JP5329203B2 - 位置決め制御装置の振動抑制制御装置 - Google Patents

位置決め制御装置の振動抑制制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5329203B2
JP5329203B2 JP2008323796A JP2008323796A JP5329203B2 JP 5329203 B2 JP5329203 B2 JP 5329203B2 JP 2008323796 A JP2008323796 A JP 2008323796A JP 2008323796 A JP2008323796 A JP 2008323796A JP 5329203 B2 JP5329203 B2 JP 5329203B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control device
frequency
disturbance observer
gdis
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008323796A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010146350A (ja
Inventor
明彦 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Juki Corp
Original Assignee
Juki Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Juki Corp filed Critical Juki Corp
Priority to JP2008323796A priority Critical patent/JP5329203B2/ja
Publication of JP2010146350A publication Critical patent/JP2010146350A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5329203B2 publication Critical patent/JP5329203B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本発明は、位置決め制御装置の振動抑制制御装置に係り、特に、フレキシブルマニピュレータやXYロボット等に用いられる、モータ制御装置の振動抑制制御に関する。
一般に、フレキシブルマニピュレータや、ボールねじやタイミングベルト等を用いたXYロボット等のモータ駆動系においては、図1に例示する如く、モータMと負荷Aが、剛性よりも軽量化を優先して低剛性の弾性軸(図ではプーリP間に掛け渡されたベルトB)で結合されていると共振系となり、軸ねじれ振動等が発生し問題となることがある。
実際の共振系は、多数の振動モードや固有周波数が存在するため、図2に例示する如く、多慣性共振系としてモデル化される。図2において、JmはモータMの慣性、Kf1、Kf2・・・は、ばね定数、Ja1、Ja2・・・Janは負荷Aの慣性である。
この多慣性共振系は、図3に示すようなブロック図で表わされる。図3において、θmはモータMの回転角度(モータ位置)、θaは負荷Aの回転角度(負荷位置)、Tはトルク、sはラプラス演算子、添字mはモータ、添字aは負荷、添字disは外乱、添字reacは軸ねじれ反力を表わす。
このような共振系の振動抑制と外乱抑圧制御に対して、状態フィードバック制御やH∞制御、遅い外乱オブザーバ制御、共振比制御(非特許文献1参照)等の手法が提案されている。
しかしながら、状態フィードバック制御やH∞制御は、制御系が複雑であったり、計算量が膨大であることなどから、高速、高機能のCPUが必要であり、又、現場での調整が困難である等の理由により、実機への適用には問題がある。これに対して、遅い外乱オブザーバ制御と共振比制御は、比較的簡単な制御系から構成され、実用性が高い。
しかしながら、非特許文献1に記載された共振比制御では、システムを、モータとアームが柔軟な駆動軸により結合された2慣性共振系としてモデル化しているため、1次の共振に対しては抜群の効果があるものの、現実の多慣性系では高次の共振を招いてしまうことがある等、高次の振動に対しての効果は低いという問題点を有していた。
一方、特許文献1には、サーボ系に別体の位相進みフィルタを設けることが記載されているが、構成が複雑であり、細かい計算が必要で計算時間が長くなり、安価な制御装置で実現できなくなる。設計も複雑で、応答が安定なパラメータをみつけにくいという問題点を有していた。
このような問題点を解決するべく、出願人は特許文献2で、図4に一般的な構成を示すような、外乱オブザーバ10を用いた加速度制御系を提案している。図において、Cは軸受部である。
図4ではタイミングベルトBを用いた位置決め制御系を取り上げているが、ボールねじやリニアモータの場合についても制御系自体の構成は同様である。
外乱オブザーバ10のブロック線図を図5に示す。この外乱オブザーバ10は、入力される外乱に対して高域通過フィルタの特性で働くため、図6に示す如く、外乱オブザーバゲインGdisよりも低い周波数の外乱を抑圧することができる。外乱オブザーバゲインGdisの値は、位置決め制御装置の挙動を見ながら設定されるが、制御対象の剛性等の影響により外乱オブザーバゲインGdisを上げられる周波数には限界がある。
特許第3381880号公報 特開2007−043884号公報 結城他「共振比制御による2慣性共振系の振動抑制制御」電学論D、113巻(平成5年)10号、1162頁−1169頁
しかしながら、実際の位置決め動作においては、振動中に外乱オブザーバゲインGdisよりも高い周波数成分も含まれるため、外乱オブザーバを用いても外乱の影響をすべて抑圧することはできない。従って、制御系は外乱オブザーバゲインGdis以上の周波数の外乱の影響を受けてしまうという問題点が残っていた。
なお、外乱オブザーバと低域通過フィルタを併用することも考えられるが、通常は、図7に示す如く、低域通過フィルタ12がメインの制御ループ中に挿入されるため、後出図11に例示する如く、フィルタの位相遅れの影響により発振や特性の劣化が生じる恐れがあった。
