JP7096760B2 - Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program - Google Patents
Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP7096760B2 JP7096760B2 JP2018230912A JP2018230912A JP7096760B2 JP 7096760 B2 JP7096760 B2 JP 7096760B2 JP 2018230912 A JP2018230912 A JP 2018230912A JP 2018230912 A JP2018230912 A JP 2018230912A JP 7096760 B2 JP7096760 B2 JP 7096760B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- time
- series data
- vibration
- filter
- filter design
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Description
本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタに重み係数を与えるフィルタ設計装置、フィルタ設計方法及びプログラム、並びに制御対象の振動を抑制する振動抑制装置に関する。 The present invention relates to a filter design device for giving a weighting coefficient to a filter for removing a vibration component of a vibration waveform, a filter design method and program, and a vibration suppression device for suppressing vibration of a controlled object.
サーボ制御装置運転中に発生する振動を検出し、振動から周波数成分の大きい周波数を抽出し、周波数が所定値より低い場合は振動抑制フィルタとして周波数以上の帯域を遮断するローパスフィルタを適用し、周波数が所定値以上の場合は振動抑制フィルタとして周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用し、ノッチフィルタを適用する場合には一旦ノッチフィルタのQ値を設定後、Q値を大きくしながら振動の抑制効果を確認し、適切なQ値を設定する振動抑制フィルタの設定方法は、知られている(例えば、特許文献1参照)。 The vibration generated during the operation of the servo control device is detected, the frequency with a large frequency component is extracted from the vibration, and if the frequency is lower than the predetermined value, a low-pass filter that cuts off the band above the frequency is applied as a vibration suppression filter, and the frequency. If is greater than or equal to a predetermined value, a notch filter that cuts off the band near the frequency is applied as a vibration suppression filter. A method for setting a vibration suppression filter that confirms the suppression effect and sets an appropriate Q value is known (see, for example, Patent Document 1).
振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合、振動波形の振動成分を完全に除去できない可能性がある。 When a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter, it may not be possible to completely remove the vibration component of the vibration waveform.
本発明の目的は、振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合に比較して、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性を高めることにある。 An object of the present invention is to increase the possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed as compared with the case where a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter.
かかる目的のもと、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置であって、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、取得手段により取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定手段と、決定手段により決定されたN個の重み係数を出力する出力手段とを備えたフィルタ設計装置を提供する。 For this purpose, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and N weighting coefficients are added to each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points. It is a filter design device that gives N weight coefficients to the filter that calculates the average by multiplying the corresponding weight coefficients, and each time series data is N pieces for each time series data from the vibration waveform. For each time-series data of the acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the value of the vibration waveform at the time point and the time-series data of M pieces of time-series data acquired by the acquisition means. The N weight coefficients are determined so that the condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points by the corresponding weight coefficient of the N weight coefficients and adding them is 0 is satisfied. Provided is a filter design device including a determination means for determining and an output means for outputting N weighting coefficients determined by the determination means.
ここで、取得手段は、M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点の間隔と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点の間隔とが等しくなるように、M個の時系列データを取得する、ものであってよい。 Here, the acquisition means are the interval of N time points for the first time series data of M (M ≧ 2) time series data and N pieces for the second time series data of M time series data. It may be the one that acquires M time series data so that the intervals at the time points of are equal to each other.
取得手段は、M個(M≧2)の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点とが少なくとも部分的に重複するように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means has at least N time points for the first time series data of M (M ≧ 2) time series data and N time points for the second time series data of M time series data. It may be the one that acquires M time series data so as to partially overlap.
取得手段は、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期よりも長くなるように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means is the M time series data so that the interval between two adjacent time points out of the N time points with respect to any one of the M time series data is longer than the period of the vibration waveform. May be the one to get.
取得手段は、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期の1/2となるように、M個の時系列データを取得する、ものであってもよい。 The acquisition means is M times so that the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of M time series data is 1/2 of the period of the vibration waveform. It may be one that acquires series data.
また、決定手段は、N個の重み係数のうちの指定された重み係数が指定された値となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってよい。 Further, the determining means may be one that determines N weighting coefficients so that the designated weighting coefficient among the N weighting coefficients becomes a designated value.
決定手段は、N個の重み係数の和が指定された値となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。その場合、指定された値は、1であってよい。 The determining means may be one that determines N weighting coefficients so that the sum of N weighting coefficients becomes a specified value. In that case, the specified value may be 1.
決定手段は、N個の重み係数をa1,a2,…,aNとした場合に、a1=aN,a2=aN-1,a3=aN-2,…となるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。 The determining means is a 1 = a N , a 2 = a N-1 , a 3 = a N-2 , ... When N weighting coefficients are a 1 , a 2 , ..., A N. As such, it may be one that determines N weighting coefficients.
決定手段は、N個の重み係数の絶対値の和が最小になるように、N個の重み係数を決定する、ものであってもよい。 The determining means may be one that determines the N weighting coefficients so that the sum of the absolute values of the N weighting coefficients is minimized.
更に、取得手段は、振動周期が異なるL個(L≧2)の振動波形yi(t)(i=1,2,…,L)から、各時系列データが各時系列データに対するN個(N≧2×L+1)の時点の振動波形yi(t)の値を含むMi個(Mi≧2)の時系列データを取得し、決定手段は、取得手段により取得されたM1+M2+…+ML個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の各時系列データに対応する振動波形yi(t)の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する、ものであってよい。 Further, the acquisition means has N pieces of each time-series data for each time-series data from L (L ≧ 2) vibration waveforms y i (t) (i = 1, 2, ..., L) having different vibration cycles. Mi (Mi ≧ 2) time-series data including the value of the vibration waveform y i (t) at the time of (N ≧ 2 × L + 1 ) is acquired, and the determination means is M 1 acquired by the acquisition means. + M 2 + ... + For each time series data of ML time series data, N pieces in each value of the vibration waveform y i (t) corresponding to each time series data at N time points for each time series data. The N weighting coefficients may be determined so that the condition that the value obtained by multiplying the corresponding weighting coefficients by the weighting coefficients of the above is 0 is satisfied.
また、本発明は、制御対象の振動を抑制する振動抑制装置であって、制御対象を制御する制御手段と、上記の何れかのフィルタ設計装置によりN個の重み係数が与えられたフィルタを用いて、制御手段に入力される信号又は制御手段から出力された信号を処理する処理手段とを備えた振動抑制装置も提供する。 Further, the present invention is a vibration suppression device that suppresses vibration of a controlled object, and uses a control means for controlling the controlled object and a filter to which N weight coefficients are given by any of the above filter design devices. Further, a vibration suppression device including a processing means for processing a signal input to the control means or a signal output from the control means is also provided.
ここで、処理手段は、フィルタを用いて、制御手段に入力される制御対象に対して指令を行うための信号を処理する、ものであってよい。 Here, the processing means may be one that processes a signal for issuing a command to a control target input to the control means by using a filter.
