JP4696396B2 - 電動機制御装置 - Google Patents
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Description
【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ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機(直流電動機、誘導電動機、同期電動機、リニアモータなど)の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工作機械におけるテーブル、ロボットのアームなどの負荷機械と、前記負荷機械を駆動する直流電動機、誘導電動機、同期電動機、電磁石、リニアモータなどの駆動装置と、前記負荷機械と駆動装置とを連結する伝達機構とから構成された機械系に対して、第2模擬トルク信号とトルク指令とを提供するフィードバック制御系と、第1模擬トルク信号を提供するフィードフォワード制御系とを持った2自由度制御装置が多く使用されている。
これらは、例えば、特開平4−119402号、特開平6−30578号、特開平4−325886号、特開平3−268103号などに開示されている。
【0003】
図8は、従来の上述した2自由度制御装置の例を示すブロック図である。
図8において、1は負荷機械、2はトルク伝達機構、3は電動機、4は動力変換回路であり、以上の負荷機械1〜動力変換回路4で機械システム5が構成されている。また、20は回転検出器、21はフィードフォワード信号演算回路、22は位置制御回路、23は速度制御回路、24はトルク制御回路である。
回転検出器20は、例えば、従来装置におけるタコジェネレータのような速度検出器と、エンコーダのような位置検出器とから構成されている。また、電動機3のトルクの制御手段はトルク制御回路24と動力変換回路4とから構成されている。
フィードフォワード信号演算回路21は、指令発生器7からの回転角指令信号θmsを受信して、内部で模擬回転角信号θ0、模擬速度信号ω0、第1模擬トルク信号T0をそれぞれ演算して、位置制御回路22に模擬回転角信号θ0を、速度制御回路23に模擬速度信号ω0を、トルク制御回路24に第1模擬トルク信号T0をそれぞれ出力するものである。
位置制御回路22は、フィードフォワード信号演算回路21から受信したθ0 と回転検出器20からの実回転角信号θmとの偏差信号を増幅して第1の速度信号ω1を速度制御回路23に出力する。
速度制御回路23はフィードフォワード信号演算回路21からの模擬速度信号ω0と位置制御回路22からの第1の速度信号ω1と回転検出器20からの実速度信号ωmとから第2の模擬トルク信号T1をトルク制御回路24に出力するものである。
動力変換回路4は電動機3の発生する発生トルクがこの第2の模擬トルク信号T1に追随するように制御するものである。
このように、図8に示した従来の位置制御装置は、トルク伝達機構2を介して負荷機械1を駆動する電動機3と、電動機3の回転角指令信号θmsを入力されて少なくとも2回の積分演算を含む所定の関数演算により摸擬回転角信号θ0と摸擬速度信号ω0と第1模擬トルク信号T0とをそれぞれ出力するフィードフォワード信号演算回路21と、電動機3の実回転速度ωm及び実回転角θmを検出する回転検出器20と、摸擬回転角信号θ0および回転検出器20から出力された実回転角信号θmに基づいて第1の速度信号ω1を出力する位置制御回路22と、摸擬速度信号ω0と第1の速度信号ω1と回転検出器20から出力された実速度信号ωmとに基づいて第2模擬トルク信号T1を出力する速度制御回路23と、第1模擬トルク信号T0と第2模擬トルク信号T1に基づいて電動機3のトルクを制御するトルク制御手段24とを備え、このような構成により、高速応答の位置制御性能が得られることとなった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィードフォワード制御系の数値モデルが制御対象と一致することはまれであり、通常、数値モデルと制御対象との間にモデリング誤差が存在するものである。
したがって、フィードフォワード制御系の状態量は収束したにも関わらず、制御対象の実応答にはまだオーバーシュートや残留振動などが残っているという問題があった。例えば、図6のような応答である。
そのような場合、制御対象の実応答を改善するために、従来技術では、フィードバック制御系のゲインを高く設定するまたは数値モデルを設計し直す(特開平4−325886号、特開平3−268103号など)方法しかなかった。
ところが、実際の装置の特性より、フィードバック制御系のゲインを高く設定するには、限界があり、理想的な応答特性を得られない場合がほとんどである。
また、数値モデルを設計し直す方法では、数値モデルをかなり高い次数(柔軟系の場合は、無限次まで設定しなければならない)に設定しなければ、数値モデルを制御対象と一致させることができないので、実際には実現できない場合がほとんどである。
本発明の目的は、数値モデルが制御対象を厳密に近似できない場合においても、良好な制御性能を実現する電動機制御装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1記載の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
1. 実指令信号θref を提供する指令発生器7。
2. 前記機械システム5の状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器6。
3. 前記実指令信号θrefに基づいて、前記機械システム5の特性を考慮し、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1とを提供する第1フィードフォワード制御部8。
4. 前記実指令信号θref と前記第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第1スイッチ信号Sk1と第2スイッチ信号Sk2と第3スイッチ信号Sk3と第4スイッチ信号Sk4とを提供する上位制御部13。
5. 前記機械システム5の特性を考慮し、前記第4スイッチ信号Sk4と前記実応答信号θmと実トルク指令Tref とに基づいて、第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2と第2模擬トルク信号TFF2とを提供する第2フィードフォワード制御部12。
6. 前記第2スイッチ信号Sk2と前記第1模擬位置信号θF1と前記第1模擬速度信号ωF1と前記第2模擬位置信号θF2と前記第2模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとを提供するフィードフォワード指令合成部11。
7. 前記フィードフォワード位置指令θFと前記フィードフォワード速度指令ωFと前記実応答信号θmとに基づいて、FBトルク信号TFBを提供するFB制御部9。
8. 前記スイッチ信号Sk3と前記FBトルク信号TFBと前記第1模擬トルク信号TFF1 と前記第2模擬トルク信号TFF2 とに基づいて、実トルク指令Tref を提供するトルク合成部10。
このように、請求項1記載の発明によれば、第2フィードフォワード制御部と上位制御部とを導入することによって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
また、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくでも、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
更に、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
【0006】
また、請求項2記載の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
1. 複数のフィードフォワード制御系。
2. フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御系の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御系から一部のフィードフォワード制御系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提供することを行う上位制御部。このように、請求項3記載の発明によれば、フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御部から一部のフィードフォワード制御部の状態量を選択する機能を持たせることによって、モデリング誤差の大きさなどを考慮しながら、適切なフィードフォワード信号をフィードバック側に提供することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
【0007】
また、請求項3の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
1. 実指令信号θref を提供する指令発生器7。
2. 前記機械システム5の状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器6。
3. 前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システム5の特性を考慮し、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供するフィードフォワード制御部16。
4. 第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 と前記実応答信号θmとに基づいて、実トルク指令Tref を提供するFB制御部14。
5. 前記実指令信号θref と前記第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィードフォワード制御部16の状態量を設定し直し、前記フィードフォワード制御部16を適時に起動するように前記フィードフォワード制御部16を制御する上位制御部15。
このように、請求項3記載の発明によれば、最低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることが実現できる。
【0008】
また、請求項4の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の電動機制御装置において、以下に述べるような手段を備えるものである。
1. 模擬トルク信号を提供する模擬制御部。
2. 模擬状態量を提供する数値モデル。
このように、請求項4記載の発明によれば、フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いてフィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際にトルクリミットや摩擦などの非線形特性などの考慮が容易にでき、より精密フィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができる。
また、請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれか1項記載の電動機制御装置において、以下に述べるような手段を備えるものである。
1.複数のプロセッサで前記電動機制御装置を構成する手段。
このように、請求項5記載の発明によれば、複数のプロセッサで本発明を構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な応答特性を得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について図1を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態1の全体を示すブロック図である。
図1において、1は負荷機械、2はトルク伝達機構、3は電動機、4は動力変換回路であり、以上の負荷機械1〜動力変換回路4で機械システム5が構成されている。6は機械システム5の状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器、7は指令信号θref を提供する指令発生器、8は実指令信号θrefに基づいて、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供する第1フィードフォワード制御部、9はフィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFと実応答信号θmとに基づいてFBトルク信号TFBを提供するFB制御部、10はスイッチ信号Sk3とFBトルク信号TFBと第1模擬トルク信号TFF1 と第2模擬トルク信号TFF2 とに基づいて実トルク指令Tref を提供するトルク合成部、11は第2スイッチ信号Sk2と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとを提供するフィードフォワード指令合成部、12は第4スイッチ信号Sk4と実応答信号θmと実トルク指令Tref とに基づいて、第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2と第2模擬トルク信号TFF2 とを提供する第2フィードフォワード制御部、13は実指令信号θref と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第2スイッチ信号Sk2と第3スイッチ信号Sk3と第4スイッチ信号Sk4とを提供する上位制御部である。
