JP4038659B2

JP4038659B2 - Servo control device

Info

Publication number: JP4038659B2
Application number: JP2002067268A
Authority: JP
Inventors: 萩原　　淳; 裕司中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2002-03-12
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: JP2003274684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば工作機械におけるテーブルや産業用ロボットにおけるアームなどのような負荷機械を駆動するモータを制御するサーボ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
予測制御は、予測モデルを用いて未来の制御対象の出力を推定し、未来の偏差に基づいた評価関数Ｊが最小になるように制御対象へ入力する制御入力ｖ(i)を算出するものである。
従来例の予測制御装置として、特許第3175877号「予見制御装置」がある。従来の構成を図１０に基づいて説明する。図１０の１は位置指令とモータ位置を入力し、それらの未来偏差が小さくなるような速度指令を出力する予測制御器である。２は速度指令とモータ速度を用いてトルク指令値を作成する速度制御器である。トルク指令値は３のモータに指令されモータが動作する。実際にはトルク指令値とモータの間に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速度ループに比べて応答が十分速く無視できるため、本説明では省略するものとする。モータの位置と速度は４の検出器により検出される。速度は位置の差分を制御サンプリング周期で割ったものを用いる。このようにして、従来は、指令とモータ位置の未来偏差が小さくなるように制御されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の方法では、制御対象が剛体である場合や、指令に対して追従させたい状態量が検出できる状態量である場合は問題ないが、例えば、モータと負荷の結合箇所におけるばね要素が無視できない場合は、検出されるモータの挙動と、負荷の挙動が異なるため、指令とモータの偏差を小さくすると、負荷は、指令と全く違う動作をしたり、振動が発生したりするという問題があった。
本発明の目的は、上記課題を解決することができ、制御対象がばね要素を含む振動系であり、制御したい状態量が直接検出できない場合でも、指令と負荷の偏差を小さくし、且つ、振動が発生しないサーボ制御装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のサーボ制御装置は、位置指令に基づいて負荷を駆動するモータと、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置において、前記位置指令をもとに実機で検出できない状態量を算出する状態量算出器と、前記検出器で検出された前記モータの位置と前記状態量計算値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信号算出器と、前記位置指令と前記負荷位置信号とを入力として速度指令を出力する予測制御器と、前記速度指令と前記検出器で検出されたモータの速度をもとに前記モータを駆動するためのトルク指令を算出する速度制御器とを有することを特徴とするものである。
本発明の第２のサーボ制御装置は、位置指令に基づいて負荷を駆動するモータと、前記モータの位置および速度を検出する検出器とを備え、前記負荷の位置と速度を制御するサーボ制御装置において、前記検出器で検出された前記モータの位置または速度と、トルク指令からモータ位置推定値とモータ速度推定値、或いはそのどちら一方を算出するオブザーバと、前記位置指令をもとに実機で検出できない状態量を算出する状態量算出器と、前記モータ位置推定値と前記状態量計算値を入力とし、負荷位置信号を出力する負荷位置信号算出器と、前記位置指令と前記負荷位置信号とを入力として速度指令を出力する予測制御器と、前記速度指令と前記モータ速度推定値をもとに前記モータを駆動するためのトルク指令を算出する速度制御器とを有することを特徴とするものである。