処理手段は、フィルタを用いて、制御対象からフィードバックされて制御手段に入力される信号を処理する、ものであってもよい。 The processing means may be one that uses a filter to process a signal that is fed back from the controlled object and input to the control means.
処理手段は、フィルタを用いて、制御対象から出力された制御対象に対して指令を行うための信号を処理する、ものであってもよい。 The processing means may be one that uses a filter to process a signal for issuing a command to the control target output from the control target.
更に、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、コンピュータが、N個の重み係数を与えるフィルタ設計方法であって、コンピュータの取得手段が、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得ステップと、コンピュータの決定手段が、取得ステップで取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定ステップと、コンピュータの出力手段が、決定ステップで決定されたN個の重み係数を出力する出力ステップとを含むフィルタ設計方法も提供する。 Further, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and corresponds to each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points out of N weight coefficients. This is a filter design method in which the computer gives N weight coefficients to the filter that calculates the average by multiplying the weight coefficients to be performed. An acquisition step of acquiring M (M ≧ 1) time-series data including values of vibration waveforms at N time points with respect to the data, and a computer determining means of the M time-series data acquired in the acquisition step. For each time-series data, the condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points for each time-series data by the corresponding weighting coefficient among the N weighting coefficients is 0 is satisfied. As such, a filter design method including a determination step for determining N weight coefficients and an output step in which a computer output means outputs N weight coefficients determined in the determination step is also provided.
更にまた、本発明は、振動波形の振動成分を除去するためのフィルタであって、任意のN個(N≧2)の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて平均を算出するフィルタに対して、N個の重み係数を与えるフィルタ設計装置として、コンピュータを機能させるプログラムであって、コンピュータを、振動波形から、各時系列データが各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、取得手段により取得されたM個の時系列データの各時系列データについて、各時系列データに対するN個の時点の振動波形の値の各値にN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する決定手段と、決定手段により決定されたN個の重み係数を出力する出力手段として機能させるためのプログラムも提供する。 Furthermore, the present invention is a filter for removing the vibration component of the vibration waveform, and is out of N weight coefficients for each value of the vibration waveform at an arbitrary N (N ≧ 2) time points. It is a program that makes a computer function as a filter design device that gives N weight coefficients to a filter that calculates the average by multiplying the corresponding weight coefficients. Acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including values of vibration waveforms at N time points with respect to time-series data, and time-series data of M time-series data acquired by the acquisition means. The condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform values at N time points for each time series data by the corresponding weight coefficient among the N weight coefficients is 0 is satisfied. Also provided are a determination means for determining N weight coefficients and a program for functioning as an output means for outputting N weight coefficients determined by the determination means.
本発明によれば、振動抑制フィルタとして周波数成分の大きい周波数近傍の帯域を遮断するノッチフィルタを適用した場合に比較して、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性が高まる。 According to the present invention, there is an increased possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed as compared with the case where a notch filter that cuts off a band near a frequency having a large frequency component is applied as a vibration suppression filter.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[本実施の形態の背景及び概要]
図1は、振動的な制御対象に対するステップ入力について示した図である。図示するように、振動的な制御対象にステップ入力u(t)が与えられると、振動的な出力y(t)が出力される。
[Background and outline of this embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a step input for a vibrationally controlled object. As shown in the figure, when the step input u (t) is given to the vibrationally controlled object, the vibrational output y (t) is output.
そこで、一般的な手法として、図2に示すように、入力(或いはフィードバック値等)に制御対象の固有振動周波数を完全に0とするノッチフィルタを挿入し、振動抑制を行う手法が考えられる。 Therefore, as a general method, as shown in FIG. 2, a method of inserting a notch filter that completely sets the natural vibration frequency of the controlled object to 0 at the input (or feedback value or the like) to suppress the vibration can be considered.
しかしながら、単純に固有振動周波数を無くすノッチフィルタを挿入するだけでは、図3に示すように、出力y(t)の振動を無くすことはできない。このように固有振動周波数が既知で、それを完全に除去するノッチフィルタを挿入しても振動は収まらない。制御対象の振動(振動波形)に対して適切なパラメータを設定して振動抑制フィルタを設計する必要があるが、上記のようなノッチフィルタでは試行錯誤でパラメータを調整する必要がある。 However, as shown in FIG. 3, the vibration of the output y (t) cannot be eliminated by simply inserting the notch filter that eliminates the natural vibration frequency. In this way, the natural vibration frequency is known, and even if a notch filter that completely removes it is inserted, the vibration does not stop. It is necessary to design a vibration suppression filter by setting appropriate parameters for the vibration (vibration waveform) to be controlled, but it is necessary to adjust the parameters by trial and error in the notch filter as described above.
また、別の一般的な手法として、振動周期の情報を活用するフィルタを用いることが考えられる。具体的には、図4に示すように、半周期前の値と現在の値との平均をとり、振動にカウンタを与える半周期平均フィルタを挿入する手法が考えられる。 Further, as another general method, it is conceivable to use a filter that utilizes the information of the vibration period. Specifically, as shown in FIG. 4, a method of inserting a half-cycle average filter that takes the average of the value before the half-cycle and the current value and gives a counter to the vibration can be considered.
しかしながら、半周期平均フィルタを挿入したのでは、図5に示すように、上記の未調整のノッチフィルタに比べて振動はいくらか抑制されているものの、出力y(t)の残留振動が残っている。これは振動周期の情報のみを活用しているためであり、振動を完全になくすには減衰等の影響も考慮する必要がある。また、半周期平均フィルタは、サンプル間隔が半周期に限定され、遅れ時間を短縮するなどの対応が不可能である、自由なサンプル間隔を選べない等、設計の条件が限定される。従って、フィルタ設計の自由度を確保しつつ、振動を完全に抑制することはできない。 However, when the half-period average filter is inserted, as shown in FIG. 5, the vibration is suppressed to some extent as compared with the above-mentioned unadjusted notch filter, but the residual vibration of the output y (t) remains. .. This is because only the information of the vibration cycle is used, and it is necessary to consider the influence of damping etc. in order to completely eliminate the vibration. In addition, the design conditions of the half-cycle average filter are limited, such as the sample interval is limited to half-cycle, it is impossible to take measures such as shortening the delay time, and a free sample interval cannot be selected. Therefore, it is not possible to completely suppress vibration while ensuring the degree of freedom in filter design.
そこで、本実施の形態は、第一に、振動周期や減衰の影響を含んでいる振動波形そのものから、完全に振動を抑制するためのフィルタに対する条件を導出する手法を提案する。第二に、サンプル間隔に対する制約を与えることなく、条件を導出可能な手法を提案する。第三に、振動抑制のための条件だけではなく、種々の性能に対する条件を一緒に与えることが可能な手法を提案する。 Therefore, the present embodiment first proposes a method of deriving the conditions for the filter for completely suppressing the vibration from the vibration waveform itself including the influence of the vibration cycle and the damping. Second, we propose a method that can derive conditions without imposing restrictions on sample spacing. Thirdly, we propose a method that can give not only the conditions for vibration suppression but also the conditions for various performances together.
[フィルタ設計装置の構成]
図6は、本実施の形態におけるフィルタ設計装置10の機能構成例を示したブロック図である。図示するように、フィルタ設計装置10は、振動波形取得部11と、時系列データ取得部12と、重み係数決定部13と、重み係数出力部14とを備える。
[Configuration of filter design device]
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration example of the
振動波形取得部11は、制御対象の振動波形を取得する。
The vibration
時系列データ取得部12は、振動波形取得部11が取得した振動波形から、N個(N≧2)のサンプル点における振動波形の値をそれぞれが含むM個(M≧1)の時系列データを取得する。ここで、N個のサンプル点は、M個の時系列データのそれぞれに対して設定されたものでよい。本実施の形態では、N個の時点の一例として、N個のサンプル点を用いており、M個の時系列データを取得する取得手段の一例として、時系列データ取得部12を設けている。
The time-series
重み係数決定部13は、時系列データ取得部12が取得したM個の時系列データのそれぞれについて、N個のサンプル点における振動波形の値のそれぞれにN個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、N個の重み係数を決定する。本実施の形態では、N個の重み係数を決定する決定手段の一例として、重み係数決定部13を設けている。
For each of the M time-series data acquired by the time-series
重み係数出力部14は、重み係数決定部13が決定したN個の重み係数を外部に出力する。本実施の形態では、N個の重み係数を出力する出力手段の一例として、重み係数出力部14を設けている。
The weighting
尚、ここでは、フィルタ設計装置10を、重み係数を出力する処理までを行う装置とした。これは、例えば、後述するロボットコントローラに既に組み込まれたフィルタにユーザがこの出力された重み係数を設定することを想定したものである。この場合、フィルタ設計装置10は、ユーザによるフィルタの設計を支援するフィルタ設計支援装置と捉えることができる。或いは、フィルタ設計装置10を、重み係数を出力する処理までではなく、その重み係数が設定されたフィルタを生成する処理までを行う装置としてもよい。これは、例えば、後述するロボットコントローラにこの生成されたフィルタを組み込むことを想定したものである。この場合、フィルタ設計装置10は、フィルタを生成するフィルタ生成装置と捉えることができる。
Here, the
[実施形態1]
実施形態1では、振動波形取得部11が取得した制御対象の振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、図7に示すように、N=6、M=2とし、例えば一定のサンプル周期で6点、2組の時系列データを採取する。ここでは、時系列データ1{y(t1+δ1),y(t1+δ2),…,y(t1+δ6)}と、時系列データ2{y(t2+δ1),y(t2+δ2),…,y(t2+δ6)}とを採取するものとする。
[Embodiment 1]
In the first embodiment, the time-series
尚、一定のサンプル周期で時系列データを採取することは、M個の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点の間隔と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点の間隔とが等しくなるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 In addition, collecting time-series data at a fixed sample cycle means that the interval between N time points for the first time-series data of M time-series data and the second time-series of M time-series data. This is an example of acquiring M time series data so that the intervals at N time points with respect to the data are equal to each other.
重み係数決定部13は、この時系列データとフィルタの重み係数{a1,a2,…,a6}との積の和を0とする下記の2つの条件を満たすように、重み係数{a1,a2,…,a6}を決定する。
The weighting
このとき、重み係数{a1,a2,…,a6}が満たすべき条件は、各時系列データを要素に持つ下記行列Aのヌルスペースに、重み係数を要素に持つベクトルa=[a1,a2,…,a6]T∈R6が入っていることと等価である。 At this time, the condition that the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } should be satisfied is that the null space of the following matrix A having each time series data as an element and the vector a = [a] having the weighting coefficient as an element. 1 , a 2 , ..., a 6 ] Equivalent to the inclusion of T ∈ R 6 .
いま、行列AのヌルスペースがN-rank(A)、つまり4つのベクトル{e1,e2,e3,e4}(ej∈R6,j=1,2,3,4)で基底が張られているとすると、ベクトルaはejの下記線形和で与えられる。 Now, the null space of the matrix A is N-rank (A), that is, four vectors {e 1 , e 2 , e 3 , e 4 } (e j ∈ R 6 , j = 1, 2, 3, 4). Assuming that the basis is stretched, the vector a is given by the following linear sum of ej .
尚、上記4つの基底ベクトルは行列Aが与えられれば容易に算出することができる。 The above four basis vectors can be easily calculated given the matrix A.
重み係数出力部14は、重み係数決定部13により算出された重み係数を出力する。この出力された重み係数を用いた移動平均フィルタ(本明細書において「移動平均フィルタ」とは重み付き移動平均フィルタのことである)を図8のように抑制したい振動波形に適用した結果を図9に示す。
The weighting
図9は、ci=1(i=j),ci=0(i≠j)とし、a=ej(j=1,2,3,4)としたときの4つの結果を示している。4つの結果の何れにおいても、0から1[2π/ω sec]までの過渡応答では出力x(t)が揺らいでいるが、過渡応答後の出力x(t)は完全に0となっている。これにより、振動波形y(t)の振動成分が移動平均フィルタによって完全に抑制されていることが分かる。 FIG. 9 shows four results when c i = 1 (i = j), c i = 0 (i ≠ j), and a = ej ( j = 1, 2, 3, 4). There is. In all four results, the output x (t) fluctuates in the transient response from 0 to 1 [2π / ω sec], but the output x (t) after the transient response is completely 0. .. From this, it can be seen that the vibration component of the vibration waveform y (t) is completely suppressed by the moving average filter.
尚、図9では、a=ej(j=1,2,3,4)としたときの4つの結果を示したが、任意の係数ciに対して(3)式で与えられるaを用いた場合も同様である。即ち、ベクトルaにて決定される{a1,a2,…,a6}を重み係数とする移動平均フィルタも同様に、振動抑制したい振動波形y(t)の振動成分を完全に除去することができる。 In FIG. 9, four results are shown when a = ej ( j = 1, 2, 3, 4), but a given by Eq. (3) is given to an arbitrary coefficient c i . The same applies when used. That is, the moving average filter having {a 1 , a 2 , ..., A 6 } determined by the vector a as the weighting factor also completely removes the vibration component of the vibration waveform y (t) to be suppressed. be able to.
図10は、実施形態1におけるフィルタ設計装置10の動作例を示したフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing an operation example of the
フィルタ設計装置10では、まず、振動波形取得部11が、制御対象の振動波形y(t)を取得する(ステップ101)。
In the
次に、時系列データ取得部12が、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)から、N点、M組の時系列データを取得する(ステップ102)。
Next, the time-series
次いで、重み係数決定部13が、時系列データ取得部12が取得したM組の時系列データのN点と重み係数との積の和が0であるというM個の条件を満たすように、重み係数を決定する(ステップ103)。
Next, the weighting
その後、重み係数出力部14が、重み係数決定部13が決定した重み係数を出力する(ステップ104)。
After that, the weighting
[実施形態1’]
実施形態1では、制御対象の振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、N=6、M=2とし、6点、2組の時系列データを採取したが、M>2とし、2組より多い時系列データを採取してもよい。実施の形態1’では、時系列データ取得部12が、N=6、M=7とし、6点、7組の時系列データを採取するものとする。
[Embodiment 1']
In the first embodiment, the time-series
この場合、重み係数決定部13は、下記の7つの条件を満たすように重み係数{a1,a2,…,a6}を決定する。
In this case, the weighting
このとき、重み係数{a1,a2,…,a6}が満たすべき条件は、各時系列データを要素に持つ下記行列Aのヌルスペースに、重み係数を要素に持つベクトルa=[a1,a2,…,a6]T∈R6が入っていることと等価である。 At this time, the condition that the weighting coefficient {a 1 , a 2 , ..., A 6 } should be satisfied is that the null space of the following matrix A having each time series data as an element and the vector a = [a] having the weighting coefficient as an element. 1 , a 2 , ..., a 6 ] Equivalent to the inclusion of T ∈ R 6 .
しかし、振動波形が2次の減衰振動である場合、M>2としても、rank(A)は2のままであり、N-rank(A)=4となる。以降は実施形態1と全く同じで、行列Aのヌルスペースが4つのベクトル{e1,e2,e3,e4}(ej∈R6,j=1,2,3,4)で基底が張られているとすると、ベクトルaはejの下記線形和で与えられる。 However, when the vibration waveform is a second-order damped vibration, the rank (A) remains 2 even if M> 2, and N-rank (A) = 4. After that, it is exactly the same as the first embodiment, and the null space of the matrix A is four vectors {e 1 , e 2 , e 3 , e 4 } (e j ∈ R 6 , j = 1, 2, 3, 4). Assuming that the basis is stretched, the vector a is given by the following linear sum of ej .
実施形態1’で重み係数決定部13により算出された重み係数を用いた移動平均フィルタを図8のように抑制したい振動波形に適用した結果も、図9と同様のものとなる。
The result of applying the moving average filter using the weighting coefficient calculated by the weighting
尚、実施形態1’の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データの数を限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 Note that the operation example of the first embodiment only limits the number of time-series data acquired in step 102 in FIG. 10, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.
[実施形態2]
図2及び図4のように制御対象の入力前にフィルタを挿入した図11の場合について考える。この場合、実施形態1の移動平均フィルタを挿入したときのステップ応答y(t)は、図12に示すように1からずれてしまう。一般に、ヌルスペースの基底ベクトルejは、∥ej∥=1を満たすようになっている(∥X∥はXのユークリッドノルムを示す)。ステップ応答y(t)を1にするには、フィルタのゲインを1に、即ち、移動平均フィルタの重み係数が下記条件を満たすようにする必要がある。
[Embodiment 2]
Consider the case of FIG. 11 in which the filter is inserted before the input of the controlled object as shown in FIGS. 2 and 4. In this case, the step response y (t) when the moving average filter of the first embodiment is inserted deviates from 1 as shown in FIG. In general, the basis vector ej of the null space is set to satisfy ∥ej ∥ = 1 ( ∥X∥ indicates the Euclidean norm of X). In order to set the step response y (t) to 1, it is necessary to set the gain of the filter to 1, that is, the weighting coefficient of the moving average filter satisfies the following conditions.
実施形態1の基底ベクトルejを用いる場合、重み係数決定部13は、下記式を計算することで、(4)式を満たすaを決定する。
When the basis vector ej of the first embodiment is used, the weighting
これにより、図13のように振動を完全に抑制しつつ、ステップ応答出力y(t)を1とするフィルタが得られる。 As a result, a filter having a step response output y (t) of 1 can be obtained while completely suppressing vibration as shown in FIG.
尚、実施形態2の動作例は、図10において、ステップ103で用いる条件に重み係数の和が1であるという条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the second embodiment, in FIG. 10, only the condition that the sum of the weighting coefficients is 1 is added to the condition used in step 103, and the processing flow is the same, so the description thereof will be omitted.
[実施形態3]
実施形態1ではN、Mとして多めの値を与えたが、時系列データ取得部12は、N=3(条件によってはN=2)、M=2(条件によってはM=1)とし、3点(条件によっては2点)、2組(条件によっては1組)の時系列データを採取すれば十分である。また、実施形態1では、時系列データごとに別々のサンプル点を使用したが、例えば時系列データ間で重複したサンプル点を使用してもよい。
[Embodiment 3]
In the first embodiment, a large value is given as N and M, but the time series
そこで、実施形態3では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、例えば一定のサンプル周期δで4点の時系列データ{y(t),y(t+δ),y(t+2δ),y(t+3δ)}を採取する。その際、図14に示すように、最初の3点{y(t),y(t+δ),y(t+2δ)}を時系列データ1とし、1つずれてy(t+δ)から始まる3点{y(t+δ),y(t+2δ),y(t+3δ)}を時系列データ2とする。
Therefore, in the third embodiment, for the vibration waveform y (t) acquired by the vibration
尚、時系列データ間で重複したサンプル点を使用することは、M個の時系列データの第1の時系列データに対するN個の時点と、M個の時系列データの第2の時系列データに対するN個の時点とが少なくとも部分的に重複するように、M個の時系列データを取得することの一例である。 It should be noted that the use of overlapping sample points between the time-series data means that the N time-series data for the first time-series data of the M time-series data and the second time-series data of the M time-series data. This is an example of acquiring M time series data so that the N time points with respect to the data overlap at least partially.
重み係数決定部13は、各時系列データとフィルタの重み係数{a1,a2,a3}との積の和を0とする下記の2つの条件を満たすように、重み係数{a1,a2,a3}を決定する。
The weighting
また、実施形態1、2では、重み係数決定部13が、行列Aのヌルスペースを導出して重み係数を決定したが、重み係数決定部13は、重み係数{a1,a2,a3}が非ゼロとなる条件を陽に与えてこれを算出してもよい。
Further, in the first and second embodiments, the weighting
例えば、非ゼロとなる条件を、適当な重み係数ajの値を直接指定することにより与えてもよい。このような値を例えば1とし、a1=1なる条件を与えた場合、下記連立方程式を解けばよい。 For example, a non-zero condition may be given by directly specifying a value of an appropriate weighting coefficient aj . When such a value is set to 1, for example, and a condition of a 1 = 1 is given, the following simultaneous equations may be solved.
尚、これは、N個の重み係数のうちの指定された重み係数が指定された値となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 It should be noted that this is an example of determining N weighting coefficients so that the designated weighting coefficients among the N weighting coefficients become the designated values.
或いは、非ゼロとなる条件として(4)式を与えた場合、下記連立方程式を解けばよい。 Alternatively, when equation (4) is given as a non-zero condition, the following simultaneous equations may be solved.
尚、これは、N個の重み係数の和が指定された値となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 This is an example of determining the N weighting coefficients so that the sum of the N weighting coefficients becomes a specified value.
ここで、(7)式から求められる重み係数{a1,a2,a3}は、(4)式を満足している。従って、この重み係数{a1,a2,a3}を用いることにより、振動を抑制しつつステップ応答が1となる移動平均フィルタが直接導出される。(7)式を満たす移動平均フィルタを挿入した際のステップ応答を図15に示す。図15から、振動を抑制しつつ、ゲインが1で、N=3と少ないため、過渡時間が0.4[2π/ω sec]と短くなっていることが分かる。 Here, the weighting coefficients {a 1 , a 2 , a 3 } obtained from the equation (7) satisfy the equation (4). Therefore, by using this weighting coefficient {a 1 , a 2 , a 3 }, a moving average filter having a step response of 1 while suppressing vibration is directly derived. FIG. 15 shows the step response when the moving average filter satisfying the equation (7) is inserted. From FIG. 15, it can be seen that the transient time is as short as 0.4 [2π / ω sec] because the gain is 1 and N = 3 while suppressing the vibration.
尚、実施形態3の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをサンプル点が重複するものに限定し、ステップ103で用いる条件に(7)式又は(8)式の条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the third embodiment, in FIG. 10, the time series data acquired in step 102 is limited to those having overlapping sample points, and the conditions used in step 103 include the conditions of the formula (7) or the formula (8). Is just added, and the processing flow is the same, so the explanation is omitted.
[実施形態3’]
実施形態3では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、重複する時系列データを採取したが、実施形態3’では、図16に示すように、重複しない時系列データを採取する。図16では、N=3、M=2としている。
[Embodiment 3']
In the third embodiment, the time-series
この場合も、ゲインを1とすれば、図17に示すように、図15と同様のステップ応答となる。 Also in this case, if the gain is 1, as shown in FIG. 17, the step response is the same as that in FIG.
尚、実施形態3’の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをサンプル点が重複しないものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the third embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 so that the sample points do not overlap, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.
[実施形態4]
実施形態4では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、図18に示すように、振動周期のエイリアシング周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングを行う。図18では、N=3、M=2としている。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the time-series
尚、振動周期のエイリアシング周波数よりも低いサンプリング周波数でサンプリングを行うことは、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期よりも長くなるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 When sampling at a sampling frequency lower than the aliasing frequency of the vibration cycle, the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of the M time series data is the vibration waveform. This is an example of acquiring M time-series data so as to be longer than the period of.
この場合も、図11のように制御対象の前にフィルタを設置することで、図19に示すように振動成分を除去することができる。図19では、ゲインを1としている。 Also in this case, by installing the filter in front of the controlled object as shown in FIG. 11, the vibration component can be removed as shown in FIG. In FIG. 19, the gain is 1.
尚、実施形態4の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプリング周波数がエイリアシング周波数よりも低いものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the fourth embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 whose sampling frequency is lower than the aliasing frequency, and the processing is the same. Therefore, the description thereof will be omitted. ..
[実施形態5]
実施形態5は、複数の振動モードの振動を1つのフィルタで抑制するものである。L個の振動波形を同時に抑制する場合には、N≧1+2×L、M≧2×Lとし、これらを満たす点及び組の時系列データが必要となる。
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, the vibration of a plurality of vibration modes is suppressed by one filter. When suppressing L vibration waveforms at the same time, N ≧ 1 + 2 × L and M ≧ 2 × L, and a point and a set of time-series data satisfying these are required.
振動波形取得部11は、複数の振動波形を取得する。ここでは、L=2とし、2つの振動波形を取得する。
The vibration
時系列データ取得部12は、振動波形取得部11が取得した2つの振動波形に対して、図20に示すように、N=5、M=4とし、例えば一定のサンプル周期で5点、4組の時系列データを採取する。ここでは、一方の振動波形y1(t)に対して、時系列データ1{y1(t1+δ1),y1(t1+δ2),…,y1(t1+δ5)}と、時系列データ2{y1(t2+δ1),y1(t2+δ2),…,y1(t2+δ5)}とを採取する。また、他方の振動波形y2(t)に対して、時系列データ3{y2(t1+δ1),y2(t1+δ2),…,y2(t1+δ5)}と、時系列データ4{y2(t2+δ1),y2(t2+δ2),…,y2(t2+δ5)}とを採取する。
As shown in FIG. 20, the time-series
重み係数決定部13がこれらの時系列データから決定した重み係数を用いた1つの移動平均フィルタで2つの振動モードの振動を抑制した場合の結果を図21及び図22に示す。
21 and 22 show the results when the weighting
これまで、振動が線形な2次の減衰振動について扱ってきたが、多くの非線形振動は振動周波数や減衰係数が状況に応じて非線形に変化する。そのような非線形振動に対しても、これを線形な2次の減衰振動の集合として扱い、実施形態5のように複数の振動モードの振動を抑制するフィルタを設計することで、対応可能である。 So far, we have dealt with the second-order damped vibration in which the vibration is linear, but in many non-linear vibrations, the vibration frequency and damping coefficient change non-linearly depending on the situation. Such non-linear vibration can be dealt with by treating this as a set of linear second-order damped vibrations and designing a filter that suppresses vibrations in a plurality of vibration modes as in the fifth embodiment. ..
図23は、実施形態5におけるフィルタ設計装置10の動作例を示したフローチャートである。
FIG. 23 is a flowchart showing an operation example of the
フィルタ設計装置10では、まず、振動波形取得部11が、制御対象の振動波形yi(t)(i=1,2,…,L)を取得する(ステップ151)。
In the
次に、時系列データ取得部12が、振動波形取得部11が取得した振動波形yi(t)(i=1,2,…,L)から、N点(N≧1+2×L)、Mi組(Mi≧2)の時系列データを取得する(ステップ152)。
Next, the time-series
次いで、重み係数決定部13が、時系列データ取得部12が取得したM1+M2+…+ML組の時系列データのN点と重み係数との積の和が0であるというM1+M2+…+ML個の条件を満たすように、重み係数を決定する(ステップ153)。
Next, the weighting
その後、重み係数出力部14が、重み係数決定部13が決定した重み係数を出力する(ステップ154)。
After that, the weighting
[実施形態6]
実施形態6では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、異なるサンプル間隔でサンプリングを行う。具体的には、時系列データ取得部12は、図24に示すように、N=3、M=2とし、例えば異なるサンプル間隔で3点、2組の時系列データを採取する。ここでは、時系列データ1{y(t1+δ1),y(t1+δ2),y(t1+δ3)}と、時系列データ2{y(t2+δ1),y(t2+δ2),y(t2+δ3)}とを採取する。ここで異なるサンプル間隔とは、δ2-δ1≠δ3-δ2であることを意味する。
[Embodiment 6]
In the sixth embodiment, the time-series
重み係数決定部13がこれらの時系列データから決定した重み係数を用いた移動平均フィルタで振動を抑制した場合の結果を図25に示す。図25では、ゲインを1としている。
FIG. 25 shows the result when the weighting
尚、実施形態6の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプル間隔が異なるものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the sixth embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 having different sample intervals, and the processing is the same, so the description thereof will be omitted.
