JP6845103B2 - Control systems, control methods, and control programs - Google Patents
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Description
本発明は、制御システム、制御方法、及び制御プログラムに関する。 The present invention relates to control systems, control methods, and control programs.
特許文献1には、モータのフルクローズド制御装置が開示されている。特許文献1では、負荷の位置信号に基づき位置制御を行うフルクローズド制御装置が、等価剛体系速度ループのモデルと、バンドパスフィルタと、を備えている。
近年、例えばロボットアームを構成するリンクを高精度に駆動するため、ロボットアームの関節部にサーボモータが採用されている。ここで、モータによって駆動されるリンク等の負荷部材は、ギア(減速機)等の低剛性部材を介してモータに連結されているため、モータ及び負荷部材のイナーシャ(慣性モーメント)によって共振が発生する。特許文献1では、速度ループが等価剛体系速度ループのモデルとなっているため、低剛性部材に起因する共振が考慮されていない。そのため、共振周波数以上には制御帯域を広げることができないという問題がある。
In recent years, for example, in order to drive a link constituting a robot arm with high accuracy, a servomotor has been adopted for a joint portion of the robot arm. Here, since the load member such as the link driven by the motor is connected to the motor via a low-rigidity member such as a gear (reducer), resonance occurs due to the inertia (moment of inertia) of the motor and the load member. To do. In
このような問題に対し、特許文献2では、自己共振相殺制御部を有する制御システムが開示されている。特許文献2に開示された制御システムは、2つのエンコーダによって検出されたモータ軸回転角と出力軸回転角とに基づいて、自己共振相殺制御(SRC:Self Resonance Cancellation control)用の仮想回転角を生成している。この仮想回転角をフィードバックすることにより、共振を抑制することができる。
To solve such a problem,
発明者らは、制御システムに関して以下の問題を見出した。
特許文献2に開示された制御システムでは、位置制御ループの構造は制御対象の2慣性系モデルと位置フィードバック全体で共振が相殺されるという目的の下に導出されている。したがって、自由に位置制御系の構造を設計することができない。この構造では、制御系設計で用いられる極配置設計が困難となる。したがって、個々のパラメータを試行錯誤的に決定しなればならないため、設計パラメータの数が多く、設計が煩雑になる。
The inventors have found the following problems with respect to the control system.
In the control system disclosed in
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる制御システム、制御方法,及び制御プログラムを提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a control system, a control method, and a control program capable of suppressing resonance and simplifying a design.
本発明の一態様に係る制御システムは、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御部と、を備え、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる。 The control system according to one aspect of the present invention includes a drive means for driving a load member, a first sensor provided on the drive means side and detecting information on a drive amount of the drive means as first sensor information, and the above-mentioned. A control unit that controls the drive means by a second sensor provided on the load member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information, and double feedback control having an inner loop and an outer loop. In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value, and in the inner loop, a weighting ratio according to the node at the center of resonance is used. The virtual speed is calculated from the drive speed which is the time differential of the drive amount and the displacement speed which is the time differential of the displacement amount, and the virtual speed is set to the target speed based on the position deviation between the position command value and the displacement amount. The feedback control is performed so that the speed follows. According to this configuration, resonance can be suppressed and the design can be easily performed.
上記の制御システムにおいて、前記外側ループでは、前記位置偏差に対してP制御を行い、前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してPI制御を行うようにしてもよい。これにより、極配置によりPI制御のゲインを設定することができるため、設計パラメータ数を少なくすることができると共に、負荷部材の変位量を位置指令値に追従させることができる。 In the above control system, the outer loop may perform P control for the position deviation, and the inner loop may perform PI control for the speed deviation between the target speed and the virtual speed. .. As a result, the gain of PI control can be set by the pole arrangement, so that the number of design parameters can be reduced and the displacement amount of the load member can be made to follow the position command value.
