JP6604198B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
第1の実施の形態のモータ制御装置92Uについて、図1に示すロボットを制御する制御装置を例として説明する。図1に示すロボットは、ベース91、第1旋回部92、第1揺動部93、第2旋回部94、第2揺動部95等を有している。
図2に示すように、電動モータ92Mを制御するモータ制御装置92Uは、指令位置10inと実位置27outが入力されて指令速度15outを出力する第1制御部41と、指令速度15outと指令位置10inと実位置27outが入力されて指令電流25outを出力する第2制御部42と、指令電流25outが入力されて電動モータ92Mを駆動する駆動電流31outを出力する電流出力部43と、を有している。なお、指令位置は、この場合、指令角度と同じであり、現在の位置(角度)は、エンコーダ92Eからの検出信号に基づいて検出される。
第1制御部41は、位置偏差演算部10、位置フィードバック制御部11、位置側入力速度演算部12、位置側入力加速度演算部13、入力正規化部10S、12S、13S、位置フィードフォワード制御部14、速度加算演算部15等を有している。
第2制御部42は、速度偏差演算部20、速度フィードバック制御部21、速度側入力速度演算部22、速度側入力加速度演算部23、入力正規化部20S、22S、23S、速度フィードフォワード制御部24、電流加算演算部25、実速度演算部28等を有している。
電流出力部43は、電流偏差演算部30、電流フィードバック制御部31等を有している。
次に図3を用いて、位置フィードフォワード制御部14内のニューラルネットワークについて説明する。位置フィードフォワード制御部14は、入力層14A、中間層14B、出力層14C、第1位置側重み学習部14D、第2位置側重み学習部14F、を有している。
(1)位置側演算部M[1]の加算結果(θp*W11+Vp*W21+αp*W31)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[1]に位置側出力重みX1が乗算された第2位置側乗算値(変換値[1]*X1)。
(2)位置側演算部M[2]の加算結果(θp*W12+Vp*W22+αp*W32)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[2]に位置側出力重みX2が乗算された第2位置側乗算値(変換値[2]*X2)。
(3)位置側演算部M[3]の加算結果(θp*W13+Vp*W23+αp*W33)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[3]に位置側出力重みX3が乗算された第2位置側乗算値(変換値[3]*X3)。
次に図4を用いて、速度フィードフォワード制御部24内のニューラルネットワークについて説明する。速度フィードフォワード制御部24は、入力層24A、中間層24B、出力層24C、第1速度側重み学習部24D、第2速度側重み学習部24F、を有している。
(1)速度側演算部N[1]の加算結果(θv*U11+Vv*U21+αv*U31)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[1]に速度側出力重みY1が乗算された第2速度側乗算値(変換値[1]*Y1)。
(2)速度側演算部N[2]の加算結果(θv*U12+Vv*U22+αv*U32)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[2]に速度側出力重みY2が乗算された第2速度側乗算値(変換値[2]*Y2)。
(3)速度側演算部N[3]の加算結果(θv*U13+Vv*U23+αv*U33)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[3]に速度側出力重みY3が乗算された第2速度側乗算値(変換値[3]*Y3)。
次に、第2の実施の形態のモータ制御装置82Uについて、図5に示す工作機械を制御する制御装置を例として説明する。図5に示す工作機械は、ベッド71、主軸テーブル72、砥石台82等を有している。なお、図5中においてX軸とY軸とZ軸は互いに直交しており、ワークWの回転軸線JXはX軸と平行であり、主軸テーブル72は、ベッド71に対してX軸方向に往復移動可能であり、砥石台80は、ベッド71に対してワークWの回転軸線JXに直交するZ軸方向に往復移動可能である。
第1の実施の形態である図2の位置フィードフォワード制御部14には、指令位置10inが入力されていたのが、第2の実施の形態である図6の位置フィードフォワード制御部14Zには、指令位置が入力されていない。また、図2の速度フィードフォワード制御部24には、指令位置10inが入力されていたのが、図6の速度フィードフォワード制御部24Zには、指令位置が入力されていない。この点で、第1の実施の形態と第2の実施の形態が異なる。指令位置が入力されないので、位置フィードフォワード制御部14Zと、速度フィードフォワード制御部24Zの構成も少し異なり、これらについては後述する。また、電動モータの符号とエンコーダの符号も、当然異なる。その他については、図2に示す第1の実施の形態であるモータ制御装置92Uの制御ブロックと同じであるので、同一符号を付与して説明を省略する。
図7に示すように、位置フィードフォワード制御部14Zのニューラルネットワークは、図3の指令位置10inが省略されているので、図3の位置側入力部J[1]、位置側演算部M[1]が省略され、図3の位置側位置重みW11〜W13、位置側速度重みW21、位置側加速度重みW31、位置側出力重みX1が省略されている。
(1)位置側演算部M[2]の加算結果(Vp*W22+αp*W32)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[2]に位置側出力重みX2が乗算された第2位置側乗算値(変換値[2]*X2)。
(2)位置側演算部M[3]の加算結果(Vp*W23+αp*W33)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[3]に位置側出力重みX3が乗算された第2位置側乗算値(変換値[3]*X3)。
図8に示すように、速度フィードフォワード制御部24Zのニューラルネットワークは、図4の指令位置10inが省略されているので、図4の速度側入力部K[1]、速度側演算部N[1]が省略され、速度側位置重みU11〜U13、速度側速度重みU21、速度側加速度重みU31、速度側出力重みY1が省略されている。
(1)速度側演算部N[2]の加算結果(Vv*U22+αv*U32)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[2]に速度側出力重みY2が乗算された第2速度側乗算値(変換値[2]*Y2)。
(2)速度側演算部N[3]の加算結果(Vv*U23+αv*U33)がシグモイド関数にて0〜1に変換された変換値[3]に速度側出力重みY3が乗算された第2速度側乗算値(変換値[3]*Y3)。
次に、第3の実施の形態のモータ制御装置について説明する。第3の実施のモータ制御装置の制御ブロックの構成は、図2に示した第1の実施の形態と同じである。ただし、第1の実施の形態に対して、位置フィードフォワード制御部14及び速度フィードフォワード制御部24の内部の構成が、図3及び図4に示す構成から、図9及び図10に示す構成に変更されている点が異なり(ニューラルネットワークから重み学習機能付きネットワークに変更)、他については同じである。以下、この変更点について主に説明する。
図9に示すように、第3の実施の形態の位置フィードフォワード制御部14は、入力層14AA、出力層14CA、第1位置側重み学習部14FA、を有している。図9に示す第3の実施の形態の位置フィードフォワード制御部14は、入力層14AAと、出力層14CAと、が第1の実施の形態と同様に設けられているが、中間層14B(図3参照)が省略されており、第1の実施の形態よりも入力層14AAが複雑となっている。
(1)位置側入力部JA[1]の出力(θp)に位置側出力重みXA1が乗算された第1位置側乗算値(θp*XA1)。
(2)位置側入力部JA[2]の出力(Vp)に位置側出力重みXA2が乗算された第1位置側乗算値(Vp*XA2)。
(3)位置側入力部JA[3]の出力(αp)に位置側出力重みXA3が乗算された第1位置側乗算値(αp*XA3)。
(4)位置側入力部JA[4]の出力(a11・θp+b11・Vp+c11・αp)に位置側出力重みXA4が乗算された第1位置側乗算値[(a11・θp+b11・Vp+c11・αp)*XA4]。
(5)位置側入力部JA[5]の出力(a12・θp+b12・Vp+c12・αp)に位置側出力重みXA5が乗算された第1位置側乗算値[(a12・θp+b12・Vp+c12・αp)*XA5]。
(6)位置側入力部JA[6]の出力(a13・θp+b13・Vp+c13・αp)に位置側出力重みXA6が乗算された第1位置側乗算値[(a13・θp+b13・Vp+c13・αp)*XA6]。
図10に示すように、第3の実施の形態の速度フィードフォワード制御部24は、入力層24AA、出力層24CA、第1速度側重み学習部24FA、を有している。図10に示す第3の実施の形態の速度フィードフォワード制御部24は、入力層24AAと、出力層24CAと、が第1の実施の形態と同様に設けられているが、中間層24B(図4参照)が省略されており、第1の実施の形態よりも入力層24AAが複雑となっている。
(1)速度側入力部KA[1]の出力(θv)に速度側出力重みYA1が乗算された第1速度側乗算値(θv*YA1)。
(2)速度側入力部KA[2]の出力(Vv)に速度側出力重みYA2が乗算された第1速度側乗算値(Vv*YA2)。
(3)速度側入力部KA[3]の出力(αv)に速度側出力重みYA3が乗算された第1速度側乗算値(αv*YA3)。
(4)速度側入力部KA[4]の出力(a21・θv+b21・Vv+c21・αv)に速度側出力重みYA4が乗算された第1速度側乗算値[(a21・θv+b21・Vv+c21・αv)*YA4]。
(5)速度側入力部KA[5]の出力(a22・θv+b22・Vv+c22・αv)に速度側出力重みYA5が乗算された第1速度側乗算値[(a22・θv+b22・Vv+c22・αv)*YA5]。
(6)速度側入力部KA[6]の出力(a23・θv+b23・Vv+c23・αv)に位置側出力重みYA6が乗算された第1速度側乗算値[(a23・θv+b23・Vv+c23・αv)*YA6]。
次に、第4の実施の形態のモータ制御装置について説明する。第4の実施のモータ制御装置の制御ブロックの構成は、図6に示した第2の実施の形態と同じである。ただし、第2の実施の形態に対して、位置フィードフォワード制御部14Z及び速度フィードフォワード制御部24Zの内部の構成が、図7及び図8に示す構成から、図11及び図12に示す構成に変更されている点が異なり(ニューラルネットワークから重み学習機能付きネットワークに変更)、他については同じである。なお、第4の実施の形態の図11及び図12に示す構成は、第3の実施の形態の図9及び図10に示す構成に対して、指令位置10in及び指令位置10inに関する部分が省略されている点が異なる。以下、同一点については、同一符号を付与して説明を割愛し、変更点について主に説明する。
図11に示すように、位置フィードフォワード制御部14Zの重み学習機能付きネットワークは、指令位置10inが省略されているので、図9に示した構成に対して、点線にて示した個所が省略されている。すなわち、位置側入力部JA[1]が省略され、位置側出力重みXA1が省略されている。
(1)位置側入力部JA[2]の出力(Vp)に位置側出力重みXA2が乗算された第1位置側乗算値(Vp*XA2)。
(2)位置側入力部JA[3]の出力(αp)に位置側出力重みXA3が乗算された第1位置側乗算値(αp*XA3)。
(3)位置側入力部JA[4]の出力(b11・Vp+c11・αp)に位置側出力重みXA4が乗算された第1位置側乗算値[(b11・Vp+c11・αp)*XA4]。
(4)位置側入力部JA[5]の出力(b12・Vp+c12・αp)に位置側出力重みXA5が乗算された第1位置側乗算値[(b12・Vp+c12・αp)*XA5]。
(5)位置側入力部JA[6]の出力(b13・Vp+c13・αp)に位置側出力重みXA6が乗算された第1位置側乗算値[(b13・Vp+c13・αp)*XA6]。
図12に示すように、速度フィードフォワード制御部24Zの重み学習機能付きネットワークは、図10の指令位置10inが省略されているので、図10の速度側入力部KA[1]が省略され、図10の速度側出力重みYA1が省略されている。
(1)速度側入力部KA[2]の出力(Vv)に速度側出力重みYA2が乗算された第1速度側乗算値(Vv*YA2)。
(2)速度側入力部KA[3]の出力(αv)に速度側出力重みYA3が乗算された第1速度側乗算値(αv*YA3)。
(3)速度側入力部KA[4]の出力(b21・Vv+c21・αv)に速度側出力重みYA4が乗算された第1速度側乗算値[(b21・Vv+c21・αv)*YA4]。
(4)速度側入力部KA[5]の出力(b22・Vv+c22・αv)に速度側出力重みYA5が乗算された第1速度側乗算値[(b22・Vv+c22・αv)*YA5]。
(5)速度側入力部KA[6]の出力(b23・Vv+c23・αv)に速度側出力重みYA6が乗算された第1速度側乗算値[(b23・Vv+c23・αv)*YA6]。
10in 指令位置
10out 位置偏差
10S、12S、13S 入力正規化部
11 位置フィードバック制御部
11out 第1仮指令速度
12 位置側入力速度演算部
12out 入力速度
13 位置側入力加速度演算部
13out 入力加速度
14、14Z 位置フィードフォワード制御部
14A、14AA 入力層
14A1〜14A3 入力変換部
14Aout、14AAout 位置側第1出力
14B 中間層
14Bout 位置側第2出力
14C 出力層
14D 第1位置側重み学習部
14F 第2位置側重み学習部
14FA 第1位置側重み学習部
14out 第2仮指令速度
15 速度加算演算部
15out 指令速度
20 速度偏差演算部
20out 速度偏差
20S、22S、23S 入力正規化部
21 速度フィードバック制御部
21out 第1仮指令電流
22 速度側入力速度演算部
22out 入力速度
23 速度側入力加速度演算部
23out 入力加速度
24、24Z 速度フィードフォワード制御部
24A、24AA 入力層
24A1〜24A3 入力変換部
24Aout、24AAout 速度側第1出力
24B 中間層
24Bout 速度側第2出力
24C 出力層
24D 第1速度側重み学習部
24F 第2速度側重み学習部
24FA 第1速度側重み学習部
24out 第2仮指令電流
25 電流加算演算部
25out 指令電流
27out 実位置
28 実速度演算部
28out 実速度
30 電流偏差演算部
30out 電流偏差
31 電流フィードバック制御部
31out 駆動電流