[実施形態7]
通常、1つの振動波形を抑制する移動平均フィルタの重み係数を決定するためには、N≧3、M≧2となり、3点以上のサンプル点を持つ2組以上の時系列データが必要であった。ここで、サンプル間隔を振動周期の半周期とする(サンプル間隔に制約条件を与える)と、N≧2、M≧1となり、2点以上のサンプル点を持つ1組以上の時系列データのみを用いて移動平均フィルタを設計することができる。
[Embodiment 7]
Normally, in order to determine the weighting coefficient of the moving average filter that suppresses one vibration waveform, N ≧ 3 and M ≧ 2, and two or more sets of time series data having three or more sample points are required. rice field. Here, if the sample interval is set to a half cycle of the vibration cycle (constraints are given to the sample interval), N ≧ 2 and M ≧ 1, and only one set or more of time series data having two or more sample points is obtained. It can be used to design a moving average filter.
いま、下記伝達関数で与えられる2次の減衰振動系を考える。 Now, consider a second-order damped vibration system given by the following transfer function.
この2次の減衰振動系の振動周期Tは、下記式で与えられる。 The vibration period T of this second-order damped vibration system is given by the following equation.
そこで、実施形態7では、振動波形取得部11が取得した振動波形y(t)に対して、時系列データ取得部12が、サンプル間隔TnをT/2とし、図26に示すように、時系列データ1{y(t1),y(t1+Tn)}を採取する。図26では、N=2、M=1としている。
Therefore, in the seventh embodiment, the time-series
尚、サンプル間隔を振動周期の半周期とすることは、M個の時系列データの何れかの時系列データに対するN個の時点のうちの隣接する2つの時点の間隔が振動波形の周期の1/2となるように、M個の時系列データを取得することの一例である。 In addition, when the sample interval is set to a half cycle of the vibration cycle, the interval between two adjacent time points out of N time points with respect to any time series data of the M time series data is 1 of the period of the vibration waveform. This is an example of acquiring M time-series data so as to be / 2.
重み係数決定部13は、時系列データ1{y(t1),y(t1+Tn)}と重み係数{a1,a2}との積の和を0とする条件と、(4)式とを満たすように、下記連立方程式から重み係数{a1,a2}を決定する。
The weighting
このように決定された重み係数を用いた下記移動平均フィルタは、図27に示すように振動抑制効果を持つ。 The following moving average filter using the weighting coefficient determined in this way has a vibration suppressing effect as shown in FIG. 27.
尚、実施形態7の動作例は、図10において、ステップ102で取得する時系列データをそのサンプリングが振動周期の半周期であるものに限定するだけであり、処理としては同じなので、説明を省略する。 In addition, in FIG. 10, the operation example of the seventh embodiment is limited to the time-series data acquired in step 102 whose sampling is a half cycle of the vibration cycle, and the processing is the same, so the description thereof is omitted. do.
[実施形態8]
以上では、振動抑制に加え、ゲインが1という条件を用いる場合について示したが、この限りではない。実施形態8では、更に他の条件も追加する。但し、この場合、Nの最小値を大きくする必要はある。
[Embodiment 8]
In the above, the case where the condition that the gain is 1 is used in addition to the vibration suppression has been shown, but this is not the case. In the eighth embodiment, other conditions are added. However, in this case, it is necessary to increase the minimum value of N.
例えば、移動平均フィルタに群遅延特定(全ての周波数で遅延時間が一定である特性)を与える場合、重み係数決定部13は、重み係数{a1,a2,…,aN}を、これらが左右対称であることを示す下記条件を追加して導出すればよい。
For example, when group delay identification (characteristic that the delay time is constant at all frequencies) is given to the moving average filter, the weighting
尚、これは、N個の重み係数をa1,a2,…,aNとした場合に、a1=aN,a2=aN-1,a3=aN-2,…となるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 In this case, when N weighting coefficients are a 1 , a 2 , ..., a N , a 1 = a N , a 2 = a N-1 , a 3 = a N-2 , ... This is an example of determining N weighting coefficients so as to be.
或いは、フィルタ出力x(t)の変動をなるべく小さく抑えたい場合、重み係数決定部13は、下記条件を追加してもよい。
Alternatively, when it is desired to suppress the fluctuation of the filter output x (t) as small as possible, the weighting
尚、これは、N個の重み係数の絶対値の和が最小になるように、N個の重み係数を決定することの一例である。 This is an example of determining the N weight coefficients so that the sum of the absolute values of the N weight coefficients is minimized.
また、これは、時系列データと重み係数の積の和が0であるという制約と、何れかの重み係数が非ゼロであるという制約とが付いた制約条件付き最適化を行うものである。 Further, this is a constrained conditional optimization with a constraint that the sum of the products of the time series data and the weighting coefficient is 0 and a constraint that any of the weighting coefficients is non-zero.
重み係数決定部13は、この制約条件付き最適化によって、重み係数{a1,a2,…,aN}を決定してもよい。
The weighting
尚、実施形態8の動作例は、図10において、ステップ103で用いる条件に(13)式又は(14)式の条件を追加するだけであり、処理の流れとしては同じなので、説明を省略する。 In the operation example of the eighth embodiment, in FIG. 10, only the condition of the formula (13) or the condition of the formula (14) is added to the condition used in the step 103, and the processing flow is the same, so the description thereof will be omitted. ..