上記の制御システムにおいて、前記外側ループには、前記位置指令値と前記負荷部材の前記変位量との前記位置偏差が入力される位相補償器が設けられており、前記位相補償器で位相補償された位相補償値に基づいて、前記目標速度が求められていてもよい。これにより、振動を抑圧することができる。 In the above control system, the outer loop is provided with a phase compensator for inputting the position deviation between the position command value and the displacement amount of the load member, and the phase compensation is performed by the phase compensator. The target speed may be obtained based on the phase compensation value. As a result, vibration can be suppressed.
上記の制御システムにおいて、前記駆動手段と前記負荷部材との間に設けられた減速機の減速比をrとし、前記駆動手段側の慣性モーメントをJM、前記駆動手段側の粘性摩擦係数をDMとし、前記負荷部材側の慣性モーメントをJL、前記負荷部材側の粘性摩擦係数をDLとし、JSRC=JM+JL/r、DSRC=DM+DL/rとすると、前記慣性モーメントの前記重み付け比率が、JM/JSRCと(JL/r)/JSRCとなり、前記粘性摩擦係数の前記重み付け比率が、DM/DSRCと(DL/r)/DSRCとなっていてもよい。 In the above control system, the speed reduction ratio of the reduction gear provided between the load member and the drive means and r, the moment of inertia of the driving means side J M, the viscous friction coefficient of the driving means side D is M, the moment of inertia of the load member side J L, the viscous friction coefficient of the load member side is D L, J SRC = J M + J L / r, when the D SRC = D M + D L / r, wherein The weighting ratio of the moment of inertia is J M / J SRC and (J L / r) / J SRC , and the weighting ratio of the viscous friction coefficient is D M / D SRC and ( DL / r) / D SRC. It may be.
本発明の一態様に係る制御方法は、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、を備えた制御システムにおいて、内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御方法であって、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる。 The control method according to one aspect of the present invention includes a driving means for driving the load member, a first sensor provided on the driving means side and detecting information on the driving amount of the driving means as the first sensor information, and the above-mentioned. In a control system including a second sensor provided on the load member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information, the double feedback control having an inner loop and an outer loop is used. It is a control method for controlling the driving means. In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value, and in the inner loop, it corresponds to the node at the center of resonance. Using the weighting ratio, the virtual speed is calculated from the drive speed, which is the time differential of the drive amount, and the displacement speed, which is the time differential of the displacement amount, and is based on the position deviation between the position command value and the displacement amount. The feedback control is performed so that the virtual speed follows the target speed. According to this configuration, resonance can be suppressed and the design can be easily performed.
本発明の一態様に係る制御プログラムは、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、を備えた制御システムを、内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により制御する制御方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる The control program according to one aspect of the present invention includes a drive means for driving the load member, a first sensor provided on the drive means side and detecting information on the drive amount of the drive as first sensor information, and the load. Control that controls a control system including a second sensor provided on the member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information by double feedback control having an inner loop and an outer loop. A control program for causing a computer to execute the method. In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value, and in the inner loop, a node that is the center of resonance. A virtual speed is calculated from the drive speed, which is the time differential of the drive amount, and the displacement speed, which is the time differential of the displacement amount, using the weighting ratio according to the above, and the position between the position command value and the displacement amount is calculated. Feedback control is performed so that the virtual speed follows the target speed based on the displacement. According to this configuration, resonance can be suppressed and the design can be easily performed.
本発明により、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる制御システム、制御方法,及び制御プログラムを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a control system, a control method, and a control program capable of suppressing resonance and easily performing a design.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
なお、「共振が相殺された」とは、共振が完全に相殺された場合のみではなく、共振が一部残存している場合も含む。
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, in order to clarify the explanation, the following description and drawings have been simplified as appropriate.
The term "resonance is canceled" includes not only the case where the resonance is completely canceled but also the case where a part of the resonance remains.
まず、図1を参照して、本実施形態に係る制御システムについて説明する。本実施形態に係る制御システムは、例えば、ロボットの手首関節、肘関節、肩関節、足首関節部、膝関節部、股関節部等の各関節部の駆動を制御するものである。 First, the control system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The control system according to the present embodiment controls the drive of each joint such as the wrist joint, elbow joint, shoulder joint, ankle joint, knee joint, and hip joint of the robot, for example.
図1は、制御システムを示すブロック図である。本実施の形態1に係る制御システム1は、負荷部材を駆動するモータ3と、モータ3側に設けられた第1センサ4と、負荷部材側に設けられた第2センサ5と、モータ3を制御する制御部6とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a control system. The
モータ3は、制御対象である関節部2を駆動する駆動手段の一具体例であり、例えば、AC(交流)サーボモータである。モータ3は、制御部6から出力された制御信号に基づいて駆動する。制御信号は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。モータ3は、関節部2に設けられており、関節部2を回転駆動する。また、モータ3はリニアモータであってもよい。関節部2は、減速機2a、及びリンク2b等を有している。負荷部材となるリンク2bは、減速機2aを介して,モータ3と接続されている。減速機2aはモータ3のモータ軸と、関節部2のリンク2bに固定された出力軸との間に設けられている。
The
第1センサ4は、減速機2aよりもモータ3側に設けられている。第1センサ4は、モータ3の駆動量に関する情報を第1のセンサ情報として検出する。モータ3の駆動量に関する情報は、例えば、モータ3の回転角度、角速度、又は、角加速度である。第1センサ4が、モータ3のエンコーダである場合、第1センサ4は、モータ3の角速度を第1のセンサ情報として検出する。そして、角速度を時間積分することで、モータ3の駆動量である回転角度を求めることができる。なお、モータ3がリニアモータである場合、直進方向における位置、速度、又は加速度がモータ3の駆動量に関する情報となる。
The
第2センサ5は、減速機2aよりもリンク2b側に設けられている。第2センサは、リンク2bの変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する。リンク2bの変位量に関する情報は、リンク2bの回転角度(回転位置)、直進位置、角速度、角加速度等である。第2センサ5が、負荷側のエンコーダである場合、第2センサ5は、リンク2bの角速度を第2センサ情報として検出する。そして、角速度を時間積分することで、変位量である回転角度を求めることができる。角速度を時間積分することで、リンク2bの変位量である回転角度を求めることができる。第2センサ5は減速機2aからリンク2b側に設けられている。なお、第1センサ4、及び第2センサ5は、エンコーダに限らず、ポテンショメータ等により構成されていてもよい。
The
なお、本実施の形態において、関節部2は回転関節部に適用されているが、これに限らず、例えば、並進可動する並進可動部等でもよく、ロボットの任意の可動部に適用可能である。
In the present embodiment, the
以下の説明では、モータ3が回転モータであるため、モータ3の駆動量、及びリンク2bの変位量は、角度として説明されているが、モータ3がリニアモータの場合、駆動量、及び変位量は、直動方向に沿った位置、又は距離となる。すなわち、モータ3の駆動量、及びリンク2bの変位量は、角度、位置、又は距離を意味する。同様に、モータ3の駆動量の時間微分である駆動速度、及びリンク2bの変位量の時間微分である変位速度は、角速度として説明されているが、モータ3がリニアモータの場合、駆動速度、及び変位速度は、直動方向に沿った速度となる。すなわち、速度は、駆動量又は変位量の時間微分(時間変化量)に対応するものであり、角速度、又速度を意味する。換言すると、駆動量又は変位量を角度で示す場合、その時間部分である駆動速度、及び変位速度は角速度となり、駆動量又は変位量を距離で示す場合、その時間部分である駆動速度、及び変位速度は速度となる。
In the following description, since the
制御部6は、第1センサ4、及び第2センサ5から出力される第1及び第2センサ情報に基づいてモータ3を回転駆動する、所謂フィードバック制御を行っている。制御部6は、例えば、演算処理、制御処理等と行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、メモリ、及びインターフェイス部は、データバス等を介して相互に接続されている。制御部6が制御プログラムを実行することで、以下に説明する制御方法が実施される。
The control unit 6 performs so-called feedback control in which the
リンク2bとモータ3とが弾性の高い減速機2aを介して接続されている場合、モータ3と負荷(リンク2b)とのイナーシャ(慣性モーメント)によって、共振が発生する。そのため、制御部6は、自己共振相殺制御を行っている。自己共振相殺制御により、ロボットの関節部2に生じる共振をより確実に低減することができる。また、制御帯域を共振周波数以上に広げることができる。特に、ヒューマノイドロボットや産業用ロボット等の関節部2においては、ハーモニックギア等を用いているため、その粘性摩擦がより大きくなり問題となる。これに対し、自己共振相殺制御を行うことで、より高精度な共振抑制効果が期待できる。
When the
自己共振相殺制御では、モータ3と負荷の結合剛性が低い制御対象を2慣性系としてモデル化している。2慣性系は、モータと負荷が弾性体(減速機等)で接続された系ということができる。図2を用いて、制御システム1の制御系について説明する。図2は、制御システム1の制御ブロック図である。
In the self-resonance canceling control, a controlled object having a low coupling rigidity between the
図2において、図2において、sは微分、1/sは積分を意味する。簡略化のため、図2において減速比(ギア比)rは省略されている。換言すると、図2は、r=1の場合について示している。図2に示す各記号は以下の通りである。
JM:モータ側の慣性モーメント
JL:負荷側の慣性モーメント
JSRC:慣性モーメントの和(JSRC=JM+JL)
DM:モータ側の粘性摩擦係数
DL:負荷側の粘性摩擦係数
DSRC:粘性摩擦係数の和(DSRC=DM+DL)
K:モータ3とリンク2bとの間の剛性
TM:モータ3の駆動トルク
ωM:第1センサ情報に基づくモータ3の角速度(駆動速度)
ωL:第2センサ情報に基づくリンク2bの角速度(変位速度)
ωc:APFのカットオフ周波数
ωSRC:共振を相殺した仮想角速度
θL ref:位置指令値(リンク2bの目標角度)
θL:第2センサ情報に基づくリンク2bの角度(変位量)
ωSRC ref:共振の中心となる節点の目標角速度
In FIG. 2, in FIG. 2, s means differentiation and 1 / s means integration. For simplification, the reduction ratio (gear ratio) r is omitted in FIG. In other words, FIG. 2 shows the case of r = 1. Each symbol shown in FIG. 2 is as follows.
J M : Moment of inertia on the motor side J L : Moment of inertia on the load side J SRC : Sum of moments of inertia (J SRC = J M + J L )
D M : Viscous friction coefficient on the motor side D L : Viscous friction coefficient on the load side D SRC : Sum of viscous friction coefficients ( DSRC = D M + D L )
K: stiffness T M between the
ω L : Angular velocity (displacement velocity) of
ω c : APF cutoff frequency ω SRC : Virtual angular velocity that offsets resonance
θ L ref : Position command value (target angle of
θ L : Angle (displacement amount) of
ω SRC ref : Target angular velocity of the node that is the center of resonance
図2に示すように、制御部6は、外側ループ20と、内側ループ30とを備えた2重フィードバック制御により、モータ3を制御する。内側ループ30は、外側ループ20の内部に設けられている。内側ループ30は、PI制御器31を有しており、速度フィードバック制御を行う。外側ループ20は、APF(オールパスフィルタ)21、及びP制御器22を有しており、位置フィードバック制御を行う。具体的には、制御部6は、SRC−P―PI制御によって、リンク2bの位置をフィードバック制御する。
As shown in FIG. 2, the control unit 6 controls the
制御部6には、リンク2bの目標位置(目標角度)に対応する位置指令値θL refが入力される。制御部6には、第1センサ情報に基づくモータ3の角速度ωMと、第2センサ情報に基づくリンク2bの角速度ωLと、第2センサ情報に基づくリンク2bの角度θLとが入力されている。
The position command value θ L ref corresponding to the target position (target angle) of the
APF21には、位置指令値θL refとリンク2bの角度θLとの偏差(θL ref−θL)が入力される。この偏差(θL ref−θL)を位置偏差(厳密には角度偏差)とする。APF21は、位相補償を行う位相補償器である。APF21は振幅特性を変化させずに、位相特性のみを変化させる。すなわち、APF21は、位置偏差のゲインを変化させずに、位相特性のみを変化させる。具体的には、カットオフ周波数ωcより高い周波数において、位相が180°遅れ、カットオフ周波数ωc以下の周波数において、位相が変化しない。カットオフ周波数ωcは共振周波数を基準に決めることができる。APF21等の位相補償器を用いることで、制振機能を外側ループ20に持たせることができる。これにより、振動を抑圧することができる。なお、APF21を位相進み補償を行う位相補償器で置き換えることも可能である。
A deviation (θ L ref −θ L ) between the position command value θ L ref and the angle θ L of the
APF21によって位相補償制御が行われた値を位相補償値とする。APF21からの位相補償値がP制御器22に入力される。P制御器22には、位相補償値に対して、P制御を行う。P制御器22は、位相補償値にPゲイン(比例ゲイン)を乗じた値を、目標角速度ωSRC refとして出力する。
The value for which the phase compensation control is performed by the
PI制御器31には、目標角速度ωSRC refと仮想角速度ωSRCとの偏差が入力される。この偏差(ωSRC ref−ωSRC)を速度偏差(厳密には、角速度偏差)とする。PI制御器31は、速度偏差に対してPI制御を行う。PI制御器31は、速度偏差にPゲイン(比例ゲイン)を乗じた値と、速度偏差の時間積分にIゲイン(積分ゲイン)に乗じた値を合成する。PI制御器31は、PI制御により合成された値を駆動トルクTMとしてモータ3に出力する。モータ3は駆動トルクTMによりリンク2bを駆動する。
The deviation between the target angular velocity ω SRC ref and the virtual angular velocity ω SRC is input to the PI controller 31. This deviation (ω SRC ref −ω SRC ) is defined as the velocity deviation (strictly speaking, the angular velocity deviation). The
内側ループ30では、モータ3の角速度ωMとリンク2bの角速度ωLとに基づいて、共振を相殺した仮想角速度ωSRCが算出される。具体的には、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、制御部6は仮想角速度ωSRCを算出する。制御部6には、2慣性系全体の共振の中心となる節点に応じた重み付け比率が設定されている。ここで、慣性モーメントの重み付け比率は、JM/JSRCと、JL/JSRCとなり、粘性摩擦係数の重み付け比率はDM/DSRCと、DL/DSRCとなる。
In the
角速度ωM及び角速度ωLに重み付け比率を乗じた値を足し合わせているため、仮想角速度ωSRCは系全体の共振の中心となる節点の角速度に対応する。換言すると、内側ループ30では、第1センサ情報に基づく角速度ωMと、第2センサ情報に基づく角速度ωLとから、2慣性系全体の共振の中心となる節点の仮想角速度ωSRCが求められている。上記のように、PI制御器31において、目標角速度ωSRC refに仮想角速度ωSRCが追従するようにフィードバック制御が行われている。
Since the values obtained by multiplying the angular velocities ω M and the angular velocities ω L by the weighting ratio are added, the virtual angular velocities ω SRC correspond to the angular velocities of the nodes that are the centers of resonance of the entire system. In other words, in the
なお、上記の重み付け比率は減速機2aにおいて減速しない場合、つまり減速比が1の場合である。減速比rで減速する場合、DLがDL/rに置き換わり、JLがJL/rに置き換わる。つまり、DSRC=DM+DL/r、JSRC=JM+JL/rとなる。この場合、慣性モーメントの重み付け比率は、JM/JSRCと、(JL/r)/JSRCとなり、粘性摩擦係数の重み付け比率はDM/DSRCと、(DL/r)/DSRCとなる。
The above weighting ratio is when the
外側ループ20では、リンク2bの変位量θLが位置指令値θL refに追従するように、フィードバック制御が行われる。内側ループ30では、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、モータ3の駆動量の時間微分である角速度ωMとリンク2bの変位量の時間微分である角速度ωLとから、仮想角速度ωSRCが算出される。仮想角速度ωSRCは、共振を相殺した仮想角速度となっている。内側ループ30では、位置指令値θL refと変位量θLとの位置偏差に基づく目標角速度ωSRC refに、仮想角速度ωSRCが追従するようにフィードバック制御が行われる。
このように、外側ループ20では、位置フィードバック制御が行われ、内側ループ30では、速度フィードバック制御が行われている。この2重ループのフィードバック制御により以下の効果を得ることができる。
In the
As described above, the
外側ループ20では、位置指令値θL refとリンク2bの角度θLとの位置偏差(θL ref−θL)に基づいて、フィードバック制御が行われている。よって、位置指令値θL refに対して、直接フィードバック制御することができるので、特許文献2に比して、位置指令値θL refに対する追従性を向上することができる。
In the
内側ループ30は、剛体化されているため、極配置でPI制御器31のPゲインとIゲインとを設計することができる。したがって、設計パラメータの数を少なくすることができ、設計を容易にすることができる。すなわち、極設計配置の極を指定することで、PI制御器31における2つのゲイン(PゲインとIゲイン)を自動的に設定することができる。設計者が試行錯誤的に設計すべき設計パラメータは、P制御器22におけるPゲイン、及びAPF21におけるカットオフ周波数ωcの2つのみとなる。これに対して、特許文献2では、PID制御器におけるPゲイン、Iゲイン、Dゲインの3つが設計パラメータとなる。したがって、本実施の形態の制御システム1では、特許文献2に比して、設計パラメータの数を少なくすることができるため、制御設計が容易になる。