60 ロボット制御装置
60B 工作機械制御装置
91M、92M、93M、94M、82M、72M 電動モータ
91E、92E、93E、94E、82E、72E エンコーダ(位置検出手段(角度検出手段))
91U、92U、93U、94U、82U、72U モータ制御装置
J[1]〜J[3]、JA[1]〜JA[6] 位置側入力部
K[1]〜K[3]、KA[1]〜KA[6] 速度側入力部
M[1]〜M[3] 位置側演算部
N[1]〜N[3] 速度側演算部
P[1]、PA[1] 位置側出力部
Q[1]、QA[1] 速度側出力部
W11〜W13 位置側位置重み(位置側第1重み)
W21〜W23 位置側速度重み(位置側第1重み)
W31〜W33 位置側加速度重み(位置側第1重み)
XA1〜XA6 位置側出力重み(位置側第1重み)
U11〜U13 速度側位置重み(速度側第1重み)
U21〜U23 速度側速度重み(速度側第1重み)
U31〜U33 速度側加速度重み(速度側第1重み)
YA1〜YA6 速度側出力重み(速度側第1重み)
X1〜X3 位置側出力重み(位置側第2重み)
Y1〜Y3 速度側出力重み(速度側第2重み)
Claims (6)
- 制御対象物の位置を移動させる電動モータと、当該電動モータに関する位置を検出する位置検出手段と、を用いて前記制御対象物の位置を制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータに対する指令位置と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいた実際の位置である実位置と、の偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記位置偏差に応じてフィードバック制御して第1仮指令速度を出力する位置フィードバック制御部と、
前記電動モータに対する指令速度と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいた実際の速度である実速度と、の偏差である速度偏差を演算する速度偏差演算部と、
前記速度偏差に応じてフィードバック制御して第1仮指令電流を出力する速度フィードバック制御部と、
指令電流に基づいて電動モータへの駆動電流を出力する電流出力部と、
前記電動モータの運動に関する複数の指令物理量に応じてフィードフォワード制御して第2仮指令速度を出力する位置フィードフォワード制御部と、
前記第1仮指令速度と前記第2仮指令速度とを加算して前記指令速度を出力する速度加算演算部と、
複数の前記指令物理量に応じてフィードフォワード制御して第2仮指令電流を出力する速度フィードフォワード制御部と、
前記第1仮指令電流と前記第2仮指令電流とを加算して前記指令電流を出力する電流加算演算部と、を有し、
前記位置フィードフォワード制御部は、
前記指令物理量毎に用意され、前記指令物理量が入力され、入力された前記指令物理量を位置側第1出力として出力する複数の位置側入力部と、
複数の前記位置側入力部のそれぞれから出力される前記位置側第1出力のそれぞれに対する位置側第1重みを、前記位置偏差に応じて変更する第1位置側重み学習部と、
複数の前記位置側入力部からの前記位置側第1出力のそれぞれと、当該位置側第1出力に対応する前記位置側第1重みと、を乗算した複数の第1位置側乗算値を加算して前記第2仮指令速度として出力する位置側出力部と、を有し、
前記速度フィードフォワード制御部は、
前記指令物理量毎に用意され、前記指令物理量が入力され、入力された前記指令物理量を速度側第1出力として出力する複数の速度側入力部と、
複数の前記速度側入力部のそれぞれから出力される前記速度側第1出力のそれぞれに対する速度側第1重みを、前記速度偏差に応じて変更する第1速度側重み学習部と、
複数の前記速度側入力部からの前記速度側第1出力のそれぞれと、当該速度側第1出力に対応する前記速度側第1重みと、を乗算した複数の第1速度側乗算値を加算して前記第2仮指令電流として出力する速度側出力部と、を有している、
モータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置であって、
複数の前記指令物理量は、
指令速度、
指令加速度、
前記指令速度に第1速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第1加速度係数を乗算した値と、を加算した値、
前記指令速度に第2速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第2加速度係数を乗算した値と、を加算した値、
前記指令速度に第3速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第3加速度係数を乗算した値と、を加算した値、であり、
前記第1速度係数、前記第1加速度係数、前記第2速度係数、前記第2加速度係数、前記第3速度係数、前記第3加速度係数、のそれぞれは定数である、
モータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置であって、
複数の前記指令物理量は、
前記指令位置である位置、
指令速度、
指令加速度、
前記位置に第1位置係数を乗算した値と、前記指令速度に第1速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第1加速度係数を乗算した値と、を加算した値、
前記位置に第2位置係数を乗算した値と、前記指令速度に第2速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第2加速度係数を乗算した値と、を加算した値、
前記位置に第3位置係数を乗算した値と、前記指令速度に第3速度係数を乗算した値と、前記指令加速度に第3加速度係数を乗算した値と、を加算した値、であり、
前記第1位置係数、前記第1速度係数、前記第1加速度係数、前記第2位置係数、前記第2速度係数、前記第2加速度係数、前記第3位置係数、前記第3速度係数、前記第3加速度係数、のそれぞれは定数である、
モータ制御装置。 - 制御対象物の位置を移動させる電動モータと、当該電動モータに関する位置を検出する位置検出手段と、を用いて前記制御対象物の位置を制御するモータ制御装置であって、
前記電動モータに対する指令位置と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいた実際の位置である実位置と、の偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記位置偏差に応じてフィードバック制御して第1仮指令速度を出力する位置フィードバック制御部と、
前記電動モータに対する指令速度と、前記位置検出手段からの検出信号に基づいた実際の速度である実速度と、の偏差である速度偏差を演算する速度偏差演算部と、
前記速度偏差に応じてフィードバック制御して第1仮指令電流を出力する速度フィードバック制御部と、
指令電流に基づいて電動モータへの駆動電流を出力する電流出力部と、
前記電動モータの運動に関する複数の指令物理量に応じてフィードフォワード制御して第2仮指令速度を出力する位置フィードフォワード制御部と、
前記第1仮指令速度と前記第2仮指令速度とを加算して前記指令速度を出力する速度加算演算部と、
複数の前記指令物理量に応じてフィードフォワード制御して第2仮指令電流を出力する速度フィードフォワード制御部と、
前記第1仮指令電流と前記第2仮指令電流とを加算して前記指令電流を出力する電流加算演算部と、を有し、
前記位置フィードフォワード制御部は、
前記指令物理量毎に用意され、前記指令物理量が入力され、入力された前記指令物理量を位置側第1出力として出力する複数の位置側入力部と、
複数の前記位置側入力部のそれぞれから出力される前記位置側第1出力のそれぞれに対する位置側第1重みを、前記位置偏差に応じて変更する第1位置側重み学習部と、
複数の前記位置側入力部からの前記位置側第1出力のそれぞれと、当該位置側第1出力に対応する前記位置側第1重みと、を乗算した複数の第1位置側乗算値を加算して位置側第2出力として出力する複数の位置側演算部と、
複数の前記位置側演算部のそれぞれから出力される前記位置側第2出力のそれぞれに対する位置側第2重みを、前記位置偏差に応じて変更する第2位置側重み学習部と、
複数の前記位置側演算部からの前記位置側第2出力のそれぞれと、当該位置側第2出力に対応する前記位置側第2重みと、を乗算した複数の第2位置側乗算値を加算して前記第2仮指令速度として出力する位置側出力部と、を有し、
前記速度フィードフォワード制御部は、
前記指令物理量毎に用意され、前記指令物理量が入力され、入力された前記指令物理量を速度側第1出力として出力する複数の速度側入力部と、
複数の前記速度側入力部のそれぞれから出力される前記速度側第1出力のそれぞれに対する速度側第1重みを、前記速度偏差に応じて変更する第1速度側重み学習部と、
複数の前記速度側入力部からの前記速度側第1出力のそれぞれと、当該速度側第1出力に対応する前記速度側第1重みと、を乗算した複数の第1速度側乗算値を加算して速度側第2出力として出力する複数の速度側演算部と、
複数の前記速度側演算部のそれぞれから出力される前記速度側第2出力のそれぞれに対する速度側第2重みを、前記速度偏差に応じて変更する第2速度側重み学習部と、
複数の前記速度側演算部からの前記速度側第2出力のそれぞれと、当該速度側第2出力に対応する前記速度側第2重みと、を乗算した複数の第2速度側乗算値を加算して前記第2仮指令電流として出力する速度側出力部と、を有している、
モータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置であって、
複数の前記指令物理量は、
指令速度、
指令加速度、である、
モータ制御装置。 - 請求項4に記載のモータ制御装置であって、
複数の前記指令物理量は、
前記指令位置である位置、
指令速度、
指令加速度、である、
モータ制御装置。
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