本発明の第３のサーボ制御装置は、前記予測制御器は、前記速度指令から前記負荷位置までの特性が所望のものになるような伝達関数モデルを予測モデルとして用いることを特徴とするものである。
本発明の第４のサーボ制御装置は、前記状態量算出器は、フィルタと、実機のイナーシャやばね定数に基づいたゲインとを有することを特徴とするものである。
本発明の第５のサーボ制御装置は、前記状態量算出器は、予測モデルと実機のイナーシャやばね定数に基づいたゲインと、前記予測制御と同様の処理を行う予測制御器とを有することを特徴とするものである。
本発明の第６のサーボ制御装置は、前記モータの位置または速度と、前記トルク指令値が入力され、状態量推定値を算出し出力するオブザーバを備え、前記状態量推定値をもとに補償信号を算出し、前記速度制御器へ前記補償信号を加算することを特徴とするものである。
本発明の第７のサーボ制御装置は、前記状態量算出器で算出した状態量計算値から前記オブザーバで推定した状態量推定値を減じた値をもとに補償信号を算出し、前記速度制御器へ加算することを特徴とするものである。
本発明の第７のサーボ制御装置は、前記位置指令をもとに速度フィードフォワード補償信号とトルクフィードフォワード補償信号を作成するフィードフォワード制御器を備え、前記速度フィードフォワード補償信号と前記トルクフィードフォワード補償信号を前記速度制御器へ加算することを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図に基づいて説明する。本実施例では、制御対象は２慣性系で近似できるものとする。
図１は、本発明の第１の実施例を説明する構成図である。１は位置指令XREFと負荷位置信号XLを入力し、未来の負荷位置偏差が小さくなるような速度指令VREFを出力する予測制御器である。ここで、負荷位置信号XLは、モータ位置XMと、６の状態量算出器の出力である検出できない状態量XS_Cを用いて負荷位置信号算出器７により計算されたものである。本実施例では制御対象が２慣性系の場合について説明するため、検出できない状態量XS_Cはねじれ角であればよい。ねじれ角とは、モータと負荷の変位差のことである。ただし、制御対象が２慣性系以外の場合は、検出できない状態量は様々であり、ねじれ角に限定されるものではなく、例えば、機械が設置されている台の変位等でも良い。２は速度指令VREFと、モータ速度VMを用いてトルク指令TREFを作成する速度制御器である。トルク指令TREFは、３のモータに指令されモータが動作する。実際にはトルク指令値とモータの間に、電流ループ、電流アンプが存在するが、速度ループに比べて応答が十分速く無視できるため、本説明では省略するものとする。モータの位置XMと速度VMは４の検出器により検出される。本実施例では、速度VMは位置XMの差分を制御サンプリング周期Tsで割ったものを用いる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、これ以外の近似微分を用いて速度を求めてもよいし、速度検出器を用いて直接速度を求めても良い。６は状態量算出器であり、位置指令XREFを入力とし、本制御を用いてモータを動作させたときに負荷が振動しないような、理想的なねじれ角計算値XS_Cを算出するものとする。
【０００６】
最初に、６の状態量算出器の処理について説明する。状態量算出器６は、本制御を用いてモータを動作させたときに振動しない、理想的なねじれ角計算値XS_Cを算出するものであるため、実現手段は問わない。ここでは、代表的な２種類の方法を説明する。
（方法１）フィルタを用いた方法
位置指令XREFを図６の１３に示す５次のローパスフィルタに入力する。フィルタ１３は、理想的な負荷位置XL_Cを出力する。算出された振動しない理想的な負荷位置XL_Cを二階微分（s²）して、負荷イナーシャJLとばね定数Kからなるゲイン１４を用いて,理想的なねじれ角XS_Cを式（１）を用いて計算する。
【０００７】
【数１】