Since the
さらに、共振を相殺した自己共振相殺制御を行っているため、制御帯域を共振周波数以上に広げることができる。共振を相殺するために、制御部6が共振の中心となる節点の仮想角速度を算出して、マイナーループである内側ループ30で制御している。これにより、内側ループ30の制御帯域を高帯域化することができる。内側ループ30を高帯域化し、外乱応答性を高くすることができる。一方、特許文献1では、バンドパルフィルタの帯域を自由に設計するできないため、高帯域化することができない。本実施の形態の制御システム1では、特許文献1と比して、制御帯域を高くすることができる。このように、本実施形態によれば、外乱抑圧特性を向上することができ、外側ループ20の設計自由度を高くすることができる。
Further, since the self-resonance canceling control that cancels the resonance is performed, the control band can be expanded beyond the resonance frequency. In order to cancel the resonance, the control unit 6 calculates the virtual angular velocity of the node at the center of the resonance and controls it by the
外側ループ20に位相補償器となるAPF21を設けているため、外側ループ20に制振機能を持たせることができる。なお、APF21等の位相補償器は省略することが可能である。この場合、位置偏差が直接P制御器22に入力される。粘性摩擦係数が大きい場合、位相余裕が十分にある。このような場合、APF21等の位相補償器を用いなくても、負荷側の外乱抑圧性能を高くすることができる。
Since the
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、負荷部材を駆動する駆動手段は、電気モータに限らず、油圧モータ、水圧モータ等の圧力モータやその他どのようなアクチュエータでもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit. For example, the driving means for driving the load member is not limited to the electric motor, but may be a pressure motor such as a hydraulic motor or a hydraulic motor, or any other actuator.
1 制御システム
2 関節部
2a 減速機
2b リンク
3 モータ
4 第1センサ
5 第2センサ
6 制御部
20 外側ループ
21 APF
22 P制御器
30 内側ループ
31 PI制御器
1
22
Claims (5)
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、
内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御部と、を備え、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記負荷部材の変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行い、
前記外側ループでは、前記位置偏差に対してP制御を行い、
前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してPI制御を行う制御システム。 The driving means for driving the load member and
A first sensor provided on the drive means side and detecting information on the drive amount of the drive means as the first sensor information.
A second sensor provided on the load member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information.
A control unit that controls the driving means by double feedback control having an inner loop and an outer loop is provided.
In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value.
In the inner loop
Using the weighting ratio according to the node that is the center of resonance, the virtual speed is calculated from the drive speed that is the time derivative of the drive amount and the displacement speed that is the time derivative of the displacement amount of the load member.
