used; FIGS. 5A to 5D show measurement results when an RV reducer is used; FIG. FIG. 9 is a circuit diagram showing another example of the speed fluctuation component detection circuit. 1 ... Servo motor, 2 ... Reducer, 3 ... First speed detector, 4 ... 2 speed detector, 5 ... Feedback control circuit, 6 ... Frequency-voltage converter, 7 ... Electronic circuit 8, output shaft 9, speed fluctuation component detection circuit
Claims (5)
ーモニックドライブ減速機やRV減速機等の減速機を備え
た減速機付サーボモータの制御装置において、 前記サーボモータの出力軸の回転速度を検出する第１の
速度検出器と、 前記第１の速度検出器の出力からフィードバックされた
信号に基づいて速度制御を行うフィードバック制御回路
と、 前記減速機の出力軸の回転速度を該出力軸の軸剛性を低
下させることなく検出する第２の速度検出器と、 前記第２の速度検出器の出力から前記減速機の内部で局
所的に発生する振動が原因となって発生する負荷の励振
成分となる所定の周波数成分の速度変動成分を検出して
該速度変動成分を表す信号を前記フィードバック制御回
路の電流ループ系にフィードバックする速度変動成分検
出回路とを具備したことを特徴とする減速機付サーボモ
ータの制御装置。1. A control device for a servomotor with a speed reducer provided with a speed reducer such as a harmonic drive speed reducer or an RV speed reducer for reducing the rotation of the output shaft of the servo motor. A first speed detector for detecting, a feedback control circuit for performing speed control based on a signal fed back from an output of the first speed detector, and a rotation speed of an output shaft of the speed reducer. A second speed detector for detecting the shaft stiffness without lowering the load; and an excitation component of a load generated from an output of the second speed detector due to locally generated vibration inside the speed reducer. A speed fluctuation component detection circuit that detects a speed fluctuation component of a predetermined frequency component and feeds back a signal representing the speed fluctuation component to a current loop system of the feedback control circuit. Control device for a servo motor with reduction gear, characterized in that Bei was.
速度検出器で検出した回転速度を電圧信号に変換する周
波数−電圧変換器と、該周波数−電圧変換器の出力から
励振成分となる所定の周波数成分のみを通過させるバン
ドパスフィルタとを備えている請求項１に記載の減速機
付サーボモータの制御装置。A speed-voltage converter for converting a rotation speed detected by the second speed detector into a voltage signal; and an excitation component based on an output of the frequency-voltage converter. The control device for a servomotor with a reduction gear according to claim 1, further comprising a band-pass filter that passes only a predetermined frequency component.
であり、前記バンドパスフィルタは前記サーボモータの
出力軸の回転速度の少なくとも２倍及び４倍に対応する
周波数成分を通過させる請求項２に記載の減速機付サー
ボモータの制御装置。3. The reduction gear according to claim 2, wherein the reduction gear is a harmonic drive reduction gear, and the band-pass filter passes frequency components corresponding to at least twice and four times the rotation speed of the output shaft of the servo motor. Control device for servo motor with speed reducer.
パスフィルタは前記RV減速機のリングギアの噛み合い周
波数の少なくとも２倍及び４倍に対応する周波数成分を
通過させる請求項２に記載の減速機付サーボモータの制
御装置。4. The reduction gear according to claim 2, wherein the reduction gear is an RV reduction gear, and the band-pass filter passes frequency components corresponding to at least twice and four times the meshing frequency of the ring gear of the RV reduction gear. Control device for servo motor with speed reducer.
出力軸の回転数または前記サーボモータの回転数の変化
を検知し、該回転数の変化に伴って変化する速度変動成
分の周波数に中心周波数を追従させるトラッキング回路
を備えている請求項2,3または４に記載の減速機付サー
ボモータの制御装置。5. The band-pass filter detects a change in the number of revolutions of the output shaft of the speed reducer or the number of revolutions of the servomotor, and focuses on a frequency of a speed fluctuation component that changes with the change in the number of revolutions. 5. The control device for a servomotor with a speed reducer according to claim 2, further comprising a tracking circuit for following a frequency.
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|---|---|---|---|
| JP1287523A JP2859662B2 (en) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | Control device for servo motor with reduction gear |
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH03150085A JPH03150085A (en) | 1991-06-26 |
| JP2859662B2 true JP2859662B2 (en) | 1999-02-17 |
Family
ID=17718451
Family Applications (1)
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| JP2623535B2 (en) * | 1986-06-19 | 1997-06-25 | 株式会社安川電機 | Anti-vibration control device for electric machines |
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1989
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Also Published As
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