このように、本発明の実施の形態の電動機制御装置によれば、指令信号θref を提供する指令発生器7と、機械システム5の状態量を観測して実応答信号θmを提供する実観測器6と、実指令信号θref に基づいて機械システム5の特性を考慮し第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供する第1フィードフォワード制御部8と、実指令信号θref と第1模擬位置信号θF1および第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第2スイッチ信号Sk2と第3スイッチ信号Sk3と第4スイッチ信号Sk4とを提供する上位制御部13と、機械システム5の特性を考慮し第4スイッチ信号Sk4と実応答信号θmと実トルク指令Tref とに基づいて第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2と第2模擬トルク信号TFF2 とを提供する第2フィードフォワード制御部12と、第2スイッチ信号Sk2と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2とに基づいてフィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとを提供するフィードフォワード指令合成部11と、フィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFと実応答信号θmとに基づいてFBトルク信号TFBを提供するFB制御部9と、スイッチ信号Sk3とFBトルク信号TFBと第1模擬トルク信号TFF1 と第2模擬トルク信号TFF2 とに基づいて実トルク指令Tref を提供するトルク合成部10と、から構成されている。
実観測器6と指令発生器7とは従来装置のものと同一である。
θref は指令発生器7から生成された実指令信号である。θmは実観測器6から生成された実応答信号である。
第1フィードフォワード制御部8は、実指令信号θref に基づいて、機械システム5の特性を考慮し、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供するものであり、例えば、図3のように構成することができる。
【0010】
図3において、8は第1フィードフォワード制御部で、第1フィードフォワード制御部8は、第1フィーフォワード制御系8aと第1数値モデル8bとから構成されている。第1フィーフォワード制御系8aは、実指令信号θref と第1模擬状態量θF1とに基づいて第1模擬トルク信号TFF1 を第1数値モデル8b等に提供する。第1数値モデル8bは第1模擬トルク信号TFF1に基づいて第1模擬状態量を提供する。
第2フィードフォワード制御部12は、第4スイッチ信号Sk4が立ち上がる時点で、実応答信号θmと実トルク指令Tref とに基づいて、その内部状態量を設定し、第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2と第2模擬トルク信号TFF2 とを提供するものであり、例えば、図4のように構成することができる。
図4に示すように、第2フィードフォワード制御部12が、第2模擬状態量に基づいて第2模擬トルク信号を提供する第2フィーフォワード制御系12aと、第2模擬トルク信号に基づいて第2模擬状態量を提供する第2数値モデル12bと、第4スイッチ信号Sk4が立ち上がる時点で第2数値モデル12bの第2模擬状態量を設定する状態量設定部12cと、から構成されている。
【0011】
第2フィーフォワード制御系12aは、PID制御系のように構成すれば良い。
第2数値モデル12bは、通常は、次のような計算を行う。
θF2(k+1)=θF2(k)+ωF2(k)*ts ・・・・(1)
ωF2(k+1)=ωF2(k)+TFF2(k)/Jm ・・・・(2)
ただし、第4スイッチ信号Sk4の立ち上がる時点においては、
θF2(k+1)=θm(k) ・・・・(3)
ωF2(k+1)=(θm(k)−θm(k−1))/ts+Tref(k)/Jm*ts ・・・・(4)
ような計算を行う。
ただし、tsはサンプル時間、
k*tsは時間、
Jmはイナ―シャである。
フィードフォワード指令合成部11は、通常、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とをフィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとし、フィードバック制御系へ出力する。第2スイッチ信号Sk2が立ち上がった時、第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2とをフィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとし、フィードバック制御系へ出力する。
トルク合成部10は、通常、FBトルク信号TFBと第1模擬トルク信号TFF1との和を実トルク指令Tref として出力する。ただし、第3スイッチ信号Sk3の立ち上がり時は、第2模擬トルク信号TFF2 との和を実トルク指令Tref として出力する。
フィードバック制御部は従来のものでもよい。また、オブザーバを利用したフィードバック制御部でもよい。
上位制御部13は、実指令信号θref と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第1スイッチ信号Sk1と第2スイッチ信号Sk2と第3スイッチ信号Sk3と第4スイッチ信号Sk4とを提供する。
【0012】
上位制御部13は次のように動作する。
Step1.Sk2,Sk3,Sk4を0に設定する。
Step2.第1模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が10パルス以内に収束したかどうかを確認する。
Step3.第1模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が10パルス以内に収束した場合、Sk2,Sk3,Sk4を1に設定する。否であれば、Step2に戻る。
Step4.一定の時間後に、Step1に戻る。
このように、第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、図7に示す応答特性を得られるので、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
また、第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
さらに、第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
【0013】
[実施の形態2]
以下、本発明の実施の形態2について詳細に説明する。
実施の形態2は複数のフィードフォワード制御部を導入するものである。
図1に示すフィードフォワード制御部の数を追加する具体的な構成は前記第1の実施の形態の記載から当業者に容易にできるので、その構成に関する記述は省略する。
そこで例えば、3つのフィードフォワード制御部を有する場合、まず、第1フィードフォワード制御部に通常動作を行なわせる。次に、第1フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θmと実トルク指令信号Tref とを用いて、第2のフィードフォワード制御部を動作させる。次に、第2のフィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θmと実トルク指令信号Tref とを用いて、第3のフィードフォワード制御部を動作させる。第4、第5、・・・等のフィードフォワード制御部も同様にして動作させることができる。
以上の構成により、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
【0014】
[実施の形態3]
以下、本発明の実施の形態3について詳細に説明する。
3つのフィードフォワード制御部を有する場合、まず、第1フィードフォワード制御部を通常動作させる。次に、第1フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θmとθF1との誤差が100パルス以上であれば、実応答信号θmと実トルク指令信号Tref とを用いて、第2のフィードフォワード制御部を動作させる。第1フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θmとθF1との誤差が、例えば、100パルス以内であれば、実応答信号θmと実トルク指令信号Tref とを用いて、第3のフィードフォワード制御部を動作させる。
このように、残留誤差の大きさに応じて、複数のフィードフォワード制御部から、適切なフィードフォワード指令を生成することができるので、オーバーシュートや残留振動をより効果的に減らすことができる。
【0015】
[実施の形態4]
以下、本発明の実施の形態4について図2を参照しながら詳細に説明する。
図2は、本発明の実施の形態4の全体を示すブロック図である。
図2において、1は負荷機械、2はトルク伝達機構、3は電動機、4は動力変換回路であり、以上の負荷機械1〜動力変換回路4で機械システム5が構成されている。6は機械システム5の状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器、7は指令信号θref を提供する指令発生器、14はフィードフォワード位置指令θF1とフィードフォワード速度指令ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 と実応答信号θmと、に基づいてトルク指令Tref を提供するフィードバック制御部、15は実指令信号θref と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第1スイッチ信号Sk1を提供する上位制御部、16は実指令信号θref と第1スイッチ信号Sk1とに基づいて、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供するフィードフォワード制御部である。
このように、本発明の実施の形態に係る電動機制御装置は、実指令信号θref を提供する指令発生器7と、機械システム5の状態量を観測し実応答信号θmを提供する実観測器6と、実指令信号θref に基づいて機械システム5の特性を考慮し第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供するフィードフォワード制御部16と、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 と実応答信号θmとに基づいて実トルク指令Tref を提供するFB制御部14と、実指令信号θref と第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1との状況に応じてフィードフォワード制御部16の状態量を設定し直しフィードフォワード制御部16を再び起動するようにフィードフォワード制御部16を制御する上位制御部15と、から構成されている。
指令発生器7は従来装置のものと同一である。
FB制御部14は前記のように構成すれば良い。
フィードフォワード制御部16は図5のように構成されている。
図5に示すように、フィードフォワード制御部16は、実指令信号θref と模擬状態量とに基づいて、第1模擬トルク信号TFF1を提供するフィードフォワード制御系16aと、第1模擬トルク信号TFF1 に基づいて、模擬状態量を提供する数値モデル16bと、実応答信号θmと実トルク指令Tref と第1スイッチ信号Sk1とに基づいて、数値モデル16bの状態量を設定する状態量設定部16cと、から構成されている。
フィーフォワード制御系16aは、PID制御系のように構成すれば良い。
数値モデル16bは、通常は、次のような計算を行う。
θF1(k+1)=θF1(k)+ωF1(k)*ts ・・・(5)
ωF1(k+1)=ωF1(k)+TFF1(k)/Jm・・・(6)
ただし、第1スイッチ信号Sk1の立ち上がる時点では、
θF1(k+1)=θm(k) ・・・(7)
ωF1(k+1)=(θm(k)−θm(k−1))/ts+Tref(k)/Jm*ts ・・・(8)
ような計算を行う。
ただし、tsはサンプル時間、
k*tsは時間、
Jmはイナ―シャである。
その後、(5)、(6)式の計算を行う。
上位制御部15は、次のように動作する。
Step1.Sk1を0に設定する。
Step2.第1模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が10パルス以内に収束したかどうかを確認する。
Step3.第1模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が10パルス以内に収束した場合、Sk1を1に設定する。否であれば、Step2に戻る。
Step4.一定の時間後に、Step1に戻る。
このように、フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いて、フィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考慮すれば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができることとなる。
【0016】
[実施の形態5]
上述した各実施の形態に示す、上位制御部13と、第1フィードフォワード制御部8と、フィードフォワード指令合成部11と、第2フィードフォワード制御部12と、フィードバック制御部9と、そしてトルク合成部10とを別々のプロセッサで構成するものである。
このように、別々のプロセッサで構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な制御性能を得られる。
【0017】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、下記の効果が奏する。
1. 第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、図7に示す応答特性を得られるので、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
2. 第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
3. 第2フィードフォワード制御部12と上位制御部13の導入により、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
4. 複数のフィードフォワード制御部を導入することによって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
5. フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御部から一部のフィードフォワード制御部の状態量を選択する機能を持たせることによって、モデリング誤差の大きさなどを考慮しながら、適切なフィードフォワード信号をフィードバック側に提供することができる。よって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
6. 最低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることが実現できる。
7. フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いて、フィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考慮すれば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができる。
8. 複数のプロセッサで構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な制御性能を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の全体を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態4の全体を示すブロック図である。
【図3】図1の第1フィードフォワード制御部8の構成を示すブロック図である。
【図4】図1の第2フィードフォワード制御部12の構成を示すブロック図である。
【図5】図2のフィードフォワード制御部16の構成を示すブロック図である。
【図6】従来の技術による応答特性図である。
【図7】本発明の技術による応答特性図である。
【図8】従来の技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
1:負荷機械
2:伝達機構
3:電動機
4:動力変換回路
5:機械システム
6:実観測器
7:指令発生器
8:第1フィードフォワード制御部
8a:第1フィードフォワード制御系
8b:第1数値モデル
9:フィードバック制御部
10:トルク合成部
11:フィードフォワード指令合成部
12:第2フィードフォワード制御部
12a:第2フィードフォワード制御系
12b:第2数値モデル
12c:状態量設定部
13:上位制御部
14:フィードバック制御部
15: 上位制御部
16:フィードフォワード制御部
16a:フィードフォワード制御系
16b:数値モデル
16c:状態量設定部
20:回転検出器
21:フィードフォワード信号演算回路
22:位置制御回路
23:速度制御回路
24:トルク制限回路
Claims (5)
- 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Tref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Tref を与える電動機制御装置において、実指令信号θref を提供する指令発生器と、前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器と、前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの特性を考慮し、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1とを提供する第1フィードフォワード制御部と、前記実指令信号θref と前記第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1とに基づいて第2スイッチ信号Sk2と第3スイッチ信号Sk3と第4スイッチ信号Sk4とを提供する上位制御部と、前記機械システムの特性を考慮し、前記第4スイッチ信号Sk4と前記実応答信号θmと実トルク指令Tref とに基づいて、第2模擬位置信号θF2と第2模擬速度信号ωF2と第2模擬トルク信号TFF2 とを提供する第2フィードフォワード制御部と、前記第2スイッチ信号Sk2と前記第1模擬位置信号θF1と前記第1模擬速度信号ωF1と前記第2模擬位置信号θF2と前記第2模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θFとフィードフォワード速度指令ωFとを提供するフィードフォワード指令合成部と、前記フィードフォワード位置指令θFと前記フィードフォワード速度指令ωFと前記実応答信号θmとに基づいて、FBトルク信号TFBを提供するFB制御部と、前記スイッチ信号Sk3と前記FBトルク信号TFBと前記第1模擬トルク信号TFF1 と前記第2模擬トルク信号TFF2 とに基づいて、実トルク指令Tref を提供するトルク合成部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
- 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Tref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Tref を与える電動機制御装置において、複数のフィードフォワード制御系と、フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御系の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御系から一部のフィードフォワード制御系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提供することを行う上位制御部と、を備えることを特徴とする電動機制御装置。
- 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Tref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Tref を与える電動機制御装置において、
実指令信号θref を提供する指令発生器と、前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θmを提供する実観測器と、前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの特性を考慮し、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 とを提供するフィードフォワード制御部と、第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1と第1模擬トルク信号TFF1 と前記実応答信号θmとに基づいて、実トルク指令Tref を提供するFB制御部と、前記実指令信号θref と前記第1模擬位置信号θF1と第1模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、前記フィードフォワード制御部を適時に起動するように前記フィードフォワード制御部を制御する上位制御部と、を備えることを特徴とする電動機制御装置。 - 各フィードフォワード制御系が、模擬トルク信号を提供する模擬制御部と、模擬状態量を提供する数値モデルと、を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の電動機制御装置。
- 複数のプロセッサで前記電動機制御装置を構成する手段を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の電動機制御装置。
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