A target speed based on the position deviation between the displacement and the position command value, have rows feedback control such that the virtual velocity to follow,
In the outer loop, P control is performed for the position deviation, and the position deviation is controlled.
In the inner loop, a control system that performs PI control on the speed deviation between the target speed and the virtual speed.
前記位相補償器で位相補償された位相補償値に基づいて、前記目標速度が求められている請求項1に記載の制御システム。 The outer loop is provided with a phase compensator for inputting the position deviation between the position command value and the displacement amount of the load member.
The control system according to claim 1 , wherein the target speed is obtained based on the phase compensation value phase-compensated by the phase compensator.
前記駆動手段側の慣性モーメントをJM、前記駆動手段側の粘性摩擦係数をDMとし、
前記負荷部材側の慣性モーメントをJL、前記負荷部材側の粘性摩擦係数をDLとし、
JSRC=JM+JL/r、DSRC=DM+DL/rとすると、
前記慣性モーメントの前記重み付け比率が、JM/JSRCと(JL/r)/JSRCとなり、
前記粘性摩擦係数の前記重み付け比率が、DM/DSRCと(DL/r)/DSRCとなる請求項1、又は2に記載の制御システム。 Let r be the reduction ratio of the speed reducer provided between the drive means and the load member.
The moment of inertia J M of the driving means side, the viscous friction coefficient of the driving means side and D M,
The moment of inertia of the load member side J L, the viscous friction coefficient of the load member side is D L,
If J SRC = J M + J L / r and D SRC = D M + D L / r,
The weighting ratio of the moment of inertia is J M / J SRC and (J L / r) / J SRC .
The control system according to claim 1 or 2 , wherein the weighting ratio of the viscous friction coefficient is D M / D SRC and ( DL / r) / D SRC.
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、
を備えた制御システムにおいて、内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御方法であって、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行い、
前記外側ループでは、前記位置偏差に対してP制御を行い、
前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してPI制御を行う、
制御方法。 The driving means for driving the load member and
A first sensor provided on the drive means side and detecting information on the drive amount of the drive means as the first sensor information.
A second sensor provided on the load member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information.
A control method for controlling the driving means by double feedback control having an inner loop and an outer loop.
In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value.
In the inner loop
Using the weighting ratio according to the node that is the center of resonance, the virtual speed is calculated from the drive speed that is the time derivative of the drive amount and the displacement speed that is the time derivative of the displacement amount.
Feedback control is performed so that the virtual speed follows the target speed based on the position deviation between the position command value and the displacement amount.
In the outer loop, P control is performed for the position deviation, and the position deviation is controlled.
In the inner loop, PI control is performed for the speed deviation between the target speed and the virtual speed.
Control method.
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動の駆動量に関する情報を第1センサ情報として検出する第1センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第2センサ情報として検出する第2センサと、を備えた制御システムを、内側ループと外側ループとを有する2重フィードバック制御により制御する制御方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行い、
前記外側ループでは、前記位置偏差に対してP制御を行い、
前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してPI制御を行う、
制御プログラム。 The driving means for driving the load member and
A first sensor provided on the drive means side and detecting information on the drive amount of the drive as first sensor information.
A control system including a second sensor provided on the load member side and detecting information on the displacement amount of the load member as second sensor information is controlled by double feedback control having an inner loop and an outer loop. It is a control program for making a computer execute the control method to be performed.
In the outer loop, feedback control is performed so that the displacement amount of the load member follows the position command value.
In the inner loop
Using the weighting ratio according to the node that is the center of resonance, the virtual speed is calculated from the drive speed that is the time derivative of the drive amount and the displacement speed that is the time derivative of the displacement amount.
Feedback control is performed so that the virtual speed follows the target speed based on the position deviation between the position command value and the displacement amount.
In the outer loop, P control is performed for the position deviation, and the position deviation is controlled.
In the inner loop, PI control is performed for the speed deviation between the target speed and the virtual speed.
Control program.
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