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、フィルタの位相遅れの影響を受けることなく振動の抑制を可能とすることを課題とする。
本発明は、外乱オブザーバを用いた加速度制御系を含む位置決め制御装置の振動抑制制御装置において、位置指令の部分に低域通過フィルタを挿入し、位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisの周波数を、前記位置指令部分の低域通過フィルタのカットオフ周波数とすることにより、前記課題を解決したものである。
又、前記位置指令の部分に加えて、速度フィードフォワード指令の部分にも低域通過フィルタを挿入し、該速度フィードフォワード指令の部分の低域通過フィルタのカットオフ周波数を、前記位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisの周波数と同じにすることができる。
本発明によれば、外乱オブザーバを用いた制御を行なう際に、外乱オブザーバでは除去されない高周波成分が位置指令から取り除かれるので、外乱オブザーバと合わせて、理想的な外乱抑圧を行なうことが可能となる。
ここで、低域通過フィルタは位置指令の部分に挿入しており、メインの制御ループ中には含まれていない為、フィルタの位相遅れ等の問題が制御に悪影響を与えるおそれがない。
又、外乱オブザーバに基づいた制御法であるため、振動抑制効果を持ちながらロバスト性の確保も達成できる。
又、状態フィードバック制御やH∞制御に比べて制御系が簡単で、演算量も少ないため、高価なCPU等を使用する必要がない。更に、設計や調整が容易である。
特に、位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisのカットオフ周波数の低域通過フィルタを位置指令の部分に挿入することで、位置指令中からGdis以上の周波数が取り除かれるため、位置決め制御装置の挙動内にGdis以上の周波数成分が含まれなくなり、理想的な外乱抑圧を行なうことが可能となる。
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の第1実施形態の全体のブロック図を図8、ブロック線図を図9に示す。
図4と比べて異なるところとして、位置指令の部分に低域通過フィルタ(LPF)12を挿入する。この時のLPF12のカットオフ周波数は、位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisとする。
このように、外乱オブザーバゲイン値Gdisのカットオフ周波数のLPF12を位置指令の部分に挿入することで、位置指令中からGdis以上の周波数が取り除かれるため、位置決め制御装置の挙動内にGdis以上の周波数成分を含まなくなり、理想的な外乱抑圧と振動抑制を行なうことが可能となる。
外乱オブザーバゲイン値Gdisのカットオフ周波数のLPF12を位置指令の部分に挿入した場合としない場合との効果の違いについて、シミュレーションの結果で比較する。
シミュレーションのパラメータは表1のとおりである。
Figure 0005329203
図10は、カットオフ周波数GdisのLPFを挿入しない場合、図11は、図7のように、LPF12をメインの制御ループ中に挿入した場合、図12には、本発明により位置指令の部分にLPF12を挿入した場合の位置ステップ応答である。
図10〜図12を比較して見ると、図10では位置決め時に振動が発生し、図11では発振が生じているが、図12ではカットオフ周波数GdisのLPF12を位置指令の部分に挿入することによって、フィルタの位相遅れの影響を受けることなく、位置決め時の振動が小さく抑制されているのが分かる。
上記のように、外乱オブザーバゲイン値Gdisのカットオフ周波数のLPF12を位置指令の部分に挿入することで、位置指令中からGdis以上の周波数が取り除かれるため、位置決め制御装置の挙動内にGdis以上の周波数成分を含まなくなり、外乱を理想的に抑圧することができ、ロバストな加速度制御系を構築することが可能となる。
なお、速度フィードフォワードを用いる場合には、図13に示す第2実施形態のように、速度フィードフォワード指令に対してLPF14を挿入する。そして、このLPF14のカットオフ周波数を、LPF12と同じくGdisの値とする。
このように、外乱オブザーバゲイン値Gdisのカットオフ周波数のLPF14を速度フィードフォワード指令の部分に挿入することで、速度フィードフォワード指令中からGdis以上の周波数が取り除かれるため、位置決め制御装置の挙動内にGdis以上の周波数成分を含まなくなり、理想的な外乱抑圧と振動抑制を行なうことが可能となる。
又、LPF12、14のカットオフ周波数は、図14に示す第3実施形態のように、外乱オブザーバゲインの調整値Gdisを自動で設定することも可能である。本実施形態では、位置指令部と速度フィードフォワード部ともにLPFを挿入している場合についてであるが、位置指令部にのみLPFを挿入する場合にも適用が可能である。
又、前記制御装置のブロック図では、速度演算部にP制御を用いているが、PI制御、PD制御、PID制御を用いても良い。
更に、外乱オブザーバを使用するにおいて、図15に示す第4実施形態のように、外乱オブザーバ10に発明者らが既に特許文献2にて提案した、モータ慣性のノミナル値を実際のモータの慣性値よりも大きく設定して位相進み補償を行なう手法を併用しても良い。これにより、高次の極の安定化を図ることが可能となる。
本発明の適用対象の一例を示す構成図 同じくモデル図 同じくブロック図 外乱オブザーバを用いた従来の制御系のブロック図 外乱オブザーバのブロック図 外乱に対する外乱オブザーバの周波数特性を示す図 外乱オブザーバと低域通過フィルタを併用した比較例の制御系のブロック図 本発明に係る第1実施形態のブロック図 同じくブロック線図 図4の従来例のステップ応答を示す図 図7の比較例のステップ応答を示す図 本発明の第1実施形態のステップ応答を示す図 本発明の第2実施形態で速度フィードフォワードを用いる場合のブロック図 本発明の第3実施形態で外乱オブザーバゲインをカットオフ周波数に自動設定する場合のブロック図 本発明の第4実施形態で外乱オブザーバを用いた位相進み補償を示すブロック図
符号の説明
M…モータ
A…負荷
10…外乱オブザーバ
12、14…低域通過フィルタ(LPF)

Claims (2)

  1. 外乱オブザーバを用いた加速度制御系を含む位置決め制御装置の振動抑制制御装置において、
    位置指令の部分に低域通過フィルタを挿入し、位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisの周波数を、前記位置指令部分の低域通過フィルタのカットオフ周波数とすることを特徴とする位置決め制御装置の振動抑制制御装置。
  2. 前記位置指令の部分に加えて、速度フィードフォワード指令の部分にも低域通過フィルタを挿入し、該速度フィードフォワード指令の部分の低域通過フィルタのカットオフ周波数を、前記位置決め制御装置を対象に設定した外乱オブザーバゲイン値Gdisの周波数と同じにすることを特徴とする、請求項1に記載の位置決め制御装置の振動抑制制御装置。
JP2008323796A 2008-12-19 2008-12-19 位置決め制御装置の振動抑制制御装置 Expired - Fee Related JP5329203B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008323796A JP5329203B2 (ja) 2008-12-19 2008-12-19 位置決め制御装置の振動抑制制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008323796A JP5329203B2 (ja) 2008-12-19 2008-12-19 位置決め制御装置の振動抑制制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010146350A JP2010146350A (ja) 2010-07-01
JP5329203B2 true JP5329203B2 (ja) 2013-10-30

Family

ID=42566720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008323796A Expired - Fee Related JP5329203B2 (ja) 2008-12-19 2008-12-19 位置決め制御装置の振動抑制制御装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5329203B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012130214A (ja) * 2010-12-17 2012-07-05 Sanyo Denki Co Ltd モータ制御装置及びモータ制御方法
WO2017126095A1 (ja) * 2016-01-22 2017-07-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電動機の速度制御装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3943061B2 (ja) * 2003-08-22 2007-07-11 三菱電機株式会社 サーボ制御装置
JP2006024674A (ja) * 2004-07-07 2006-01-26 Nikon Corp ステージ制御装置及び方法、露光装置及び方法、並びにデバイス製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010146350A (ja) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10029366B2 (en) Control device for motor drive device, control device for multi-axial motor, and control method for motor drive device
JP4685071B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
JP6604157B2 (ja) 多慣性共振システムにおける共振抑制制御装置
JP5989694B2 (ja) 制御装置、制御方法及び制御プログラム
JP2004272883A (ja) サーボ制御装置
JP6046182B2 (ja) 振動を抑制する機能を備えたモータ制御装置
JP2005349555A (ja) 柔軟関節ロボットアームの制御装置
JP6412071B2 (ja) モータ制御装置、モータ制御方法及びモータ制御用プログラム
JP2016134975A (ja) 振動を抑制するモータ制御装置
JP2017175890A (ja) 振動を抑制する機能を有するモータ制御装置
JP4860277B2 (ja) 多慣性共振系の振動抑制制御方法及び装置
WO2020070988A1 (ja) 振動抑制装置、振動抑制方法及びプログラム
EP2096507A1 (en) Servo control apparatus and control method thereof
JP2010284758A (ja) ロボットの制御装置、及びロボットの制御方法
JP6474460B2 (ja) モータ制御装置
JP2011188571A (ja) モータの制御装置
JP5129965B2 (ja) ミシン主軸のモータ制御方法及び装置
JP5329203B2 (ja) 位置決め制御装置の振動抑制制御装置
JP2007060767A (ja) 機械定数同定装置を備えたモータ制御装置
JP4781000B2 (ja) サーボ制御装置
JP2008079478A (ja) サーボ制御装置とその速度追従制御方法
CN112039403A (zh) 电动机控制装置和产业机械
JP7183489B1 (ja) 電動機制御装置及び機械装置
JP5084196B2 (ja) 電動機制御装置および電動機制御方法
JP7537878B2 (ja) ロボット制御装置、ロボットシステム及びロボット制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111215

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121211

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130724

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5329203

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees