JP4038805B2 - 電動機の摩擦補償方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣやロボットのように電動機を介して負荷を駆動する際の軌跡精度を向上させる摩擦補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＮＣやロボットにおいて、電動機の方向反転時にバックラッシや静止、クーロン摩擦の影響を受け軌跡精度が劣化するという問題がある。例えば、ロボットにより円弧軌跡を描かせる場合、ある軸の方向が反転するときにバックラッシや摩擦のためロボットアームが即座に反転することができずに、その個所において指令軌跡からの誤差が生じる。
【０００３】
これを改善する一方法として、特開平7-28527 号公報が提案されている。
これは、電動機速度に応じてクーロン摩擦の補償量を異ならせることにより、クーロン摩擦の補償にヒステリシス特性を持たせ、電動機速度がばたつくに至った場合においても、クーロン摩擦の補償値をチャタリング無しで補償させるようにしたものである。また、電動機の回転方向によってクーロン摩擦の補償を行う処理方法において、電動機への移動指令の差分により指令速度を求め、その回転方向により摩擦補償を行うものである［以下、『従来例１』という］。
【０００４】
さらには特開平8-286759号公報［以下、『従来例２』という］が見られ、ロボットが静止している状態から移動開始する際の遅れを改善する方法としており、それは、軸を駆動するモータの速度が設定値以下で軸が停止している際には、トルク指令から静止摩擦トルクよりも僅かに小さいトルクを出力する程度の補償トルク指令を、所定時間毎加算若しくは減算し、この補正されたトルク指令でモータを起動するとともに、移動開始後はクーロン摩擦程度のトルクを発生する補償トルク指令をトルク指令に加算するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上説明したような従来例１における摩擦補償方法では、クーロン摩擦の補償を行う場合の閾値をある速度に設定している。そのため閾値以下では摩擦補償が行われず、また低速動作時に閾値を越えた場合には、予め機会の摩擦特性より求めたクーロン摩擦補償値をそのまま補償すると過補償となり、軌跡精度が劣化することがある。
【０００６】
また摩擦補償においては、電動機の方向が反転した瞬間、すなわち電動機速度の正負が反転した瞬間に補償を行う必要がある。このタイミングがずれると速度の正負反転時の傾きである加速度が大きい場合（例えば円弧補間における教示速度が速い場合の速度の正負反転時）においては軌跡がずれる。
【０００７】
従来例１では、摩擦補償値の切り換えを移動指令の差分により指令速度を求めて回転方向を判断し、かつその指令速度に基づいて摩擦補償を行っているが、サーボ系においては、指令速度に対して位置ゲインの逆数を時定数とする遅れが発生している。従って指令速度に基づいて摩擦補償を行うと、このタイミングがずれてしまい、これにより教示速度が大きい場合には軌跡が劣化するという問題がある。
【０００８】
さらに従来例２は、軸が負方向に移動して停止し、その停止から再び移動を開始するときその方向が負方向であれば、移動しようとする方向とは逆のトルクがかかっておりその分移動開始が遅れる、また軸の静止から移動開始するときの遅れの改善の方法であり、これらは軸を駆動する軸にディサ的トルク指令によって静摩擦より小さいトルクを加えておく手段で常時装置を稼働状態に置くことになり、メンテナンス及び寿命等から不具合である。
ここにおいて本発明は、これらの従来例の課題を解決するために、摩擦補償値を速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせる手段を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、摩擦補償値を位置指令の微分値である速度指令または前記速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせ、かつ前記不感帯を越え前記摩擦補償値が飽和するまではある関数に従い前記摩擦補償値を増加させて、前記摩擦補償値を前記電動機のトルク指令へ加算し、位置指令と前記電動機の回転検出器より得られた位置情報との偏差を位置制御器に入力する電動機の摩擦補償方法において、
電動機への位置指令を監視し、前記位置指令が払出されているか否かを判断し、位置指令が払い出されていなければ、一定時間経過後に、摩擦補償値を零にすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、摩擦補償値を位置指令の微分値である速度指令または前記速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせ、かつ前記不感帯を越え前記摩擦補償値が飽和するまではある関数に従い前記摩擦補償値を増加させて、前記摩擦補償値を前記電動機のトルク指令へ加算し、位置指令と前記電動機の回転検出器より得られた位置情報との偏差を位置制御器に入力する電動機の摩擦補償方法において、
摩擦補償設定器は、外部からの位置指令を微分器を経由した後の指令速度に応じて、摩擦補償値を求め極性設定器へ出力し、速度反転判別器は、位置制御器からの速度指令を入力して電動機の速度反転を判別し、摩擦補償設定器からの補償値の正負を決定する極性設定器を切り換え、極性設定器からの摩擦補償値を、速度制御器からの出力であるトルク指令に加算することを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図に示して説明する。全ての図面において、同一符号は同一若しくは相当部材とする。
図１(a) は、本発明の第１の実施の形態における電動機の制御を行う回路構成を示すブロック図である。
図１(b) は、摩擦補償値が電動機の加速度の絶対値あるいは指令速度の絶対値近傍で不感帯を形成する特性を表す特性図である。
【００１７】
図１(a) に示されるように、外部から与えられる電動機４への位置指令と、電動機４の回転検出器６より得られた位置情報との偏差を、位置制御器１に入力して比例制御を行い、速度指令を後段へ出力する。
そして、位置制御器１からの速度指令と、回転検出器６より得られた位置情報を微分器７で微分した速度情報との偏差を、速度制御器２へ入力して比例積分制御を行い、速度制御器２からトルク指令を後段へ出力する。
さらに、速度制御器２からのトルク指令に基づいて、電力変換器３は電動機４を駆動制御する。さらにまた、電動機４は伝達機構を含む負荷５を駆動し稼働させる構成となっている。
【００１８】
ここで、摩擦補償設定器８は、外部からの位置指令を微分器１１を経由した後の指令速度に応じて、最適な摩擦補償値を求め極性設定器１０へ出力する。
また、速度反転判別器９は、位置制御器１からの速度指令を入力して電動機４の速度反転を判別し、摩擦補償設定器８からの補償値の正負を決定する極性設定器１０を切り換える。そして極性設定器１０からの摩擦補償値を、速度制御器２からの出力であるトルク指令に加算して電力変換器３に入力して、摩擦補償を行う構成としている。
【００１９】
ところで、摩擦補償設定器８からの補償値は、横軸に速度指令の微分値あるいは方向反転瞬時の位置指令の微分値である指令速度の絶対値をとり、それぞれの零近傍で不感帯を含む図１(b) に示す関係としている。
図１(b) に図示した不感帯は、極低速で速度が反転する場合に、摩擦補償と、速度制御器２の中の積分器（不図示）の摩擦補償分とが加算されて過補償にならないようにするものである。
【００２０】
一方、この不感帯を越えた場合の摩擦補償値は、速度指令の微分値である加速度、あるいは方向反転瞬時の位置指令の微分値である指令速度に対して例えば比例関係として、最終的には飽和させるものとする。
これにより速度あるいは、加速度が小さい場合から大きい場合において、軌跡精度を向上させることができる。
なお、不感帯の範囲は実験的に求まるもので、また不感帯を越えて飽和するまでの範囲における両者の関係は比例関係とはならない。
【００２１】
次に横軸に、方向反転瞬時の位置指令の微分値である指令速度とした図１(a) の構成理由を説明する。
サーボ系においては、位置指令の微分値である速度指令値と、位置制御器１からの出力である速度指令の間に位置ゲインの逆数を時定数とする遅れが発生している。
そこで、位置制御器１からの出力である速度指令が零点と交わった瞬時には、位置指令の微分値である指令速度はすでに速度方向が反転して、ある値となっている。従って、この値を用いることにより速度反転や反転後の速度指令の立ち上がりが容易にかつ正確に把握でき、適格な摩擦補償が可能となる。
なお、摩擦補償値を速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせる場合には、位置制御器１からの出力である速度指令を微分器１１に入力し、摩擦補償設定器８における値を変更する（不図示）。
【００２２】
次に第２の実施の形態について説明する。
なお、回路構成は図１(a) と同一であるので、これを省略する。
摩擦補償設定器８は、最適な摩擦補償値を決定するため位置指令の微分値である指令速度を常に監視している。従ってこの機能を利用して、電動機４の位置指令が払い出されているか否かを判断し、位置指令が払い出されて無ければ、一定時間経過後に、摩擦補償値を零とする処置を付加する。
これにより、電動機４の停止時に摩擦補償による無効なトルク命令のチャタリングを防止することが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電動機速度の正負反転時に、バックラッシや静止，クーロン摩擦の影響を受けても電動機を指令どうりに追従させることが可能となり、軌跡精度を向上させることができるという特段の効果を奏する。
さらに、電動機の停止時に摩擦補償によるトルクのチャタリングを防止できるという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を表す図で
(a) はその回路構成を示すブロック図
(b) は速度の絶対値あるいは加速度の絶対値に対応する摩擦補償値を示す特性図
【符号の説明】
１ 位置制御器
２ 速度制御器
３ 電力変換器
４ 電動機
５ 負荷
６ 回転検出器
７，１１ 微分器
８ 摩擦補償設定器
９ 速度反転判別器
１０ 極性設定器
Claims (2)
- 摩擦補償値を位置指令の微分値である速度指令または前記速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせ、かつ前記不感帯を越え前記摩擦補償値が飽和するまではある関数に従い前記摩擦補償値を増加させて、前記摩擦補償値を前記電動機のトルク指令へ加算し、位置指令と前記電動機の回転検出器より得られた位置情報との偏差を位置制御器に入力する電動機の摩擦補償方法において、
電動機への位置指令を監視し、
前記位置指令が払出されているか否かを判断し、位置指令が払い出されていなければ、一定時間経過後に、摩擦補償値を零にすることを特徴とする電動機の摩擦補償方法。 - 摩擦補償値を位置指令の微分値である速度指令または前記速度指令の微分値である加速度に対して不感帯を持たせ、かつ前記不感帯を越え前記摩擦補償値が飽和するまではある関数に従い前記摩擦補償値を増加させて、前記摩擦補償値を前記電動機のトルク指令へ加算し、位置指令と前記電動機の回転検出器より得られた位置情報との偏差を位置制御器に入力する電動機の摩擦補償方法において、
摩擦補償設定器は、外部からの位置指令を微分器を経由した後の指令速度に応じて摩擦補償値を求め極性設定器へ出力し、速度反転判別器は位置制御器からの速度指令を入力して電動機の速度反転を判別し前記摩擦補償設定器からの補償値の正負を決定する前記極性設定器を切り換え、前記極性設定器からの摩擦補償値を、速度制御器からの出力であるトルク指令に加算することを特徴とする電動機の摩擦補償方法。
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