[実施形態9]
実施形態9は、これまで述べた振動抑制の具体的な適用対象に関する実施形態である。図28は、具体的な適用対象の一例であるロボットシステム20の構成例を示した図である。このロボットシステム20では、ロボット21が補助軸の一例であるスライダ22の上に載っており、ワーク23がポジショナ24により位置決めされている。尚、図中、ロボット21には、回転軸として、軸S1乃至S6が示されている。また、ロボットシステム20の構成要素の1つとして、ロボット21を制御するロボットコントローラ30も示されている。
[Embodiment 9]
The ninth embodiment is an embodiment relating to a specific application target of the vibration suppression described so far. FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of a
ところで、このようなロボットシステム20では、ロボット21の弾性変形に加え、スライダ22、ポジショナ24等の弾性変形によってロボット21の先端やワーク23の振動が発生する。特にスライダ22、ポジショナ24等の弾性変形による振動は振動周期が短く、ロボット21の動作時における振動抑制ニーズが高い。一方で、スライダ22やポジショナ24は一品受注の非汎用品であることが多い。従って、スライダ22やポジショナ24による実際の振動モードの詳細はシステムが完成するまで不明である。このような非汎用品等では特に、システムの完成後、実際の振動モードを速やかに抑制する制御系を構成したいというニーズが高い。
By the way, in such a
そこで、実施形態9では、ロボットシステム20のような非汎用品が完成した後、試運転時等に、図28に示すように、加速度ピックアップ25をロボット21の先端やワーク23等に設置する。これにより、フィルタ設計装置10が、振動波形を取得し、振動を抑制するフィルタを速やかに設計することが可能となる。
Therefore, in the ninth embodiment, after the non-general-purpose product such as the
また、このように設計されたフィルタは、ロボットコントローラ30内の何れかのフィルタ挿入位置に挿入するとよい。図29は、ロボットコントローラ30内のフィルタ挿入位置について示した図である。図示するように、ロボットコントローラ30は、指令部31と、制御部32とを備えており、これらとの関係で、フィルタ挿入位置33乃至35が規定されている。ここで、ロボットコントローラ30は、制御対象の振動を抑制する振動抑制装置の一例であり、制御部32は、制御対象を制御する制御手段の一例であり、フィルタ挿入位置33乃至35にある回路は、信号を処理する処理手段の一例である。また、図では、制御対象の位置に、制御対象に対するアクチュエータの一例であるモータ26も示している。
Further, the filter designed in this way may be inserted at any of the filter insertion positions in the
このようなロボットコントローラ30において、フィルタの具体的な挿入形態としては、次のようなものが考えられる。即ち、第一に、制御対象への指令値に対する前置フィルタとして、指令値が指令部31から出力されて制御部32へ入力される前のフィルタ挿入位置33に挿入する、というものである。第二に、制御対象からのフィードバック値に対するノッチフィルタとして、フィードバック値が制御部32へ入力される前のフィルタ挿入位置34に挿入する、というものである。第三に、制御対象を制御する制御部32の出力に対するノッチフィルタとして、制御部32から指令値が出力された後のフィルタ挿入位置35に挿入する、というものである。これにより、実機の振動を完全に抑制可能な制御系を簡単かつ速やかに構成することができる。
In such a
尚、振動波形の採取は、上記試運転時等のフィルタ設計時に必要なだけで、通常の運転時には加速度ピックアップ25等による振動計測は不要である。従って、余分なセンサコスト増を生じさせることなく、振動を抑制する制御系を簡単かつ速やかに構成することが可能となる。
It should be noted that the collection of the vibration waveform is only necessary at the time of filter design such as the above-mentioned test run, and the vibration measurement by the
[フィルタ設計装置及びロボットコントローラのハードウェア構成]
図6のフィルタ設計装置10及び図29のロボットコントローラ30は、例えば、汎用のコンピュータにより実現してよい。そこで、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30がコンピュータ90により実現されるものとして、このコンピュータ90のハードウェア構成について説明する。
[Hardware configuration of filter design device and robot controller]
The
図30は、コンピュータ90のハードウェア構成例を示した図である。図示するように、コンピュータ90は、例えば汎用のPC(Personal Computer)等により実現され、演算手段であるCPU91と、記憶手段であるメインメモリ92及び磁気ディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)93とを備える。ここで、CPU91は、OS(Operating System)やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30の各機能を実現する。また、メインメモリ92は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、HDD93は、記憶媒体の一例であって、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。
FIG. 30 is a diagram showing a hardware configuration example of the
また、コンピュータ90は、外部との通信を行うための通信I/F94と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構95と、キーボードやマウス等の入力デバイス96と、記憶媒体に対してデータの読み書きを行うためのドライバ97とを備える。尚、図30は、フィルタ設計装置10及びロボットコントローラ30を実現するコンピュータのハードウェア構成を例示するに過ぎず、コンピュータ90は図示の構成に限定されない。
Further, the
[本実施の形態の効果]
以上述べたように、本実施の形態では、サンプル間隔が任意に与えられるN個のサンプル点に重み係数を乗じて平均を出力する移動平均フィルタにおいて、移動平均フィルタで除去したい振動波形のN点の時系列データをM個用意し、M個の時系列データの各サンプル点に重み係数を乗じて加算したものが0に等しいというM個の条件を与え、M個の条件を満たし、かつ、重み係数の少なくとも1つが非ゼロとなるように重み係数を与えるようにした。これにより、振動波形の振動成分を完全に除去できる可能性が高まった。
[Effect of this embodiment]
As described above, in the present embodiment, in the moving average filter that outputs the average by multiplying the N sample points where the sample interval is arbitrarily given by the weighting coefficient, the N points of the vibration waveform to be removed by the moving average filter. Prepare M time-series data of, give M conditions that the sum of each sample point of M time-series data multiplied by a weighting coefficient is equal to 0, satisfy the M conditions, and The weighting coefficient is given so that at least one of the weighting coefficients is non-zero. This has increased the possibility that the vibration component of the vibration waveform can be completely removed.
10…フィルタ設計装置、11…振動波形取得部、12…時系列データ取得部、13…重み係数決定部、14…重み係数出力部、20…ロボットシステム、21…ロボット、22…スライダ、23…ワーク、24…ポジショナ、25…加速度ピックアップ、26…モータ、30…ロボットコントローラ、31…指令部、32…制御部、33,34,35…フィルタ挿入位置 10 ... Filter design device, 11 ... Vibration waveform acquisition unit, 12 ... Time series data acquisition unit, 13 ... Weight coefficient determination unit, 14 ... Weight coefficient output unit, 20 ... Robot system, 21 ... Robot, 22 ... Slider, 23 ... Work, 24 ... Positioner, 25 ... Accelerometer pickup, 26 ... Motor, 30 ... Robot controller, 31 ... Command unit, 32 ... Control unit, 33, 34, 35 ... Filter insertion position
Claims (17)
採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記N個の重み係数を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とするフィルタ設計装置。 It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. It is a filter design device that gives the N weight coefficients to the filter that calculates
An acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points for each time-series data from the collected vibration waveforms .
The said is given by the linear sum of the basis vectors of the null space of the matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired by the acquisition means. Determining means for determining N weight coefficients,
A filter design device including an output means for outputting the N weighting coefficients determined by the determination means.
前記決定手段は、前記取得手段により取得されたM1+M2+…+ML個の時系列データの各時系列データについて、当該各時系列データに対するN個の時点の当該各時系列データに対応する前記振動波形yi(t)の値の各値に前記N個の重み係数のうちの対応する重み係数を乗じて加算した値が0であるという条件が満たされるように、当該N個の重み係数を決定することを特徴とする請求項1に記載のフィルタ設計装置。 The acquisition means has N pieces of each time-series data for each time-series data from L (L ≧ 2) vibration waveforms y i (t) (i = 1, 2, ..., L) having different vibration cycles. Acquire Mi (Mi ≧ 2) time series data including the value of the vibration waveform y i (t) at the time of (N ≧ 2 × L + 1).