【０００８】
ここで、XL_C⁽²⁾はXL_Cのニ階微分を表すものとする。
【０００９】
（方法２）予測モデルを用いた方法
図７に示すように、３次のフィルタ１５と１つの積分器からなる予測モデルを用い、図１の１と同一の予測制御器1’を用いて予測モデルを制御する構成にする。予測制御器1’は、位置指令XREFを入力とし、速度指令VREF_Cを出力する。予測モデルに速度指令VREF_Cが入力される構成になる。そして、算出された振動しない理想的な負荷速度VL_Cを一階微分（s）して、負荷イナーシャJLとばね定数Kからなるゲイン１４を用いて, 理想的なねじれ角XS_Cを式（２）を用いて計算する。
【００１０】
【数２】

【００１１】
次に予測制御器１へ入力する負荷位置信号XLを、モータ位置XMと理想的なねじれ角計算値XS_Cを用いて負荷位置信号算出器内部で式（３）により算出する。
【００１２】
【数３】

【００１３】
次に予測制御器１について説明する。
予測制御器１は、制御対象の出力が目標指令に一致するように、今回のサンプリングをi番目とした時、先読み区間をM1からMとし、検出遅れKと、重み係数ｗ_mと、重み係数αと、重み係数Cと、重み係数Cdと、今回の位置偏差e(i-K)と、ｍ個先の偏差の予測値e^*(i+m)と、今回の制御入力v（i）と、v（i）の制御周期Ts毎の増分値Δv（i）とから構成される評価関数J
【００１４】
【数４】

【００１５】
が最小になるように、制御入力v(i)を決定すればよい。
例えば、特許第3175877号「予見制御装置」に記載されている実施例１の方法を用いると、位置指令r(i)の制御周期Ts毎の増分値Δr(i)と、制御対象の出力y (k)の制御周期Ts毎の増分値Δy(i)を用いた次式
【００１６】
【数５】

【００１７】
によりv(i)を算出することになる。
ここで、Na、Nb、vm, pn、gn、E は予測モデルと各重み係数の値から計算される変数であり、計算方法は、特許第3175877号「予見制御装置」の中で詳しく説明されている。
式（５）中、rが位置指令XREFであり、yが負荷位置信号XLであり、vが予測制御器からの出力である速度指令VREFにあたる。このように式（５）を計算することにより速度指令VREFを求める。
【００１８】
次に、速度制御器２内の処理について説明する。速度制御器２内の制御手法は限定されないので、どのような方法を用いてトルク指令TREFを算出しても良い。
例えば一般的な例として、比例積分制御を行う場合は、速度指令VREFとモータ速度VMの偏差に、速度ループゲインKvを乗じ、その後積分ゲインKiを乗じて積分処理したものとを用いて、トルク指令TREFは式（６）のように計算される。
【００１９】
【数６】

【００２０】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。したがって、積分は1/sで表される。
このようにして得られた、トルク指令TREFをモータへの指令として与えればよい。
【００２１】
次に第２の実施例について図２に基づいて説明する。
第２の実施例では第１の実施例にオブザーバ８、状態推定値フィードバックゲインG９を追加したものである。このように、オブザーバで推定した状態量の推定値にゲインGを乗じて補償信号を作成し、速度制御器に入力する処理を加えている。
この実施例の場合、速度制御器内部の処理は、図８の（a）もしくは図８（b）に示すようにトルク指令値TREFを計算することになる。
また、ここで補償信号としているものは、一つではなく、例えば、負荷位置推定値、負荷速度推定値、ねじれ角推定値、ねじれ角速度推定値、外乱推定値などのうちのどれか一つか、あるいは、それら二つ以上の組みあわせでも良い。
【００２２】
次に第３の実施例について図３に基づいて説明する。
第３の実施例では、第２の実施例に１０の減算器を追加し、オブザーバで推定した状態量と同じ、理想的な状態量を６の状態量算出器で計算し、理想的な状態量計算値と状態量推定値の差にゲインGを乗じたものを補償信号とするものである。
理想的な状態量の例としては、負荷位置XL_C、負荷速度VL_C、ねじれ角XS_C、ねじれ角速度VS_Cのうちのどれか一つか、あるいは、それら二つ以上の組みあわせが考えられる。
理想的な負荷位置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cの算出方法は、図６、図７の説明の際に説明済みである。また、理想的な負荷速度VL_C、理想的なねじれ角速度VS_Cは、理想的な負荷位置XL_C、理想的なねじれ角XS_Cをそれぞれ、一階微分して求める。
【００２３】
【数７】

【００２４】
速度制御器に関しては、第２の実施例と同様である。
【００２５】
次に第４の実施例について図４に基づいて説明する。
第４の実施例は、第３の実施例に１１のフィードフォワード制御器を追加したものである。フィードフォワード制御器内部では、どのような制御を行っても良い。例えば単純に、位置指令XREFを1階微分したものを速度FF補償信号V_FFとし、位置指令を２階微分したものにモータイナーシャJmを乗じたものを、トルクFF補償信号T_FFとすればよい。また、例えば、状態量算出器６と全く同様の計算を行い、理想的な負荷位置XL_C、理想的な負荷速度VL_C、理想的なねじれ角XS_C、理想的なねじれ角速度VS_Cを求め、それらを用いて、式（９）、式（１０）のように速度FF補償信号V_FFとトルクFF補償信号T_FFを導き出してもよい。
【００２６】
【数８】

【００２７】
この場合、速度制御器の処理は図９の（a）または図９（b）のようになる。
ここでは、第３の実施例に１１のフィードフォワード制御器を追加した形を説明したが、実施例１あるいは実施例２、この後説明する実施例５に１１のフィードフォワード制御器を追加した構成を行っても良い。
【００２８】
次に第５の実施例について図５に基づいて説明する。
第５の実施例は、第１の実施例に１２のオブザーバを追加したものである。
このように、検出されたモータ位置XM、モータ速度VMの代わりに、オブザーバのモータ位置推定値XM_OBS、モータ速度推定値VM_OBSを使用する。このようにすれば、検出器の分解能による量子化誤差や、演算遅れの影響を軽減できる。
ここでは、第１の実施例に１２のオブザーバを追加したものを説明したが、実施例２から実施例４にオブザーバ１２を追加して同様の処理を行っても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の第１のサーボ制御装置によれば、指令から理想的な、実機で検出できない状態量を算出し、模擬的に負荷位置信号を作り出すことで、振動系メカの負荷を指令に高速に追従させ、尚且つ振動せずに動作させることが可能になる。
また、第２のサーボ制御装置によれば、オブザーバを用いることで、実機の減衰率を大きくすることができ、さらに、振動しにくい制御が実現できる。また、オブザーバが推定する状態量推定値のフィードバックゲインを適当に設定することで、モデル化誤差があった場合も、その影響を上手く打ち消すことが可能になるという効果も得られる。
また、第３のサーボ制御装置によれば、指令から計算された理想的な状態量とオブザーバが算出する状態量推定値が一致するように作用するため、モデル化誤差があった場合に、さらに、積極的に誤差による影響を小さくするように働くため、モデル化誤差の影響をさらに上手く打ち消すことが可能になるという効果が得られる。
また、第４のサーボ制御装置によれば、フィードフォワード補償と併用して制御系が構成されるため、フィードバック制御のみでは補償することができない振動が発生した場合や、共振などによりフィードバックゲインが高く設定できない時に応答を上げたい場合なども、問題なく制御することが可能である。
また、第５のサーボ制御装置によれば、検出されたモータ位置、モータ速度の代わりに、オブザーバのモータ位置推定値、モータ速度推定値をフィードバックに使用するため、検出器の分解能による量子化誤差や、演算遅れの影響を軽減できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の方法を説明する図
【図２】本発明の第２の方法を説明する図
【図３】本発明の第３の方法を説明する図
【図４】本発明の第４の方法を説明する図
【図５】本発明の第５の方法を説明する図
【図６】本発明の状態量算出器内部の処理の例１を説明する図
【図７】本発明の状態量算出器内部の処理の例２を説明する図
【図８】本発明の第２、第３の方法の速度制御器の処理を説明する図
【図９】本発明の第４の方法の速度制御器の処理を説明する図
【図１０】従来の方法を説明する図
【符号の説明】
1：予測制御器
2：速度制御器
3：モータ
4：検出器
5：負荷
6：状態量算出器
7：負荷位置信号算出器
8：状態量を算出するオブザーバ
9：状態推定値フィードバックゲイン
10：減算器
11：フィードフォワード制御器
12：モータ位置推定値および速度推定値を算出するオブザーバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo control device that controls a motor that drives a load machine such as a table in a machine tool or an arm in an industrial robot.
[0002]
[Prior art]
Predictive control estimates the output of a future controlled object using a predictive model, and calculates a control input v (i) input to the controlled object so that the evaluation function J based on the future deviation is minimized. is there.
As a conventional predictive control device, there is Japanese Patent No. 3175877 “Preview Control Device”. A conventional configuration will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 in FIG. 10 denotes a predictive controller that inputs a position command and a motor position and outputs a speed command so that their future deviation becomes small. A speed controller 2 generates a torque command value using the speed command and the motor speed. The torque command value is commanded to the motor 3 and the motor operates. Actually, there are a current loop and a current amplifier between the torque command value and the motor, but since the response can be ignored sufficiently faster than the speed loop, it is omitted in this description. The position and speed of the motor are detected by 4 detectors. The velocity is obtained by dividing the position difference by the control sampling period. In this way, conventionally, the control is performed so that the future deviation between the command and the motor position becomes small.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method, there is no problem when the control target is a rigid body or when the state quantity that is desired to follow the command can be detected. However, for example, the spring element at the connection point between the motor and the load is ignored. If this is not possible, the detected motor behavior differs from the load behavior, so if the deviation between the command and the motor is reduced, the load may operate completely different from the command, or vibration may occur. It was.
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and even if the controlled object is a vibration system including a spring element and the state quantity to be controlled cannot be directly detected, the deviation between the command and the load is reduced, and the vibration It is an object of the present invention to provide a servo control device that does not generate a problem.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
A first servo control device of the present invention includes a motor that drives a load based on a position command, and a detector that detects the position and speed of the motor, and controls the position and speed of the load. In the above, a state quantity calculator that calculates a state quantity that cannot be detected by the actual machine based on the position command, and the motor position detected by the detector and the state quantity calculation value are input, and a load position signal is output. A load position signal calculator, a prediction controller that outputs the position command and the load position signal as an input, and a speed command; and the motor based on the speed command and the motor speed detected by the detector. And a speed controller that calculates a torque command for driving the motor.
A second servo control device according to the present invention includes a motor that drives a load based on a position command, and a detector that detects the position and speed of the motor, and controls the position and speed of the load. In this case, the position or speed of the motor detected by the detector and an observer that calculates a motor position estimated value and / or a motor speed estimated value from a torque command and an actual machine based on the position command are detected. A state quantity calculator that calculates a state quantity that cannot be performed, a load position signal calculator that outputs the load position signal by inputting the estimated motor position value and the calculated state quantity value, and the position command and the load position signal. A prediction controller that outputs a speed command as an input; and a speed controller that calculates a torque command for driving the motor based on the speed command and the estimated motor speed; It is characterized in that it has.
The third servo control device of the present invention is characterized in that the prediction controller uses a transfer function model as a prediction model so that a characteristic from the speed command to the load position becomes desired. is there.
According to a fourth servo control device of the present invention, the state quantity calculator has a filter and a gain based on an inertia and a spring constant of an actual machine.
In a fifth servo control device of the present invention, the state quantity calculator includes a prediction model, a gain based on an inertia and a spring constant of a real machine, and a prediction controller that performs the same processing as the prediction control. It is a feature.
A sixth servo control device of the present invention includes an observer that receives the position or speed of the motor and the torque command value, calculates and outputs a state quantity estimated value, and compensates based on the state quantity estimated value. A signal is calculated, and the compensation signal is added to the speed controller.
The seventh servo control device of the present invention calculates a compensation signal based on a value obtained by subtracting a state quantity estimated value estimated by the observer from a state quantity calculated value calculated by the state quantity calculator, and the speed control It is characterized by adding to the device.
A seventh servo control device of the present invention includes a feedforward controller that creates a speed feedforward compensation signal and a torque feedforward compensation signal based on the position command, and the speed feedforward compensation signal and the torque feedforward The compensation signal is added to the speed controller.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the control target can be approximated by a two-inertia system.
FIG. 1 is a block diagram for explaining a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a predictive controller that inputs a position command XREF and a load position signal XL and outputs a speed command VREF so that a future load position deviation becomes small. Here, the load position signal XL is calculated by the load position signal calculator 7 using the motor position XM and the undetectable state quantity XS_C which is the output of the six state quantity calculators. In this embodiment, since the case where the control target is a two-inertia system will be described, the undetectable state quantity XS_C may be a twist angle. The torsion angle is a difference in displacement between the motor and the load. However, when the control target is other than the two-inertia system, the amount of state that cannot be detected is various and is not limited to the torsion angle, and may be, for example, the displacement of a table on which the machine is installed. Reference numeral 2 denotes a speed controller that creates a torque command TREF using the speed command VREF and the motor speed VM. The torque command TREF is commanded to the three motors, and the motors operate. Actually, there are a current loop and a current amplifier between the torque command value and the motor, but since the response can be ignored sufficiently faster than the speed loop, it is omitted in this description. The motor position XM and the speed VM are detected by four detectors. In this embodiment, the speed VM is obtained by dividing the difference of the position XM by the control sampling period Ts. However, the present invention is not limited to this. For example, the speed may be obtained using an approximate derivative other than this, or the speed may be obtained directly using a speed detector. Reference numeral 6 denotes a state quantity calculator, which receives the position command XREF and calculates an ideal twist angle calculation value XS_C so that the load does not vibrate when the motor is operated using this control.
[0006]
First, the process of the state quantity calculator 6 will be described. Since the state quantity calculator 6 calculates the ideal twist angle calculation value XS_C that does not vibrate when the motor is operated using this control, any means for realizing it can be used. Here, two typical methods will be described.
(Method 1) Method position command XREF using a filter is input to a fifth-order low-pass filter shown at 13 in FIG. The filter 13 outputs an ideal load position XL_C. The calculated ideal load position XL_C that does not vibrate is second-order differentiated (s ² ), and the ideal torsion angle XS_C is calculated using Equation (1) using the gain 14 consisting of the load inertia JL and the spring constant K. calculate.
[0007]
[Expression 1]

[0008]
Here, XL_C ⁽²⁾ represents the ^second derivative of XL_C.
[0009]
(Method 2) Method Using Prediction Model As shown in FIG. 7, a prediction model consisting of a third-order filter 15 and one integrator is used, and prediction is performed using the same prediction controller 1 ′ as 1 in FIG. Configure to control the model. The prediction controller 1 ′ receives the position command XREF and outputs a speed command VREF_C. The speed command VREF_C is input to the prediction model. Then, the calculated ideal load speed VL_C that does not vibrate is first-order differentiated (s), and the ideal torsion angle XS_C is expressed by Equation (2) using the gain 14 consisting of the load inertia JL and the spring constant K. Use to calculate.
[0010]
[Expression 2]

[0011]
Next, the load position signal XL to be input to the prediction controller 1 is calculated by the equation (3) inside the load position signal calculator using the motor position XM and the ideal twist angle calculation value XS_C.
[0012]
[Equation 3]

[0013]
Next, the prediction controller 1 will be described.
Predictive controller 1, as the output of the controlled object matches the target command, when a current sampling and the i-th, the pre-read interval from the M1 and M, and the detection delay K, and the weighting factor w _m, the weighting factor α, weighting factor C, weighting factor Cd, current position deviation e (iK), predicted value e ^* (i + m) of the mth deviation ahead, current control input v (i), Evaluation function J consisting of increment value Δv (i) for each control cycle Ts of v (i)
[0014]
[Expression 4]

[0015]
The control input v (i) may be determined so that is minimized.
For example, when the method of the first embodiment described in Japanese Patent No. 3175877 “Preliminary Control Device” is used, the increment value Δr (i) for each control cycle Ts of the position command r (i) and the output y of the control target The following equation using the increment value Δy (i) for each control period Ts of (k):
[Equation 5]

[0017]
Thus, v (i) is calculated.
Here, Na, Nb, vm, pn, gn, E are variables calculated from the prediction model and the value of each weighting coefficient. The calculation method is described in detail in Japanese Patent No. 3175877 “Preview Control Device”. ing.
In equation (5), r is the position command XREF, y is the load position signal XL, and v is the speed command VREF that is an output from the prediction controller. In this way, the speed command VREF is obtained by calculating the equation (5).
[0018]
Next, processing in the speed controller 2 will be described. Since the control method in the speed controller 2 is not limited, the torque command TREF may be calculated using any method.
For example, as a general example, when proportional integral control is performed, torque deviation is calculated by multiplying the deviation between the speed command VREF and the motor speed VM by the speed loop gain Kv and then multiplying by the integral gain Ki. Command TREF is calculated as shown in equation (6).
[0019]
[Formula 6]

[0020]
Here, s represents a Laplace operator. Thus, the integral is expressed as 1 / s.
The torque command TREF thus obtained may be given as a command to the motor.
[0021]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, an observer 8 and a state estimated value feedback gain G9 are added to the first embodiment. In this way, a process of creating a compensation signal by multiplying the estimated value of the state quantity estimated by the observer by the gain G and inputting it to the speed controller is added.
In this embodiment, the internal processing of the speed controller calculates the torque command value TREF as shown in FIG. 8 (a) or FIG. 8 (b).
Further, the compensation signal here is not one, for example, any one of a load position estimated value, a load speed estimated value, a torsion angle estimated value, a torsion angular speed estimated value, a disturbance estimated value, Alternatively, a combination of two or more of them may be used.
[0022]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, 10 subtractors are added to the second embodiment, and the ideal state quantity, which is the same as the state quantity estimated by the observer, is calculated by the 6 state quantity calculator. A compensation signal is obtained by multiplying the difference between the quantity calculation value and the state quantity estimation value by a gain G.
As an example of the ideal state quantity, any one of the load position XL_C, the load speed VL_C, the torsion angle XS_C, the torsion angle speed VS_C, or a combination of two or more of them can be considered.
The calculation method of the ideal load position XL_C and the ideal twist angle XS_C has been described in the description of FIGS. Also, the ideal load speed VL_C and the ideal torsional angular speed VS_C are obtained by first-order differentiation of the ideal load position XL_C and the ideal torsional angle XS_C, respectively.
[0023]
[Expression 7]

[0024]
The speed controller is the same as in the second embodiment.
[0025]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
In the fourth embodiment, eleven feedforward controllers are added to the third embodiment. Any control may be performed inside the feedforward controller. For example, the position command XREF is first-order differentiated as the speed FF compensation signal V _FF , and the position command second-order derivative is multiplied by the motor inertia Jm as the torque FF compensation signal T _FF. . Also, for example, the same calculation as in the state quantity calculator 6 is performed, and an ideal load position XL_C, an ideal load speed VL_C, an ideal twist angle XS_C, and an ideal twist angle speed VS_C are obtained and used. Thus, the speed FF compensation signal V _FF and the torque FF compensation signal T _FF may be derived as in Expression (9) and Expression (10).
[0026]
[Equation 8]

[0027]
In this case, the processing of the speed controller is as shown in FIG. 9 (a) or FIG. 9 (b).
Here, although the form which added 11 feedforward controllers to the 3rd Example was demonstrated, the structure which added 11 feedforward controllers to Example 1 or Example 2 and Example 5 demonstrated after this is demonstrated. May be performed.
[0028]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
In the fifth embodiment, 12 observers are added to the first embodiment.
Thus, instead of the detected motor position XM and motor speed VM, the observer's estimated motor position value XM_OBS and estimated motor speed value VM_OBS are used. In this way, it is possible to reduce the influence of the quantization error due to the resolution of the detector and the calculation delay.
Here, the description has been given of the case where 12 observers are added to the first embodiment, but the same processing may be performed by adding the observer 12 to Embodiments 2 to 4.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the first servo control device of the present invention, the ideal state quantity that cannot be detected by the actual machine is calculated from the command, and the load position signal is simulated to create the load of the vibration system mechanism. Can follow the command at high speed and can be operated without vibration.
Further, according to the second servo control device, by using the observer, it is possible to increase the attenuation rate of the actual machine and to realize control that hardly vibrates. In addition, by appropriately setting the feedback gain of the state quantity estimated value estimated by the observer, it is possible to effectively cancel the influence even when there is a modeling error.
Further, according to the third servo control device, the ideal state quantity calculated from the command and the state quantity estimated value calculated by the observer operate so as to coincide with each other. Since the influence of the error is positively reduced, it is possible to effectively cancel the influence of the modeling error.
Further, according to the fourth servo control device, since the control system is configured in combination with the feedforward compensation, when the vibration that cannot be compensated only by the feedback control occurs, the feedback gain becomes high due to resonance or the like. Even if you want to increase the response when it cannot be set, it is possible to control without problems.
Further, according to the fifth servo control device, since the estimated motor position value and the estimated motor speed value of the observer are used for feedback instead of the detected motor position and motor speed, the quantization error due to the resolution of the detector is used. In addition, the effect of reducing the influence of calculation delay can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates a first method of the present invention. FIG. 2 illustrates a second method of the present invention. FIG. 3 illustrates a third method of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining a fourth method of the invention. FIG. 5 is a diagram for explaining a first example of processing inside the state quantity calculator of the invention. FIG. FIG. 8 is a diagram for explaining a second example of processing inside the state quantity calculator of the present invention. FIG. 8 is a diagram for explaining processing of a speed controller according to the second and third methods of the present invention. FIG. 10 is a diagram for explaining the processing of the speed controller in the method of FIG. 10. FIG. 10 is a diagram for explaining the conventional method.
1: Predictive controller
2: Speed controller
3: Motor
4: Detector
5: Load
6: State quantity calculator
7: Load position signal calculator
8: Observer that calculates state quantity
9: Estimated value feedback gain
10: Subtractor
11: Feedforward controller
12: Observer that calculates estimated motor position and estimated speed

Claims

In a servo control device that includes a motor that drives a load based on a position command and a detector that detects the position and speed of the motor, and controls the position and speed of the load.
A state quantity calculator that calculates a state quantity that cannot be detected by the actual machine based on the position command;
A load position signal calculator for inputting a position of the motor detected by the detector and the state quantity calculated value and outputting a load position signal;
A predictive controller that outputs a speed command with the position command and the load position signal as inputs;
A servo control device comprising: a speed controller that calculates a torque command for driving the motor based on the speed command and the speed of the motor detected by the detector.

In a servo control device that includes a motor that drives a load based on a position command and a detector that detects the position and speed of the motor, and controls the position and speed of the load.
An observer for calculating a position or speed of the motor detected by the detector and a motor position estimated value and / or a motor speed estimated value from a torque command;
A state quantity calculator that calculates a state quantity that cannot be detected by the actual machine based on the position command;
A load position signal calculator for inputting the motor position estimated value and the state quantity calculated value and outputting a load position signal;
A predictive controller that outputs a speed command with the position command and the load position signal as inputs;
A servo control device comprising: a speed controller that calculates a torque command for driving the motor based on the speed command and the estimated motor speed.

3. The servo control apparatus according to claim 1, wherein the prediction controller uses a transfer function model that makes a desired characteristic from the speed command to the load position as a prediction model.

4. The servo control device according to claim 1, wherein the state quantity calculator has a filter and a gain based on an inertia and a spring constant of an actual machine.

4. The servo according to claim 1, wherein the state quantity calculator includes a prediction model, a gain based on an inertia and a spring constant of an actual machine, and a prediction controller that performs a process similar to the prediction control. Control device.

The position or speed of the motor and the torque command value are input, and an observer for calculating and outputting the state quantity estimated value is provided.
6. The servo control apparatus according to claim 1, wherein a compensation signal is calculated based on the state quantity estimated value, and the compensation signal is added to the speed controller.

The compensation signal is calculated based on a value obtained by subtracting the state quantity estimated value estimated by the observer from the state quantity calculated value calculated by the state quantity calculator, and added to the speed controller. The servo control device according to 1 to 6.

A feedforward controller that creates a speed feedforward compensation signal and a torque feedforward compensation signal based on the position command,
8. The servo control device according to claim 1, wherein the speed feedforward compensation signal and the torque feedforward compensation signal are added to the speed controller.