The determination means corresponds to each time-series data at N time points with respect to each time-series data for each time-series data of M 1 + M 2 + ... + ML acquired by the acquisition means. The condition that the value obtained by multiplying each value of the vibration waveform y i (t) by the corresponding weighting coefficient among the N weighting coefficients is 0 is satisfied. The filter design apparatus according to claim 1, wherein the weighting coefficient is determined.
前記制御対象を制御する制御手段と、
請求項1乃至請求項11の何れかに記載のフィルタ設計装置により前記N個の重み係数が与えられた前記フィルタを用いて、前記制御手段に入力される信号又は前記制御手段から出力された信号を処理する処理手段と
を備えたことを特徴とする振動抑制装置。 A vibration suppression device that suppresses vibration of a controlled object that accompanies damping.
A control means for controlling the control target and
A signal input to the control means or a signal output from the control means by using the filter to which the N weight coefficients are given by the filter design device according to any one of claims 1 to 11. A vibration suppression device characterized by being provided with a processing means for processing.
前記コンピュータの取得手段が、採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得ステップと、
前記コンピュータの決定手段が、前記取得ステップで取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定ステップと、
前記コンピュータの出力手段が、前記決定ステップで決定された前記N個の重み係数を出力する出力ステップと
を含むことを特徴とするフィルタ設計方法。 It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. This is a filter design method in which the computer gives the N weight coefficients to the filter that calculates.
The acquisition means of the computer acquires M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points with respect to the time-series data for each time-series data from the collected vibration waveforms. To get the steps and
The determination means of the computer is a null space basis vector of a matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired in the acquisition step. A determination step for determining the N weight coefficients given by the linear sum of
A filter design method, wherein the output means of the computer includes an output step for outputting the N weighting coefficients determined in the determination step.
前記コンピュータを、
採取された振動波形から、各時系列データが当該各時系列データに対するN個の時点の当該振動波形の値を含むM個(M≧1)の時系列データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記M個の時系列データの各時系列データに対する前記N個の時点の前記振動波形の値を要素に持つ行列のヌルスペースの基底ベクトルの線形和で与えられる前記N個の重み係数を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された前記N個の重み係数を出力する出力手段と
して機能させるためのプログラム。 It is a filter for removing the vibration component of the input vibration waveform accompanied by attenuation, and is averaged by multiplying the value of the input vibration waveform at the time point of N (N ≧ 2) at an arbitrary interval by N weight coefficients. A program that causes a computer to function as a filter design device that gives the N weight coefficients to the filter that calculates.
The computer
An acquisition means for acquiring M (M ≧ 1) time-series data including the values of the vibration waveforms at N time points for each time-series data from the collected vibration waveforms .
The said is given by the linear sum of the basis vectors of the null space of the matrix having the values of the vibration waveforms at the N time points as elements for each time series data of the M time series data acquired by the acquisition means. Determining means for determining N weight coefficients,
A program for functioning as an output means for outputting the N weight coefficients determined by the determination means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018230912A JP7096760B2 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018230912A JP7096760B2 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020095332A JP2020095332A (en) | 2020-06-18 |
JP7096760B2 true JP7096760B2 (en) | 2022-07-06 |
Family
ID=71086199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018230912A Active JP7096760B2 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7096760B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113514148B (en) * | 2021-07-09 | 2023-06-27 | 西安因联信息科技有限公司 | Equipment vibration early warning method and system based on low-delay data smoothing |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000101395A (en) | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Shinko Electric Co Ltd | Digital filter |
JP2005039954A (en) | 2003-07-17 | 2005-02-10 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller |
WO2017022170A1 (en) | 2015-08-05 | 2017-02-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Motor control device |
JP2017182178A (en) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | シンフォニアテクノロジー株式会社 | Resonance suppression control device and control system using the same |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH077375A (en) * | 1993-06-18 | 1995-01-10 | Advantest Corp | Attenuation compensating system for transmission line |
-
2018
- 2018-12-10 JP JP2018230912A patent/JP7096760B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000101395A (en) | 1998-09-22 | 2000-04-07 | Shinko Electric Co Ltd | Digital filter |
JP2005039954A (en) | 2003-07-17 | 2005-02-10 | Mitsubishi Electric Corp | Motor controller |
WO2017022170A1 (en) | 2015-08-05 | 2017-02-09 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Motor control device |
JP2017182178A (en) | 2016-03-28 | 2017-10-05 | シンフォニアテクノロジー株式会社 | Resonance suppression control device and control system using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020095332A (en) | 2020-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5490335B1 (en) | Frequency response measuring device | |
US9202496B2 (en) | Compensating for voice coil motor and microactuator disturbance in a hard drive | |
Moore et al. | ARMAX modal parameter identification in the presence of unmeasured excitation—I: theoretical background | |
JP7096760B2 (en) | Filter design device, vibration suppression device, filter design method and program | |
Lee et al. | Multirate optimal state estimation with sensor fusion | |
Omar et al. | An optimized rational fraction polynomial approach for modal parameters estimation from FRF measurements | |
Thomsen et al. | Smooth online time-varying input shaping with fractional delay FIR filtering | |
JP4571322B2 (en) | Analysis method of non-linear restoring force characteristics with mechanical structure history | |
JP6786024B1 (en) | Seismic isolation control device and seismic isolation control method | |
JP4753439B2 (en) | Vibration test equipment for multiple loop control | |
JP6408564B2 (en) | Active vibration damping device and design method | |
JP5407435B2 (en) | Motor control device | |
JPWO2017022170A1 (en) | Motor control device | |
JP2013029913A (en) | High-speed frequency response identification method and high-speed frequency response identification apparatus for multi-rate system | |
Beltran-Carbajal et al. | Evaluation of on-line algebraic modal parameter identification methods | |
JP4329438B2 (en) | Electric motor control device | |
US11314211B2 (en) | Method and device for optimizing performance of a servo control of a mechatronic system based on effective static and dynamic margins | |
JP7072167B2 (en) | Imitation sound signal generator, electronic musical instrument, nonlinear system identification method | |
Schoder | Offline coupling of segregated multi-physical simulations with consistent boundary conditions and source terms based on scattered data | |
JP7421014B1 (en) | Processing simulation device and processing simulation method | |
Wang et al. | Vibration cancellation of semiconductor manufacturing robots | |
JP7000026B2 (en) | Physical quantity correction system | |
Magnevall et al. | Improved cutting force measurements in milling using inverse filtering | |
JP7351193B2 (en) | Acoustic property measurement system, acoustic property measurement method, and acoustic property measurement program | |
Relan et al. | Dealing with transients due to multiple experiments in nonlinear system identification |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201130 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210907 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211029 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220201 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220331 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20220331 |
|
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: 20220621 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220624 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7096760 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |