JP7120821B2 - Control device, control method and program - Google Patents

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本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control device, control method and program.

機械を駆動するアクチュエータでは、主に摩擦要素の非線形性に起因する位置決め精度の低下が生じ、品質の低下が課題となっている。すべり面の摩擦変動によって生じるスティックスリップ現象は、特に低速動作時において静摩擦による停止と移動を繰り返すことで生じる振動現象であり、階段状の位置決め応答を発生させ位置決め精度を悪化させる。 In actuators that drive machines, deterioration in positioning accuracy occurs mainly due to the nonlinearity of friction elements, and deterioration in quality is a problem. The stick-slip phenomenon caused by frictional fluctuations on the slip surface is a vibration phenomenon that is caused by repeated stopping and moving due to static friction, especially during low-speed operation.

このような摩擦の影響を低減する手法として特許文献1には、制御装置が、機械装置に対するトルク指令を算出するトルク指令算出手段と、前記機械装置に生じる摩擦力の推定値を算出する摩擦推定手段と、前記摩擦推定手段によって算出された推定値に所定のゲインを乗算して補正値を算出する調整手段と、前記トルク指令算出手段によって算出された前記トルク指令を、前記調整手段によって算出された前記補正値で補正する補正手段と、を備え、前記ゲインは、前記機械装置に対する位置指令から位置偏差までの伝達関数のゲイン特性に基づいて決定される機械装置の制御方法が開示されている。 As a method for reducing the influence of such friction, Patent Document 1 discloses that a control device includes torque command calculation means for calculating a torque command for a mechanical device and friction estimation means for calculating an estimated value of the frictional force generated in the mechanical device. adjusting means for calculating a correction value by multiplying the estimated value calculated by the friction estimating means by a predetermined gain; and adjusting means for calculating the torque command calculated by the torque command calculating means. and correction means for correcting with the correction value, wherein the gain is determined based on the gain characteristics of the transfer function from the position command to the position deviation for the mechanical device. .

特許第6177705号公報Japanese Patent No. 6177705

摩擦力は、低速度にて静止摩擦の影響を受け大きくなる上、移動方向が反転すると摩擦力も急転する。このため、推定誤差により補正値が振動的になるという問題がある。高精度な摩擦モデルを利用するに当たり、この問題が顕著になる。 Frictional force increases under the influence of static friction at low speeds, and the frictional force also abruptly changes when the direction of movement is reversed. Therefore, there is a problem that the correction value becomes oscillating due to the estimation error. This problem becomes conspicuous when using a highly accurate friction model.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、摩擦力を適切に補正することで補正値の振動を防ぐことができる制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a control device, a control method, and a program capable of preventing oscillation of a correction value by appropriately correcting the frictional force. do.

本発明の第1の態様によれば、制御装置は、制御対象機械に対する指令値を取得する指令値取得部と、前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御する制御部と、前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求める摩擦演算部と、前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行う補償部と、を備える。 According to the first aspect of the present invention, a control device includes a command value acquisition unit that acquires a command value for a controlled machine, an observed value acquisition unit that acquires an observed value for the controlled machine, and the command value a control unit that controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the observed value and the observed value; and a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model applied to the controlled machine. a friction calculation unit; and a compensation unit that compensates for a phase shift with the controlled machine in a control loop with respect to the frictional force and corrects the command value.

また、本発明の第2の態様によれば、前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向にさらに基づいて、前記指令値を補正する補正部、を更に備える。 Further, according to the second aspect of the present invention, the apparatus further includes a correction unit that corrects the command value further based on the moving direction of the controlled machine indicated by the command value.

また、本発明の第3の態様によれば、前記観測値は、前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の位置パラメータあり、前記摩擦演算部は、前記負荷の位置パラメータを微分処理して前記制御対象機械における負荷の移動速度に変換する。 Further, according to the third aspect of the present invention, the observed value is a position parameter of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit, and the friction calculation unit is a position parameter of the load is differentiated and converted into the moving speed of the load in the machine to be controlled.

また、本発明の第4の態様によれば、前記観測値は、前記制御部の制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、前記摩擦演算部は、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する。 Further, according to the fourth aspect of the present invention, the observed value is a motor angle, which is a rotation angle of a motor of the controlled machine whose rotation angle changes under the control of the control unit, and the friction calculation unit is , using the transfer function of the controlled machine and a notch filter, the motor angle is converted into the moving speed of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit.

また、本発明の第5の態様によれば、前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に適用される物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた速度と前記観測値に基づく値との偏差にさらに基づいて前記指令値を補正する第1の外乱オブザーバ部、を更に備える。 Further, according to the fifth aspect of the present invention, the speed of the controlled machine is determined based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model applied to the controlled machine, and the determined speed and the A first disturbance observer section that corrects the command value further based on a deviation from a value based on an observed value is further provided.

また、本発明の第6の態様によれば、前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に応じた物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた前記速度と前記観測値に基づく値との偏差に基づいて補正値を生成し、生成した前記補正値を前記摩擦演算部に出力する第2の外乱オブザーバ部、を更に備え、前記摩擦演算部は、前記第2の外乱オブザーバ部が出力した前記補正値に基づいて、求めた前記摩擦力を更新する。 Further, according to the sixth aspect of the present invention, the speed of the controlled machine is determined based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model corresponding to the controlled machine, and the determined speed and the a second disturbance observer unit that generates a correction value based on a deviation from a value based on an observed value and outputs the generated correction value to the friction calculation unit; The calculated frictional force is updated based on the correction value output by the disturbance observer unit.

また、本発明の第7の態様によれば、前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に応じた物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた速度と前記観測値に基づく値との偏差に基づいて補正値を生成し、生成した前記補正値を前記補償部に出力する第3の外乱オブザーバ部、を更に備え、前記補償部は、前記第3の外乱オブザーバ部が出力した前記補正値に基づいて、前記指令値の補正を行う。 Further, according to the seventh aspect of the present invention, the speed of the controlled machine is obtained based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model corresponding to the controlled machine, and the obtained speed and the observed speed are calculated. a third disturbance observer that generates a correction value based on a deviation from a value based on the value and outputs the generated correction value to the compensator, wherein the compensator is the third disturbance observer The command value is corrected based on the correction value output by the unit.

また、本発明の第8の態様によれば、制御装置は、制御対象機械に対する指令値を取得する指令値取得部と、前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御する制御部と、前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求める摩擦演算部と、前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行う補正部と、を備える。 Further, according to an eighth aspect of the present invention, a control device includes a command value acquisition unit that acquires a command value for a machine to be controlled, an observation value acquisition unit that acquires an observation value for the machine to be controlled, and a control unit for controlling the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value; and a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model corresponding to the controlled machine. and a correction unit for correcting the command value by correcting the value based on the frictional force based on the movement direction of the controlled machine indicated by the command value.

また、本発明の第9の態様によれば、制御方法は、指令値取得部が、制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、観測値取得部が、前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、制御部が、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御するステップと、摩擦演算部が、前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、補償部が、前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行うステップと、を含む。 Further, according to the ninth aspect of the present invention, the control method includes the step of obtaining a command value for a machine to be controlled by a command value obtaining unit; a step in which an observed value acquisition unit acquires; a control unit controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value; determining a frictional force acting on the controlled machine based on the applied friction model; and compensating the frictional force for a phase shift with the controlled machine in a control loop. and a step of correcting the command value.

また、本発明の第10の態様によれば、制御方法は、指令値取得部が、制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、観測値取得部が、前記制御対象機械についての観測値を取得するステップと、制御部が、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御すると、摩擦演算部が、前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、補正部が、前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行うステップと、を含む。 Further, according to the tenth aspect of the present invention, a control method includes the steps of: a command value acquisition unit acquiring a command value for a machine to be controlled; and a control unit controlling the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value; a step of obtaining a frictional force acting on the controlled machine based on the command value, and a correction unit correcting the value based on the frictional force based on the moving direction of the controlled machine indicated by the command value to determine the command value. and performing a correction.

また、本発明の第11の態様によれば、プログラムは、制御対象機械を制御する制御装置のコンピュータに、前記制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御するステップと、前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行うステップと、を実行させる。 Further, according to the eleventh aspect of the present invention, the program provides a computer of a control device that controls the controlled machine with a step of obtaining a command value for the controlled machine and an observed value for the controlled machine. a step of controlling the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value; and based on the observed value and a friction model applied to the controlled machine, the obtaining a frictional force acting on a machine to be controlled; and compensating for a phase shift with the machine to be controlled in a control loop for the frictional force to correct the command value. .

また、本発明の第11の態様によれば、プログラムは、制御対象機械を制御する制御装置のコンピュータに、前記制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、前記制御対象機械についての観測値を取得するステップと、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御すると、前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行うステップと、を実行させる。 Further, according to the eleventh aspect of the present invention, the program provides a computer of a control device that controls the controlled machine with a step of obtaining a command value for the controlled machine and an observed value for the controlled machine. and controlling the controlled machine to eliminate the difference between the command value and the observed value, acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model corresponding to the controlled machine. A step of obtaining a frictional force and a step of correcting the command value by correcting the value based on the frictional force based on the movement direction of the controlled machine indicated by the command value are executed.

上述の発明の各態様によれば、摩擦力を適切に補正することで補正値の振動を防ぐことができる。 According to each aspect of the invention described above, it is possible to prevent the correction value from oscillating by appropriately correcting the frictional force.

第1実施形態に係る制御装置を有する工作機械の1軸の駆動構成要素を示す図である。1 is a diagram showing drive components of one axis of a machine tool having a control device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing the functional configuration of a control device according to the first embodiment; FIG. 摩擦モデルの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a friction model; 第1実施形態に係る補正部が行う処理手順例を示すフローチャートである。6 is a flow chart showing an example of a processing procedure performed by a correction unit according to the first embodiment; 第1実施形態に係る制御装置が制御対象機械を制御した結果を解析した例を示す図である。It is a figure which shows the example which the control apparatus which concerns on 1st Embodiment analyzed the result of having controlled the controlled object machine. 比較例における工作機械の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the machine tool in a comparative example. 比較例における制御装置が制御対象機械を制御した結果を解析した例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of analysis of results of control of a controlled machine by a control device in a comparative example; スティックスリップ現象例を示す図である。It is a figure which shows the example of a stick-slip phenomenon. 第1実施形態に係る制御対象機械と摩擦補償部とを物理モデルとして表した図である。FIG. 2 is a diagram showing a physical model of a machine to be controlled and a friction compensator according to the first embodiment; 第2実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the functional configuration of a control device according to a third embodiment; FIG. 第4実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the functional configuration of a control device according to a fourth embodiment; FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used for the following description, the scale of each member is appropriately changed so that each member has a recognizable size.

<第1実施形態>
[工作機械の1軸の駆動構成例]
まず、工作機械の1軸の駆動構成例を説明する。
図1は、本実施形態に係る制御装置10を有する工作機械1の1軸の駆動構成要素を示す図である。図1に示すように、工作機械1は、制御装置10と制御対象機械2とを含んで構成される。
<First embodiment>
[Example of drive configuration for one axis of a machine tool]
First, an example of a drive configuration for one axis of a machine tool will be described.
FIG. 1 is a diagram showing uniaxial drive components of a machine tool 1 having a control device 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the machine tool 1 includes a control device 10 and a machine 2 to be controlled.

制御装置10は、制御対象機械2についての観測値が、上位装置(図示せず)から入力される指令値に一致するように、当該制御対象機械2を制御する。上位装置は、例えばコンピュータ等である。具体的には、制御装置10は、制御対象機械2(モータ21)についての観測値であるモータ位置観測値θと、上位装置から入力されるモータ位置指令値θ*との偏差に応じたトルクτを、制御対象機械2に対して出力する。これにより、制御装置10は、例えば制御対象機械2のテーブル23の位置決め制御を行う。 The control device 10 controls the controlled machine 2 such that the observed value of the controlled machine 2 matches a command value input from a host device (not shown). A host device is, for example, a computer or the like. Specifically, the control device 10 controls the motor position observation value θ M that is the observed value of the machine 2 (motor 21) to be controlled, and the motor position command value θ M * input from the host device. is output to the machine 2 to be controlled. Thereby, the control device 10 performs positioning control of the table 23 of the machine 2 to be controlled, for example.

制御対象機械2は、工作機械1の機械的可動機構であり、例えば、モータ21と、ギア22と、テーブル23とを有してなる。図1に示すように、モータ21とギア22、及び、ギア22とテーブル23は、それぞれ、ボールねじなどの連結部材で連結され、モータ21が発生させたトルクが、負荷であるテーブル23まで伝達する機構を構成する。モータ21は、例えばサーボモータである。制御対象機械2には、エンコーダが取り付けられている。制御対象機械2のエンコーダは、負荷角度の観測値を制御装置10に出力する。 The machine 2 to be controlled is a mechanical movable mechanism of the machine tool 1, and has a motor 21, a gear 22, and a table 23, for example. As shown in FIG. 1, the motor 21 and the gear 22, and the gear 22 and the table 23 are respectively connected by a connecting member such as a ball screw, and the torque generated by the motor 21 is transmitted to the table 23 as a load. Construct a mechanism to The motor 21 is, for example, a servomotor. An encoder is attached to the controlled machine 2 . The encoder of the controlled machine 2 outputs the observed value of the load angle to the control device 10 .

[制御装置10の機能構成例]
次に、制御装置10の機能構成例を説明する。
図2は、本実施形態に係る制御装置10の機能構成を示すブロック図である。
図2に示すように、制御装置10は、制御部101、及び摩擦補償部16を備える。制御装置10は、制御対象機械2を制御する。
制御部101は、位置比例制御部11(指令値取得部、観測値取得部)、速度比例積分制御部12、演算部13、電流制御部14、及び擬似微分部15(観測値取得部)を備える。
また、摩擦補償部16は、差分演算部161(指令値取得部)、摩擦演算部162(観測値取得部)、補償部163、及び補正部164を備える。
摩擦演算部162は、変換部1621及び摩擦モデル記憶部1622を備える。
補償部163は、摩擦補償フィルタ記憶部1631を備える。
[Example of functional configuration of control device 10]
Next, a functional configuration example of the control device 10 will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the control device 10 according to this embodiment.
As shown in FIG. 2 , the control device 10 includes a control section 101 and a friction compensation section 16 . The control device 10 controls the controlled machine 2 .
The control unit 101 includes a position proportional control unit 11 (command value acquisition unit, observation value acquisition unit), a velocity proportional integral control unit 12, a calculation unit 13, a current control unit 14, and a pseudo differentiation unit 15 (observation value acquisition unit). Prepare.
The friction compensator 16 also includes a difference calculator 161 (command value acquirer), a friction calculator 162 (observed value acquirer), a compensator 163 , and a corrector 164 .
The friction calculation section 162 includes a conversion section 1621 and a friction model storage section 1622 .
The compensation section 163 includes a friction compensation filter storage section 1631 .

なお、制御対象機械2は、図1を用いて説明したように、例えばモータ21と、ギア22と、テーブル23と備える。また、制御対象機械2の負荷であるテーブル23には、エンコーダ(不図示)が取り付けられている。 Note that the controlled machine 2 includes, for example, the motor 21, the gear 22, and the table 23, as described with reference to FIG. An encoder (not shown) is attached to the table 23 which is the load of the controlled machine 2 .

位置比例制御部11は、上位装置から入力されたモータ位置指令値θ*と、モータ21(図1)から入力されたモータ位置観測値θとの偏差(θ*-θ)に比例する大きさのモータ速度指令値ω*(制御信号)を生成する。位置比例制御部11は、生成したモータ速度指令値ω*を、速度比例積分制御部12と差分演算部161に出力する。 The position proportional control unit 11 calculates the deviation (θ M *−θ M ) between the motor position command value θ M * input from the host device and the motor position observation value θ M input from the motor 21 (FIG. 1). Generate a motor speed command value ω M * (control signal) of proportional magnitude. The position proportional control unit 11 outputs the generated motor speed command value ω M * to the speed proportional integral control unit 12 and the difference calculation unit 161 .

速度比例積分制御部12は、位置比例制御部11が出力するモータ速度指令値ω*と、擬似微分部15が出力するモータ速度観測値ωとの偏差(ω*-ω)及びその時間積分に比例した大きさのトルク指令値τ*(制御信号)を生成する。速度比例積分制御部12は、生成したトルク指令値τ*を演算部13に出力する。 The speed proportional integral control unit 12 calculates the deviation (ω M *−ω M ) between the motor speed command value ω M * output by the position proportional control unit 11 and the motor speed observed value ω M output by the pseudo differentiating unit 15, and A torque command value τ* (control signal) having a magnitude proportional to the time integral is generated. The speed proportional integral control unit 12 outputs the generated torque command value τ* to the calculation unit 13 .

演算部13は、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*(制御信号)に、摩擦補償部16の補正部164が出力する補正トルク指令値Δτ*(補正指令値)を加算する。演算部13は、加算後のトルク指令値τ*を電流制御部14に出力する。 The calculation unit 13 adds the correction torque command value Δτ* (correction command value) output by the correction unit 164 of the friction compensation unit 16 to the torque command value τ* (control signal) output by the speed proportional integral control unit 12. . The calculation unit 13 outputs the torque command value τ* after addition to the current control unit 14 .

電流制御部14は、演算部13が出力するトルク指令値τ*に応じたモータ電流を制御対象機械2に出力する。制御対象機械2のモータ21(図1)は、このモータ電流により、トルク指令値τ*に一致するトルクτを出力する。 The current control unit 14 outputs a motor current corresponding to the torque command value τ* output by the calculation unit 13 to the controlled machine 2 . The motor 21 (FIG. 1) of the controlled machine 2 outputs a torque τ that matches the torque command value τ* by this motor current.

擬似微分部15は、モータ21(図1)から入力されるモータ位置観測値θに対して擬似微分処理してモータ速度観測値ωを生成する。擬似微分部15は、生成したモータ速度観測値ωを速度比例積分制御部12に出力する。 The pseudo differentiating section 15 generates a motor speed observed value ω M by pseudo differentiating the motor position observed value θ M input from the motor 21 (FIG. 1). The pseudo differential unit 15 outputs the generated motor speed observed value ω M to the speed proportional integral control unit 12 .

摩擦補償部16は、制御対象機械2のエンコーダが検出したエンコード値(観測値)と、モータ位置指令値θ*と、に基づいて摩擦の影響を補償して補正トルク指令値Δτ*(補正指令値)を生成する。補正トルク指令値Δτ*は、制御ループにおける位相のずれ(位相遅れや位相進み)の補償を行う指令値の補正値である。また、エンコード値(観測値)は、制御部101の制御によって位置が変化する制御対象機械2の負荷の位置パラメータである。 The friction compensator 16 compensates for the influence of friction based on the encoded value (observed value) detected by the encoder of the controlled machine 2 and the motor position command value θ M * to obtain a corrected torque command value Δτ* (correction command value). The corrected torque command value Δτ* is a correction value of the command value for compensating for the phase shift (phase delay or phase lead) in the control loop. The encoded value (observed value) is a position parameter of the load of the controlled machine 2 whose position changes under the control of the control unit 101 .

差分演算部161は、所定時間毎のモータ位置指令値θ*の差分を角度指令差分値として求める。例えば、差分演算部161は、第1時刻のモータ位置指令値θ*と、第1時刻より所定時間後の第2時刻のモータ位置指令値θ*との角度指令差分値を求める。差分演算部161は、求めた角度指令差分値Δθ*を補正部164に出力する。角度指令差分値Δθ*は、トルク指令における回転方向(正方向への回転、負方向への回転)を示している。 The difference calculator 161 obtains the difference between the motor position command values θ M * for each predetermined time as an angle command difference value. For example, the difference calculator 161 obtains the angle command difference value between the motor position command value θ M * at the first time and the motor position command value θ M * at the second time after the first time by a predetermined time. The difference calculation unit 161 outputs the calculated angle command difference value Δθ M * to the correction unit 164 . The angle command difference value Δθ M * indicates the direction of rotation (rotation in the positive direction, rotation in the negative direction) in the torque command.

摩擦演算部162の変換部1621は、負荷側のエンコーダが出力する負荷角度の測定信号θ(観測値)を例えば微分処理することで負荷の移動速度に変換する。 The conversion unit 1621 of the friction calculation unit 162 converts the measurement signal θ (observed value) of the load angle output by the encoder on the load side into the moving speed of the load by, for example, differentiation processing.

摩擦モデル記憶部1622は、速度に対する摩擦力をモデル化した摩擦モデルを記憶する。なお、摩擦モデル記憶部1622が記憶する摩擦モデルについては、図3を用いて後述する。 The friction model storage unit 1622 stores a friction model that models friction force with respect to velocity. Note that the friction model stored in the friction model storage unit 1622 will be described later using FIG.

摩擦演算部162は、変換部1621が変換した速度を用いて、摩擦モデル記憶部1622が記憶する摩擦モデルを参照して、速度に対応する摩擦量を求めることで摩擦推定値(補正指令値)を求める。なお、摩擦モデルが数式で表される場合、摩擦演算部162は、摩擦推定値(補正指令値)を演算によって求めるようにしてもよい。 The friction calculation unit 162 uses the speed converted by the conversion unit 1621 to refer to the friction model stored in the friction model storage unit 1622, and obtains the friction amount corresponding to the speed, thereby obtaining an estimated friction value (correction command value). Ask for Note that when the friction model is represented by a formula, the friction calculation unit 162 may obtain the friction estimated value (correction command value) by calculation.

摩擦補償フィルタ記憶部1631は、摩擦の影響をキャンセルするフィルタである摩擦補償フィルタを記憶する。なお、摩擦補償フィルタの求め方の例は、図7を用いて後述する。 The friction compensation filter storage unit 1631 stores a friction compensation filter that cancels the influence of friction. An example of how to obtain the friction compensation filter will be described later with reference to FIG.

補償部163は、摩擦演算部162が出力する摩擦推定値に対して、摩擦補償フィルタ記憶部1631が記憶する摩擦補償フィルタを用いて、多慣性系の位相遅れや位相進みを補償する摩擦補償値(摩擦力に基づく値、補正指令値)を求める。 Compensation unit 163 uses the friction compensation filter stored in friction compensation filter storage unit 1631 for the estimated friction value output from friction calculation unit 162 to obtain a friction compensation value that compensates for the phase lag and phase lead of the multi-inertia system. (value based on frictional force, correction command value).

補正部164は、差分演算部161が算出する角度指令差分値Δθ*に応じて、補償部163が出力する摩擦補償値を補正する。補正部164は、補正した後の値を補正トルク指令値Δτ*として演算部13に出力する。 The correction unit 164 corrects the friction compensation value output by the compensation unit 163 according to the angle command difference value Δθ M * calculated by the difference calculation unit 161 . The correction unit 164 outputs the corrected value to the calculation unit 13 as the corrected torque command value Δτ*.

[摩擦モデル例]
次に、摩擦モデル記憶部1622が記憶する摩擦モデルの一例を説明する。
図3は、摩擦モデルの例を示す図である。図3において、横軸は速度[deg/s]であり、縦軸は摩擦力[Nm]である。
符号g1は、加速時の速度に対する摩擦力の特性である。符号g1の摩擦力は、符号g11に示すように、速度0から速度が増加する方向に変化する。
符号g2は、減速時の速度に対する摩擦力の特性である。符号g2の摩擦力は、符号g12に示すように、速度が約50から速度が減少する方向に変化する。
なお、図3に示した特性はシミュレーション値である。このような摩擦モデルは、例えば、図7を用いて後述する制御対象機械2の物理モデルによって算出する。このため、摩擦モデルは、制御対象機械2に応じて異なる。
[Friction model example]
Next, an example of the friction model stored in the friction model storage unit 1622 will be described.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a friction model. In FIG. 3, the horizontal axis is velocity [deg/s] and the vertical axis is frictional force [Nm].
Symbol g1 is the characteristic of frictional force against speed during acceleration. The frictional force of symbol g1 changes in the direction of increasing speed from zero as indicated by symbol g11.
Symbol g2 is the characteristic of frictional force with respect to speed during deceleration. The frictional force of symbol g2 changes in the direction of decreasing speed from about 50 as indicated by symbol g12.
Note that the characteristics shown in FIG. 3 are simulation values. Such a friction model is calculated using, for example, a physical model of the controlled machine 2, which will be described later with reference to FIG. Therefore, the friction model differs depending on the machine 2 to be controlled.

[補正部の処理例]
次に、補正部164が行う処理例を説明する。
図4は、本実施形態に係る補正部164が行う処理手順例を示すフローチャートである。
[Processing example of correction unit]
Next, an example of processing performed by the correction unit 164 will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing an example of a processing procedure performed by the correction unit 164 according to this embodiment.

(ステップS1)補正部164は、差分演算部161が出力する角度指令差分値Δθ*を取得する。続けて、補正部164は、取得した角度指令差分値Δθ*が正であるか、0であるか、負であるかを判別する。これにより、補正部164は、指令値が示す制御対象機械2の移動方向を判別している。補正部164は、角度指令差分値Δθ*が正であると判別した場合(ステップS1;正)、ステップS2の処理に進める。補正部164は、角度指令差分値Δθ*が0であると判別した場合(ステップS1;0)、ステップS3の処理に進める。補正部164は、角度指令差分値Δθ*が負であると判別した場合(ステップS1;負)、ステップS4の処理に進める。 (Step S<b>1 ) The correction unit 164 acquires the angle command difference value Δθ M * output by the difference calculation unit 161 . Subsequently, the correction unit 164 determines whether the acquired angle command difference value Δθ M * is positive, 0, or negative. Thereby, the correction unit 164 determines the movement direction of the controlled machine 2 indicated by the command value. When the correction unit 164 determines that the angle command difference value Δθ M * is positive (step S1; positive), the process proceeds to step S2. When the correction unit 164 determines that the angle command difference value Δθ M * is 0 (step S1; 0), the process proceeds to step S3. When the correction unit 164 determines that the angle command difference value Δθ M * is negative (step S1; negative), the process proceeds to step S4.

(ステップS2)補正部164は、正方向のみに摩擦補償を行う。換言すると、補正部164は、摩擦補償値が正の場合に補正トルク指令値Δτ*として出力し、摩擦補償値が0または負の場合に0を補正トルク指令値Δτ*として出力する。 (Step S2) The correction unit 164 performs friction compensation only in the forward direction. In other words, the correction unit 164 outputs the corrected torque command value Δτ* when the friction compensation value is positive, and outputs 0 as the corrected torque command value Δτ* when the friction compensation value is 0 or negative.

(ステップS3)補正部164は、摩擦補償を行わない。換言すると、補正部164は、0を補正トルク指令値Δτ*として出力する。 (Step S3) The correction unit 164 does not perform friction compensation. In other words, the correction unit 164 outputs 0 as the corrected torque command value Δτ*.

(ステップS4)補正部164は、負方向のみに摩擦補償を行う。換言すると、補正部164は、摩擦補償値が負の場合に補正トルク指令値Δτ*として出力し、摩擦補償値が0または正の場合に0を補正トルク指令値Δτ*として出力する。 (Step S4) The correction unit 164 performs friction compensation only in the negative direction. In other words, the correction unit 164 outputs the corrected torque command value Δτ* when the friction compensation value is negative, and outputs 0 as the corrected torque command value Δτ* when the friction compensation value is 0 or positive.

補正部164が図4のように処理する意味合いを説明する。
図2に示したように、制御装置10は、制御対象機械2に対してフィードバック制御を行っている。このため、仮にテーブル23(図1)が進みすぎた場合、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*は、進みすぎた分を戻す制御値となる。このように進み過ぎたときに、補正部164によって更に戻すような補正トルク指令値Δτ*を出力してしまうと結果として戻りすぎてしまい、テーブル23のスティックスリップ現象の振動を助長することになりかねない。このため、本実施形態では、角度指令差分値Δθ*に応じて、摩擦補償値の出力を補正することで、スティックスリップ現象の振動を助長しないようにしている。なお、スティックスリップ現象とは、摩擦によって発生する摩擦面の付着や、滑りの繰り返しによって引き起こされる振動現象である。
The significance of the correction unit 164 processing as shown in FIG. 4 will be described.
As shown in FIG. 2 , the control device 10 performs feedback control on the controlled machine 2 . Therefore, if the table 23 (FIG. 1) advances too much, the torque command value τ* output by the speed proportional integral control unit 12 is a control value that returns the excessive advance. If the corrector 164 outputs a correction torque command value Δτ* for further returning when the table 23 advances too much, the table 23 will return too much, which will promote the stick-slip vibration of the table 23 . It could be. For this reason, in the present embodiment, by correcting the output of the friction compensation value according to the angle command difference value Δθ M *, vibration due to the stick-slip phenomenon is prevented from being promoted. Note that the stick-slip phenomenon is a vibration phenomenon caused by adhesion of a friction surface caused by friction and repetition of slippage.

[解析結果例]
次に、制御装置が制御対象機械2を制御した結果を解析した例を説明する。
図5は、本実施形態に係る制御装置10が制御対象機械2を制御した結果を解析した例を示す図である。なお、図5において、時刻1のときに制御を開始している。
[Analysis result example]
Next, an example of analyzing the results of the control of the controlled machine 2 by the control device will be described.
FIG. 5 is a diagram showing an example of analysis of the results of control of the controlled machine 2 by the control device 10 according to this embodiment. In addition, in FIG. 5, the control is started at time 1. As shown in FIG.

図5(A)は、時刻に対する角度の変化の解析結果である。図5(A)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は角度[deg]である。
符号g31は、モータ側の角度の変化を示している。符号g32は、負荷側の角度の変化を示している。符号g33は、スティックスリップ現象が発生していないリファレンスの角度の変化を示している。
FIG. 5(A) is the analysis result of the angle change with respect to time. In FIG. 5A, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is angle [deg].
Symbol g31 indicates the change in angle on the motor side. Symbol g32 indicates the change in angle on the load side. Symbol g33 indicates a change in reference angle in which the stick-slip phenomenon does not occur.

図5(B)は、時刻に対する角度エラーの変化の解析結果である。図5(B)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は角度エラー[deg]である。
符号g34は、モータ側の角度エラーの変化を示している。符号g35は、負荷側の角度エラーの変化を示している。
FIG. 5(B) is the analysis result of the change in angle error with respect to time. In FIG. 5B, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is angle error [deg].
Symbol g34 indicates the change in angle error on the motor side. Symbol g35 indicates the change in angle error on the load side.

図5(C)は、時刻に対する入力トルクの変化の解析結果である。図5(C)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は入力トルク[Nm]である。
符号g36は、統合トルク(Total Torque)の変化を示している。符号g37は、摩擦補償(Friction Compensation)の変化を示している。
FIG. 5(C) is an analysis result of changes in input torque with respect to time. In FIG. 5C, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is input torque [Nm].
Symbol g36 indicates a change in integrated torque (Total Torque). Symbol g37 indicates a change in friction compensation.

本実施形態によれば、図5(B)のように、モータ側と負荷側との角度エラーが、1秒~2秒の間で収束している。そして、図5(B)のように、2秒以降のモータ側と負荷側との角度エラーの値の変化はほぼ0であり、すなわち振動が抑えられている。この結果、図5(A)のように、スティックスリップ現象を抑えることができている。
また、本実施形態によれば、補償部163が制御ループにおける位相遅れや位相進みの補償を行って前記指令値の補正値である補正指令値を生成しているため、負荷摩擦発生個所に作用するまでに遅れや減衰の影響を低減することができ、摩擦を正しく補償できる。
According to this embodiment, as shown in FIG. 5B, the angle error between the motor side and the load side converges within 1 to 2 seconds. Then, as shown in FIG. 5B, the change in the angle error value between the motor side and the load side after 2 seconds is almost 0, that is, the vibration is suppressed. As a result, as shown in FIG. 5A, the stick-slip phenomenon can be suppressed.
Further, according to the present embodiment, the compensator 163 compensates for phase lag and phase advance in the control loop to generate the correction command value, which is the correction value of the command value. It is possible to reduce the effects of lag and damping until , and correctly compensate for friction.

次に、比較例における工作機械900において、制御装置が制御対象機械2を制御した結果を説明する。
まず、比較例における工作機械900の構成例を説明する。
図6は、比較例における工作機械900の構成例を示すブロック図である。図6に示すように、工作機械900は、制御装置910と制御対象機械2を含んで構成される。
制御装置910は、位置比例制御部11、速度比例積分制御部12、電流制御部14、擬似微分部15、演算部913、微分処理部921、及び推定部922備える。制御装置10と同様の機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
Next, in the machine tool 900 of the comparative example, the results of the control of the controlled machine 2 by the control device will be described.
First, a configuration example of a machine tool 900 in a comparative example will be described.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a machine tool 900 in a comparative example. As shown in FIG. 6, a machine tool 900 includes a control device 910 and a machine 2 to be controlled.
The control device 910 includes a position proportional control section 11 , a speed proportional integral control section 12 , a current control section 14 , a pseudo differentiating section 15 , a computing section 913 , a differentiation processing section 921 and an estimating section 922 . Functional units having the same functions as those of the control device 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

制御対象機械2は、図1と同様にモータ21、ギア22、及びテーブル23を備える。モータ21は、不図示のエンコーダが取り付けられている。 The controlled machine 2 includes a motor 21, a gear 22, and a table 23 as in FIG. An encoder (not shown) is attached to the motor 21 .

微分処理部921は、制御対象機械2のモータ21(図1)のエンコーダが出力するエンコード値(観測値)に対して微分処理を行って速度を求める。
推定部922は、摩擦モデルを記憶する。推定部922は、微分処理部921が求めた速度を用いて、摩擦モデルを参照して摩擦力を推定する。推定部922は、推定した摩擦力を補償トルク指令値τ’*として演算部913に出力する。
The differential processing unit 921 performs differential processing on encoded values (observed values) output by the encoder of the motor 21 (FIG. 1) of the controlled machine 2 to obtain the velocity.
Estimation unit 922 stores the friction model. The estimating unit 922 uses the velocity obtained by the differential processing unit 921 to estimate the frictional force by referring to the friction model. The estimation unit 922 outputs the estimated frictional force to the calculation unit 913 as the compensation torque command value τ′*.

演算部913は、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*に、推定部922が出力する補償トルク指令値τ’*を加算する。演算部913は、加算後のトルク指令値τ*を電流制御部14に出力する。 The calculation unit 913 adds the compensation torque command value τ′* output by the estimation unit 922 to the torque command value τ* output by the speed proportional integral control unit 12 . The calculation unit 913 outputs the torque command value τ* after addition to the current control unit 14 .

次に、この比較例の制御装置910が制御対象機械2を制御した結果を解析した例を説明する。
図7は、比較例における制御装置が制御対象機械2を制御した結果を解析した例を示す図である。なお、図7において、時刻1のときに制御を開始している。
Next, an example of analyzing the results of control of the controlled machine 2 by the control device 910 of this comparative example will be described.
FIG. 7 is a diagram showing an example of analysis of the results of control of the controlled machine 2 by the control device in the comparative example. In addition, in FIG. 7, the control is started at time 1. As shown in FIG.

図7(A)は、時刻に対する角度の変化の解析結果である。図7(A)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は角度[deg]である。
符号g41は、モータ側の角度の変化を示している。符号g42は、負荷側の角度の変化を示している。符号g43は、スティックスリップ現象が発生していないリファレンスの角度の変化を示している。
FIG. 7(A) is the analysis result of the angle change with respect to time. In FIG. 7A, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is angle [deg].
Symbol g41 indicates the change in angle on the motor side. Symbol g42 indicates the change in angle on the load side. Symbol g43 indicates a change in reference angle in which the stick-slip phenomenon does not occur.

図7(B)は、時刻に対する角度エラーの変化の解析結果である。図7(B)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は角度エラー[deg]である。
符号g44は、モータ側の角度エラーの変化を示している。符号g45は、負荷側の角度エラーの変化を示している。
FIG. 7B is an analysis result of changes in angle error with respect to time. In FIG. 7B, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is angle error [deg].
Symbol g44 indicates the change in angle error on the motor side. Symbol g45 indicates the change in angle error on the load side.

図7(C)は、時刻に対する入力トルクの変化の解析結果である。図7(C)において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は入力トルク[Nm]である。
符号g46は、統合トルクの変化を示している。符号g47は、摩擦補償の変化を示している。
FIG. 7(C) is an analysis result of changes in input torque with respect to time. In FIG. 7C, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is input torque [Nm].
Symbol g46 indicates a change in integrated torque. Symbol g47 indicates a change in friction compensation.

比較例によれば、図7(B)のように、モータ側と負荷側との角度エラーが、1秒~2秒の間で大きく振動し、さらに約2秒以降も振動が継続している。この結果、図8に示すようなスティックスリップ現象が発生し続けることになる。図8は、スティックスリップ現象例を示す図である。図8において、横軸は時刻[s]であり、縦軸は角度[deg]である。符号g51は目標値を示し、符号g52は実際に観測された角度(実角度)を示している。 According to the comparative example, as shown in FIG. 7(B), the angle error between the motor side and the load side vibrates greatly between 1 second and 2 seconds, and the vibration continues after about 2 seconds. . As a result, the stick-slip phenomenon as shown in FIG. 8 continues to occur. FIG. 8 is a diagram showing an example of a stick-slip phenomenon. In FIG. 8, the horizontal axis is time [s] and the vertical axis is angle [deg]. Reference g51 indicates a target value, and reference g52 indicates an actually observed angle (actual angle).

比較例では、2秒後降も角度エラーの振動が継続しているため、図7(C)に示すように、2秒以降の統合トルクと摩擦補償の値も約0.5[Nm]の振幅で振動し続けている。また、図7(A)に示すように、約2秒以降もモータ側と負荷側の角度が振動し続けている。時刻に対する角度の変化において、角度のスケールを拡大すると、図8のように時刻に対して角度が目標値に対して多すぎる状態と少なすぎる状態を繰り返している。なお、図8は、図7の角度のスケールを拡大した図ではなく、単にスティックスリップ現象例である。 In the comparative example, since the vibration of the angle error continues even after 2 seconds, as shown in FIG. It continues to vibrate with amplitude. Further, as shown in FIG. 7A, the angle between the motor side and the load side continues to oscillate even after about 2 seconds. In the change of the angle with respect to time, when the scale of the angle is enlarged, as shown in FIG. Note that FIG. 8 is not an enlarged view of the angular scale of FIG. 7, but merely an example of a stick-slip phenomenon.

一方、本実施形態では、図5(C)に示したように、2秒以降の統合トルクと摩擦補償の値の振幅がほぼ0であり、振動していない。また、本実施形態では、図5(A)に示すように、約2秒以降のモータ側と負荷側の角度の振動がほぼ無い。このように、本実施形態では、比較例と比べて大幅にスティックスリップ現象を抑えることができた。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 5(C), the amplitudes of the integrated torque and friction compensation values after 2 seconds are almost 0, and there is no vibration. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, there is almost no angular vibration between the motor side and the load side after about 2 seconds. Thus, in this embodiment, the stick-slip phenomenon could be significantly suppressed as compared with the comparative example.

[補償部で用いられる摩擦補償フィルタ]
次に、補償部163で用いられる摩擦補償フィルタの例について説明する。
まず、摩擦補償フィルタを求めるために用いる制御対象機械の物理モデルと摩擦補償部の物理モデルについて説明する。
[Friction Compensation Filter Used in Compensator]
Next, an example of a friction compensation filter used in compensator 163 will be described.
First, the physical model of the machine to be controlled and the physical model of the friction compensator used to obtain the friction compensation filter will be described.

図9は、本実施形態に係る制御対象機械2と摩擦補償部16とを物理モデルとして表した図である。図9に示すように、制御対象機械2は、モータ21についての伝達関数と、ギア22についての伝達関数と、テーブル23についての伝達関数との組み合わせによりモデル化される。なお、符号T11~T15は、加算または減算を行う演算部である。
また、符号CPはトルク指令値τ*を入力とする閉ループである。この閉ループCPの伝達関数をP(s)とする。
FIG. 9 is a diagram showing the controlled machine 2 and the friction compensator 16 according to this embodiment as a physical model. As shown in FIG. 9 , the controlled machine 2 is modeled by a combination of a transfer function for the motor 21 , a transfer function for the gear 22 and a transfer function for the table 23 . Note that reference numerals T11 to T15 denote calculation units that perform addition or subtraction.
Further, the symbol CP is a closed loop to which the torque command value τ* is input. Let the transfer function of this closed loop CP be P(s).

モータ21についての伝達関数は、モータ21の慣性モーメントJとモータ21の粘性係数Dによって規定される。
ギア22についての伝達関数は、ギア22の慣性モーメントJとギア22の粘性係数Dによって規定される。
テーブル23についての伝達関数は、テーブル23の慣性モーメントJとテーブル23の粘性係数Dによって規定される。
A transfer function for the motor 21 is defined by the moment of inertia J M of the motor 21 and the viscosity coefficient D M of the motor 21 .
The transfer function for gear 22 is defined by gear 22 moment of inertia J d and gear 22 viscosity coefficient D d .
The transfer function for table 23 is defined by table 23 moment of inertia J L and table 23 viscosity coefficient D L .

伝達関数T1は、モータ21とギア22とを連結する連結部材の剛性係数Kによって規定される。
伝達関数T2は、ギア22とテーブル23とを連結する連結部材の剛性係数Kによって規定される。
The transfer function T1 is defined by the stiffness coefficient Kg of the connecting member that connects the motor 21 and the gear 22 .
The transfer function T2 is defined by the stiffness coefficient KR of the connecting member that connects the gear 22 and the table 23 .

さらに、図9に示すように、テーブル23についての伝達関数には、制御対象機械2が有する非線形成分の一つである第1線形摩擦係数T3が含まれる。第1線形摩擦係数T3は、制御対象負荷摩擦モデルであり線形係数Fとする。第1線形摩擦係数T3は、例えばテーブル23の速度(テーブル速度観測値ω)に応じて当該テーブル23が発生させる摩擦抵抗TfLの特性を有する。第1線形摩擦係数T3は、テーブル23の静止時に発生する静摩擦と、テーブル23の動作時に発生する動摩擦とを有してなる(動摩擦は静摩擦よりも摩擦抵抗が小さい)。 Furthermore, as shown in FIG. 9, the transfer function for the table 23 includes the first linear friction coefficient T3, which is one of the nonlinear components of the machine 2 to be controlled. The first linear friction coefficient T3 is a linear coefficient F which is a load friction model to be controlled. The first linear friction coefficient T3 has the characteristic of the frictional resistance T fL generated by the table 23 according to the speed of the table 23 (observed table speed ω L ), for example. The first linear friction coefficient T3 includes static friction generated when the table 23 is stationary and dynamic friction generated when the table 23 is in motion (dynamic friction has a smaller frictional resistance than static friction).

微分部51は、制御対象機械2の角度の観測値を微分して速度を求め、求めた速度を第2線形摩擦係数52に出力する。
第2線形摩擦係数52は、制御系負荷摩擦モデルであり線形係数Fとする。第2線形摩擦係数52は、摩擦モデルを用いて、微分部51から入力された速度に対応する摩擦値を推定して出力する。第2線形摩擦係数52は、推定した推定摩擦値を摩擦補償フィルタ53に出力する。
The differentiating unit 51 differentiates the observed value of the angle of the controlled machine 2 to obtain the velocity, and outputs the obtained velocity to the second linear friction coefficient 52 .
The second linear friction coefficient 52 is a control system load friction model and is assumed to be a linear coefficient Fc . The second linear friction coefficient 52 uses a friction model to estimate and output a friction value corresponding to the speed input from the differentiating section 51 . The second linear friction coefficient 52 outputs the estimated friction value to the friction compensation filter 53 .

摩擦補償フィルタ53は、伝達関数P(s)における線形係数Fと線形係数Fとの影響を除去するためのフィルタであり関数Gとする。換言すると、摩擦補償フィルタ53は、摩擦の影響をキャンセルするためのフィルタでる。このフィルタは、補償部163で用いられる。 The friction compensation filter 53 is a filter for removing the influence of the linear coefficient F and the linear coefficient FC on the transfer function P(s), and is a function G. In other words, the friction compensation filter 53 is a filter for canceling the effects of friction. This filter is used in compensator 163 .

なお、図9に示した制御対象機械2の物理モデルは、あくまで、各駆動機構(モータ21、ギア22及びテーブル23等)に、摩擦特性を主とする非線形要素が含まれていることを説明するために例示したものであり、制御対象機械2の物理モデルは、制御対象である機械に応じたものであればよく、これとは異なるものであってよい。 It should be noted that the physical model of the controlled machine 2 shown in FIG. 9 merely explains that each drive mechanism (motor 21, gear 22, table 23, etc.) includes non-linear elements, mainly frictional characteristics. The physical model of the machine to be controlled 2 may be any model that corresponds to the machine to be controlled, and may be different.

次に、摩擦補償フィルタの求め方の一例を説明する。
図9における閉ループの伝達関数P(s)は、次式(1)のように表される。
Next, an example of how to obtain the friction compensation filter will be described.
The closed-loop transfer function P(s) in FIG. 9 is represented by the following equation (1).

Figure 0007120821000001
Figure 0007120821000001

式(1)において、分子xは次式(2)のように表され、分母yは次式(3)のように表され、 In the formula (1), the numerator x is represented by the following formula (2), the denominator y is represented by the following formula (3),

Figure 0007120821000002
Figure 0007120821000002

Figure 0007120821000003
Figure 0007120821000003

式(3)において、F(-D-・・・-Ks)の項は、制御対象の負荷摩擦モデルの項である。また、F(DGs+DGK+DGK+GKs)の項は、制御系の負荷摩擦モデルの項である。また、(DGs+DGK+DGK+GKs)の項は、摩擦フィルタの項である。
式(2)の分子をB(s)とすると、次式(4)となる。
In equation (3), the term F(-D d D g s 3 -...-K g K r s) is the term of the load friction model of the controlled object. The term Fc ( DgDrGs3 + DgGKrs2 + DrGKgs2 + GKgKrs ) is a term of the load friction model of the control system . The term (D g D r Gs 3 +D g GK rs 2 +D r GK g s 2 +GK g K rs ) is a friction filter term.
When the numerator of the formula (2) is B 1 (s), the following formula (4) is obtained.

Figure 0007120821000004
Figure 0007120821000004

分母において、線形係数Fの項、Fcの項及び関数Gの項以外をA1とすると、Aは次式(5)のように表される。また、F(-D-・・・-Ks)の項の(-D-・・・-Ks)をA2とすると、Aは次式(6)のように表される。また、F(DGs+DGK+DGK+GKs)の項において、(DGs+DGK+DGK+GKs)を摩擦補償フィルタである関数GでくくってGAとするとAは次式(7)のように表される。 In the denominator, if the term other than the term of the linear coefficient F, the term of Fc, and the term of the function G is A1, A1 is represented by the following equation ( 5 ). Also, if (-D d D g s 3 -... -K g K r s) in the term F (-D d D g s 3 -... - K g K r s) is A2, then A 2 is represented by the following equation (6). In addition, in the term of F c (D g Dr Gs 3 +D g GK rs 2 +D r GK g s 2 +GK g K rs ), (D g Dr Gs 3 +D g GK rs 2 +D r GK g s 2 +GK g K r s) is bounded by a function G, which is a friction compensation filter, to form GA 3 , A 3 is expressed by the following equation (7).

Figure 0007120821000005
Figure 0007120821000005

Figure 0007120821000006
Figure 0007120821000006

Figure 0007120821000007
Figure 0007120821000007

式(1)を、B、A、A、A、線形係数F、線形係数F及び関数Gを用いて表すと次式(8)のようになる。 Expression (1) using B 1 , A 1 , A 2 , A 3 , linear coefficient F, linear coefficient Fc , and function G results in the following equation (8).

Figure 0007120821000008
Figure 0007120821000008

式(8)において、線形係数Fと線形係数Fとが等しいとすると、式(8)は次式(9)に置き換えることができる。 Assuming that the linear coefficient F and the linear coefficient Fc are equal in Equation (8), Equation (8) can be replaced with Equation (9) below.

Figure 0007120821000009
Figure 0007120821000009

式(8)において、線形係数Fの項をキャンセルするためには、関数Gが次式(10)であればよい。 In order to cancel the term of the linear coefficient F in the equation (8), the function G should be the following equation (10).

Figure 0007120821000010
Figure 0007120821000010

式(10)は、非プロパな伝達関数であり、すなわち分子の方が分母より次数が大きい。このため、本実施形態では、この関数Gに対して、さらに次式(11)のように、3次のLPF(ローパスフィルタ)をかけて分子の次数を分母の次数より小さくする。 Equation (10) is a non-proper transfer function, ie the numerator is of higher order than the denominator. For this reason, in this embodiment, the function G is further subjected to a third-order LPF (low-pass filter) as shown in the following equation (11) to make the order of the numerator smaller than that of the denominator.

Figure 0007120821000011
Figure 0007120821000011

式(11)において、1/(τs+1)の項が、3次のLPFの項である。また、τは、LPFにおける所定の時定数である。
また、式(11)において、a は次式(12)であり、a は次式(13)であり、a は次式(14)であり、a は次式(15)であり、a は次式(16)である。
In equation (11), the term 1/(τ G s+1) 3 is the third-order LPF term. Also, τG is a predetermined time constant in the LPF.
Further, in the formula (11), a 1 ' is the following formula (12), a 2 ' is the following formula (13), a 3 ' is the following formula (14), and a 4 ' is the following formula (15), and a 5 ' is the following equation (16).

Figure 0007120821000012
Figure 0007120821000012

Figure 0007120821000013
Figure 0007120821000013

Figure 0007120821000014
Figure 0007120821000014

Figure 0007120821000015
Figure 0007120821000015

Figure 0007120821000016
Figure 0007120821000016

本実施形態では、このようにして摩擦補償フィルタである関数G(摩擦補償フィルタGともいう)を求める。
なお、式(11)の摩擦補償フィルタGは、図9に示した物理モデルを解いた値である。このため、制御対象である機械が異なり物理モデルが頃なる場合、摩擦補償フィルタGは式(11)と異なる値となる。この場合であっても、摩擦補償フィルタGは、摩擦の影響をキャンセルするフィルタとして設計する。
In this embodiment, the function G (also referred to as the friction compensation filter G), which is the friction compensation filter, is obtained in this way.
Note that the friction compensation filter G in equation (11) is a value obtained by solving the physical model shown in FIG. Therefore, if the machine to be controlled is different and the physical model is different, the value of the friction compensation filter G will be different from that in equation (11). Even in this case, the friction compensation filter G is designed as a filter that cancels the effects of friction.

以上のように、本実施形態では、摺動部に発生している摩擦力を推定するため、負荷に取り付けられたエンコード値から速度を算出するようにした。また、本実施形態では、速度値を参照して、摩擦モデルから現在作用している摩擦力を推定し制御トルク値に加算するようにした。また、本実施形態では、摩擦モデルは単純な動摩擦だけでなく、静摩擦と動摩擦を併せて再現するモデルを想定するようにした。
また、本実施形態では、推定した摩擦力は、閉ループ系から非線形摩擦の影響が消えるよう、モータから負荷への特性の位相遅れと位相進みを補償してから加算するようにした。
また、本実施形態では、モデル化困難な非線形負荷摩擦を動作点近傍で線形し、内部慣性系の影響を補正するフィルタを設計するようにした。なお、線形化によるモデル化誤差については、フィードバック制御で補償することで影響を減らすようにした。
また、本実施形態では、指令値から摩擦発生方向を予測し、摩擦力を補正することでハンチングを防ぐようにした。
As described above, in this embodiment, in order to estimate the frictional force generated in the sliding portion, the speed is calculated from the encoded value attached to the load. Further, in this embodiment, the velocity value is referred to, and the currently acting friction force is estimated from the friction model and added to the control torque value. In addition, in this embodiment, the friction model is assumed to be a model that reproduces not only simple dynamic friction but also static friction and dynamic friction.
In this embodiment, the estimated friction force is added after compensating for the phase delay and phase lead of the characteristics from the motor to the load so that the influence of nonlinear friction disappears from the closed loop system.
Further, in this embodiment, nonlinear load friction, which is difficult to model, is linearized near the operating point, and a filter is designed to correct the influence of the internal inertial system. In addition, the effects of modeling errors due to linearization were reduced by compensating with feedback control.
In addition, in this embodiment, the direction in which friction is generated is predicted from the command value, and hunting is prevented by correcting the frictional force.

これにより、本実施形態によれば、適切な摩擦補償力をアクチュエータに与えることで、高精度な位置決め精度を実現できる。
ここで、従来は、アクチュエータから実際の摺動部までの間には複数慣性系に模擬されるような機械要素が内在する(例えば減速機剛性、回転系であればシャフト捩じり剛性、並進系であれば並進変換に使われるボールねじ剛性など)に対し、これら特性を簡便なDCゲインで補正していた。しかしながら、高精度な摩擦補償を実現するに当たり、機械要素特性を精緻に把握して補正すべきであったが、従来の手法では補正できなかった。
これに対して本実施形態によれば、高精度な摩擦補償を実現するにあたり、機械要素特性を精緻に把握して補正することができる。
Thus, according to this embodiment, by applying an appropriate friction compensating force to the actuator, high positioning accuracy can be achieved.
Here, conventionally, there are mechanical elements that can be simulated in multiple inertia systems between the actuator and the actual sliding part (for example, reduction gear rigidity, shaft torsional rigidity in the case of a rotating system, translational In the case of a system, the ball screw rigidity used for translational transformation, etc.), these characteristics were corrected with a simple DC gain. However, in order to achieve high-precision friction compensation, the mechanical element characteristics should be precisely grasped and corrected, but conventional methods could not correct them.
In contrast, according to the present embodiment, the mechanical element characteristics can be accurately grasped and corrected in order to realize highly accurate friction compensation.

また、本実施形態によれば、多慣性系に含まれる位相進み・位相遅れ分を補正した摩擦力を補償することで高精度な摩擦補償を実現することができる。
また、本実施形態によれば、スリップの際にオーバシュートが発生しても、摩擦補償方向を補正部164によって制限することでハンチング(補正値の振動)を低減することができる。このように、本実施形態によれば、角度指令差分値Δθ*に応じて、摩擦補償値の出力を補正部164が補正することで、スティックスリップ現象の振動を助長しないようにすることができる。
Further, according to the present embodiment, it is possible to realize highly accurate friction compensation by compensating for the frictional force in which the phase advance/phase delay included in the multi-inertia system is corrected.
Further, according to the present embodiment, even if an overshoot occurs during slippage, hunting (oscillation of the correction value) can be reduced by limiting the direction of friction compensation by the correction unit 164 . As described above, according to the present embodiment, the correction unit 164 corrects the output of the friction compensation value according to the angle command difference value Δθ M *, thereby preventing the vibration caused by the stick-slip phenomenon from being promoted. can.

<第2実施形態>
第1実施形態では、制御対象機械2の負荷であるテーブル23(図1)にエンコーダが取り付けられている例を説明した。本実施形態では、制御対象機械2のモータ21(図1)にエンコーダ(不図示)が取り付けられている例を説明する。
<Second embodiment>
In the first embodiment, the example in which the encoder is attached to the table 23 (FIG. 1), which is the load of the controlled machine 2, has been described. In this embodiment, an example in which an encoder (not shown) is attached to the motor 21 (FIG. 1) of the machine 2 to be controlled will be described.

図10は、本実施形態に係る制御装置10Aの機能構成を示すブロック図である。
図10に示すように、制御装置10Aは、制御部101、及び摩擦補償部16Aを備える。制御装置10Aは、制御対象機械2を制御する。
制御部101は、位置比例制御部11(指令値取得部、観測値取得部)、速度比例積分制御部12、演算部13、電流制御部14、及び擬似微分部15(観測値取得部)を備える。
摩擦補償部16Aは、差分演算部161(指令値取得部)、摩擦演算部162A(観測値取得部)、補償部163、及び補正部164を備える。
摩擦演算部162Aは、変換部1621A及び摩擦モデル記憶部1622Aを備える。
補償部163は、摩擦補償フィルタ記憶部1631を備える。
なお、制御装置10と同様の機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
FIG. 10 is a block diagram showing the functional configuration of the control device 10A according to this embodiment.
As shown in FIG. 10, the control device 10A includes a control section 101 and a friction compensation section 16A. The control device 10A controls the controlled machine 2 .
The control unit 101 includes a position proportional control unit 11 (command value acquisition unit, observation value acquisition unit), a velocity proportional integral control unit 12, a calculation unit 13, a current control unit 14, and a pseudo differentiation unit 15 (observation value acquisition unit). Prepare.
The friction compensator 16A includes a difference calculator 161 (command value acquirer), a friction calculator 162A (observed value acquirer), a compensator 163 and a corrector 164 .
The friction calculation section 162A includes a conversion section 1621A and a friction model storage section 1622A.
The compensation section 163 includes a friction compensation filter storage section 1631 .
Note that functional units having functions similar to those of the control device 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

変換部1621Aは、モータ21(図1)に取り付けられているエンコーダ(不図示)が出力するエンコード値(観測値)を取得する。取得するエンコード値は、制御部101の制御によって回転角度が変化する制御対象機械2のモータ21(図1)の回転角度であるモータ角度である。変換部1621Aは、例えば、このモータ角度を、モータから負荷への伝達特性を通過させて負荷速度を推定する。そして、変換部1621Aは、例えば、この負荷速度値を参照して、摩擦モデルから現在作用している摩擦力を推定する。なお、変換部1621Aは、例えば、モータ角度から負荷の速度の伝達関数に対してノッチフィルタをかけて設計する。 The converter 1621A acquires an encoded value (observed value) output by an encoder (not shown) attached to the motor 21 (FIG. 1). The encoded value to be acquired is the motor angle, which is the rotation angle of the motor 21 ( FIG. 1 ) of the controlled machine 2 whose rotation angle changes under the control of the control unit 101 . The converter 1621A, for example, passes this motor angle through the transmission characteristic from the motor to the load to estimate the load speed. Then, the conversion unit 1621A, for example, refers to this load speed value and estimates the currently acting frictional force from the friction model. Note that the converter 1621A is designed by, for example, applying a notch filter to the transfer function of the speed of the load from the motor angle.

摩擦モデル記憶部1622Aは、例えばLuGreモデルやGMSモデルなど精緻にモデル化された摩擦モデルを記憶する。なお、LuGreモデルは、Dahlの摩擦モデルを拡張した摩擦モデルである。また、GMSモデルは、N個の特性の異なるブロックとばねが並列に接続されている摩擦モデルである。 The friction model storage unit 1622A stores a finely modeled friction model such as a LuGre model or a GMS model. The LuGre model is a friction model obtained by extending the Dahl friction model. The GMS model is a friction model in which N blocks with different characteristics and springs are connected in parallel.

摩擦演算部162Aは、変換部1621Aが変換した速度を用いて、摩擦モデル記憶部1622が記憶する摩擦モデルを参照して、速度に対応する摩擦量を求めることで摩擦推定値(補正指令値)を求める。 The friction calculation unit 162A uses the speed converted by the conversion unit 1621A to refer to the friction model stored in the friction model storage unit 1622, and obtains the friction amount corresponding to the speed, thereby obtaining an estimated friction value (correction command value). Ask for

以下、補償部163及び補正部164の処理は、制御装置10と同様である。 After that, the processing of the compensator 163 and the corrector 164 is the same as that of the control device 10 .

制御対象機械2は、負荷にセンサ(エンコーダ)のないセミクローズドの制御となっていることが多い。このような場合は、負荷にエンコーダを取り付ける構成を実現するにはコストがかかる。一方、制御対象機械2のモータ21(図1)がエンコーダを備えている場合が少なくない。このような構成では、第1実施形態の構成より、本実施形態の構成の方が実現しやすく、エンコーダの追加が不要であるのでコストアップがない。
そして、本実施形態の構成で得られる結果は、第1実施形態の構成と同等である。
The controlled machine 2 is often under semi-closed control without a sensor (encoder) on the load. In such a case, it is costly to implement a configuration in which the encoder is attached to the load. On the other hand, the motor 21 (FIG. 1) of the controlled machine 2 often has an encoder. With such a configuration, the configuration of the present embodiment is easier to implement than the configuration of the first embodiment, and there is no need to add an encoder, so there is no cost increase.
The results obtained with the configuration of this embodiment are the same as those of the configuration of the first embodiment.

以上のように、本実施形態では、モータ21(図1)のエンコーダの出力値に基づいて、摩擦の影響をキャンセルするようにした。
これにより、本実施形態では、第1実施形態と同等の効果を得ることができる。
As described above, in this embodiment, the influence of friction is canceled based on the output value of the encoder of the motor 21 (FIG. 1).
Thereby, in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

<第3実施形態>
第1実施形態の制御装置10、または第2実施形態の制御装置10Aは、外乱オブザーバ部を備えていてもよい。
<Third Embodiment>
The control device 10 of the first embodiment or the control device 10A of the second embodiment may include a disturbance observer section.

図11は、本実施形態に係る制御装置10Bの機能構成を示すブロック図である。図11は、第2実施形態の制御装置10Aに本実施形態を適用した例である。制御装置10Aと同様の機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
図11に示すように、制御装置10Bは、制御部101B、摩擦補償部16A、及び第1の外乱オブザーバ部17を備える。
制御部101Bは、位置比例制御部11(指令値取得部、観測値取得部)、速度比例積分制御部12、演算部13B、電流制御部14、及び擬似微分部15(観測値取得部)を備える。
第1の外乱オブザーバ部17は、モデル記憶部171を備える。
FIG. 11 is a block diagram showing the functional configuration of the control device 10B according to this embodiment. FIG. 11 shows an example in which the present embodiment is applied to the control device 10A of the second embodiment. The functional units having the same functions as those of the control device 10A are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
As shown in FIG. 11, the control device 10B includes a control section 101B, a friction compensation section 16A, and a first disturbance observer section 17. As shown in FIG.
The control unit 101B includes the position proportional control unit 11 (command value acquisition unit, observation value acquisition unit), velocity proportional integral control unit 12, calculation unit 13B, current control unit 14, and pseudo differentiation unit 15 (observation value acquisition unit). Prepare.
The first disturbance observer section 17 includes a model storage section 171 .

モデル記憶部171は、例えば図9に示した制御対象機械2の物理モデルと、制御対象機械2の物理モデルの逆モデルとを記憶する。なお、モデル記憶部171は、図9に示した制御対象機械2の物理モデルを簡略化した物理モデルと、制御対象機械2の物理モデルを簡略化の逆モデルとを記憶する。制御対象機械2の物理モデルを簡略化した物理モデルとは、例えばモータ21(図1)、ギア22(図1)、テーブル23(図1)のうちの2つを含むモデルである。 The model storage unit 171 stores, for example, the physical model of the controlled machine 2 shown in FIG. 9 and the inverse model of the physical model of the controlled machine 2 . The model storage unit 171 stores a physical model obtained by simplifying the physical model of the controlled machine 2 shown in FIG. 9 and an inverse model of the simplified physical model of the controlled machine 2 . A simplified physical model of the controlled machine 2 is a model including, for example, two of the motor 21 (FIG. 1), the gear 22 (FIG. 1), and the table 23 (FIG. 1).

第1の外乱オブザーバ部17は、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*(制御信号)と、擬似微分部15が出力するモータ速度観測値ωとを取得する。第1の外乱オブザーバ部17は、モデル記憶部171が記憶する制御対象機械2の物理モデルにトルク指令値τ*を入力して速度を求める。第1の外乱オブザーバ部17は、求めた速度と、モータ速度観測値ωとの速度差を求める。第1の外乱オブザーバ部17は、モデル記憶部171が記憶する制御対象機械2の物理モデルの逆モデルに求めた速度差を入力して、補正値εを求める。第1の外乱オブザーバ部17は、補正値εを演算部13Bに出力する。 The first disturbance observer unit 17 acquires the torque command value τ* (control signal) output by the speed proportional integral control unit 12 and the motor speed observation value ω M output by the pseudo differentiation unit 15 . The first disturbance observer unit 17 inputs the torque command value τ* to the physical model of the controlled machine 2 stored in the model storage unit 171 to obtain the speed. The first disturbance observer unit 17 obtains a speed difference between the obtained speed and the motor speed observed value ωM . The first disturbance observer unit 17 inputs the obtained speed difference to the inverse model of the physical model of the controlled machine 2 stored in the model storage unit 171 to obtain the correction value ε. The first disturbance observer section 17 outputs the correction value ε to the calculation section 13B.

演算部13Bは、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*に、摩擦補償部16の補正部164が出力する補正トルク指令値Δτ*と、第1の外乱オブザーバ部17が出力する補正値εとを加算する。演算部13Bは、加算後のトルク指令値τ*を電流制御部14に出力する。換言すると、この補正値εは、指令値と観測値との差である応答差を打ち消すトルク指令である。 The calculation unit 13B combines the torque command value τ* output by the speed proportional integral control unit 12 with the corrected torque command value Δτ* output by the correction unit 164 of the friction compensation unit 16 and the first disturbance observer unit 17. and the correction value ε. The calculation unit 13B outputs the torque command value τ* after addition to the current control unit 14 . In other words, this correction value ε is a torque command that cancels the response difference, which is the difference between the command value and the observed value.

摩擦モデルを精緻にモデル化することで、従来よりも精度の高い摩擦補償が可能になる。しかしながら、ロバスト性が低いことと、非線形性の小さい範囲で適用すると精度悪化を招く場合がある。
このため、本実施形態では、第1の外乱オブザーバ部17を更に備えるようにした。
By modeling the friction model in detail, it becomes possible to perform friction compensation with higher accuracy than before. However, it has low robustness and may lead to deterioration of accuracy when applied in a small nonlinear range.
Therefore, in this embodiment, the first disturbance observer section 17 is further provided.

これにより、本実施形態では、第1の外乱オブザーバ部17が求めた補正値εによって非線形成分を補償することができる。なお、外乱オブザーバで発生する遅れ(信号を受けてから補償することによる無駄時間)に対しては、先行してフィードフォワードが指令を発生することで対処することができる。このように、本実施形態では両者を組み合わせた相乗効果によって、スティックスリップなどの非線形特性を補償できる。
なお、第1実施形態で説明した制御装置10が第1の外乱オブザーバ部17を更に備えた場合であっても、同様の効果を得ることができる。
Thus, in this embodiment, the nonlinear component can be compensated for by the correction value ε obtained by the first disturbance observer section 17 . It should be noted that the delay caused by the disturbance observer (waste time due to compensation after receiving the signal) can be dealt with by the feedforward issuing a command in advance. Thus, in this embodiment, nonlinear characteristics such as stick-slip can be compensated for by the synergistic effect of the combination of the two.
Even if the control device 10 described in the first embodiment further includes the first disturbance observer section 17, similar effects can be obtained.

<第4実施形態>
第3実施形態では、第1の外乱オブザーバ部17(図11)が生成した補正値によって、トルク指令値を補正する例を説明した。本実施形態では、外乱オブザーバ部が生成した補正値εを元に、フィードフォワード補正量を逐次更新する例を説明する。本実施形態においても、第1実施例の制御装置10、または第2実施形態の制御装置10Aに適用することができる。
<Fourth Embodiment>
3rd Embodiment demonstrated the example which correct|amends a torque command value with the correction value which the 1st disturbance observer part 17 (FIG. 11) produced|generated. In this embodiment, an example in which the feedforward correction amount is sequentially updated based on the correction value ε generated by the disturbance observer unit will be described. This embodiment can also be applied to the control device 10 of the first embodiment or the control device 10A of the second embodiment.

図12は、本実施形態に係る制御装置10Cの機能構成を示すブロック図である。図12は、第2実施形態の制御装置10Aに本実施形態を適用した例である。制御装置10Aと同様の機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
図12に示すように、制御装置10Cは、制御部101、摩擦補償部16C、及び第2の外乱オブザーバ部17C(または第3の外乱オブザーバ部17D)を備える。第2の外乱オブザーバ部17C(または第3の外乱オブザーバ部17D)は、モデル記憶部171を備える。
制御部101は、位置比例制御部11(指令値取得部、観測値取得部)、速度比例積分制御部12、演算部13、電流制御部14、及び擬似微分部15(観測値取得部)を備える。
摩擦補償部16Cは、差分演算部161(指令値取得部)、摩擦演算部162C(観測値取得部)、補償部163C、及び補正部164を備える。
摩擦演算部162Cは、変換部1621及び摩擦モデル記憶部1622を備える。
補償部163Cは、摩擦補償フィルタ記憶部1631を備える。
FIG. 12 is a block diagram showing the functional configuration of the control device 10C according to this embodiment. FIG. 12 shows an example in which the present embodiment is applied to the control device 10A of the second embodiment. The functional units having the same functions as those of the control device 10A are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
As shown in FIG. 12, the control device 10C includes a control section 101, a friction compensation section 16C, and a second disturbance observer section 17C (or a third disturbance observer section 17D). The second disturbance observer section 17C (or the third disturbance observer section 17D) has a model storage section 171 .
The control unit 101 includes a position proportional control unit 11 (command value acquisition unit, observation value acquisition unit), a velocity proportional integral control unit 12, a calculation unit 13, a current control unit 14, and a pseudo differentiation unit 15 (observation value acquisition unit). Prepare.
The friction compensator 16C includes a difference calculator 161 (command value acquirer), a friction calculator 162C (observed value acquirer), a compensator 163C, and a corrector 164 .
The friction calculation unit 162C includes a conversion unit 1621 and a friction model storage unit 1622.
The compensator 163</b>C includes a friction compensation filter storage unit 1631 .

第2の外乱オブザーバ部17Cは、速度比例積分制御部12が出力するトルク指令値τ*と、擬似微分部15が出力するモータ速度観測値ωとを取得する。第2の外乱オブザーバ部17Cは、モデル記憶部171が記憶する制御対象機械2の物理モデルにトルク指令値τ*を入力して速度を求める。第2の外乱オブザーバ部17Cは、求めた速度と、モータ速度観測値ωとの速度差を求める。第2の外乱オブザーバ部17Cは、モデル記憶部171が記憶する制御対象機械2の物理モデルの逆モデルに求めた速度差を入力して、補正値εを求める。第2の外乱オブザーバ部17Cは、補正値εを摩擦演算部162Cに出力する。なお、第3の外乱オブザーバ部17Dについては後述する。 A second disturbance observer unit 17C acquires the torque command value τ* output by the speed proportional integral control unit 12 and the motor speed observation value ω M output by the pseudo differentiation unit 15 . The second disturbance observer unit 17C inputs the torque command value τ* to the physical model of the controlled machine 2 stored in the model storage unit 171 to obtain the speed. The second disturbance observer unit 17C obtains a speed difference between the obtained speed and the motor speed observed value ωM . The second disturbance observer unit 17C inputs the obtained speed difference to the inverse model of the physical model of the controlled machine 2 stored in the model storage unit 171 to obtain the correction value ε. The second disturbance observer section 17C outputs the correction value ε to the friction calculation section 162C. The third disturbance observer section 17D will be described later.

摩擦演算部162Cは、変換部1621が変換した速度を用いて、摩擦モデル記憶部1622が記憶する摩擦モデルを参照して、速度に対応する摩擦量を求めることで、摩擦推定値(補正指令値)を求める。摩擦演算部162Cは、第2の外乱オブザーバ部17Cが出力する補正値εを用いて、フィードフォワード補正量Kを求める。例えば、摩擦演算部162Cは、K=(1+ε/E)(ただしEは定数)によってフィードフォワード補正量Kを求める。フィードフォワード補正量Kは、例えばゲインである。摩擦演算部162Cは、求めた摩擦推定値にフィードフォワード補正量K(例えば1、1.1、1.2、・・・)を乗じて摩擦推定値(補正指令値)を逐次更新する。
例えば、摩擦演算部162Cは、補正値εが大きいほど摩擦外乱が大きく十分に補償されていないとみなしてKを大きくする。摩擦演算部162Cは、逆に補正値εが小さい場合、十分に摩擦が補償されているとみなしてKをデフォルトである1に近づける。
The friction calculation unit 162C uses the speed converted by the conversion unit 1621 to refer to the friction model stored in the friction model storage unit 1622 to obtain the friction amount corresponding to the speed, thereby obtaining the estimated friction value (correction command value ). The friction calculator 162C obtains the feedforward correction amount K using the correction value ε output by the second disturbance observer 17C. For example, the friction calculator 162C obtains the feedforward correction amount K by K=(1+ε/E) (where E is a constant). The feedforward correction amount K is, for example, gain. The friction calculation unit 162C sequentially updates the estimated friction value (correction command value) by multiplying the obtained estimated friction value by a feedforward correction amount K (eg, 1, 1.1, 1.2, . . . ).
For example, the friction calculation unit 162C increases K on the assumption that the larger the correction value ε, the greater the frictional disturbance and the insufficient compensation. Conversely, when the correction value ε is small, the friction calculation unit 162C considers that the friction is sufficiently compensated and brings K close to 1, which is the default.

以上のように、本実施形態では、第2の外乱オブザーバ部17Cの補正値εを元に、フィードフォワード補正量Kを逐次更新するようにした。
第2の外乱オブザーバ部17Cによる補正値εは、外乱の推定誤差を示している。推定誤差が大きいということは摩擦が大きいということなので、本実施形態では、これを補正すべくフィードフォワード補正量を大きくする。オブザーバでも補正可能だが、制御対象機械2の共振など機械特性によりオブザーバ帯域を上げられない場合には補正が遅れる。このような場合は、フィードフォワードで補正したほうが遅れを少なくできるので、即時非線形特性を補償できる。
As described above, in the present embodiment, the feedforward correction amount K is sequentially updated based on the correction value ε of the second disturbance observer section 17C.
The correction value ε by the second disturbance observer unit 17C indicates the disturbance estimation error. A large estimation error means a large amount of friction, so in the present embodiment, the feedforward correction amount is increased to correct this. Correction is also possible with an observer, but correction is delayed if the observer band cannot be increased due to mechanical characteristics such as resonance of the machine 2 to be controlled. In such a case, feedforward correction can reduce the delay, so that the nonlinear characteristics can be compensated immediately.

なお、上述した例では、摩擦演算部162Cのフィードフォワード補正量Kを逐次更新する例を説明したが、これに限らない。例えば、摩擦演算部162Cは、補正値εに基づいて、図9を用いて説明した物理モデルのパラメータを可変するようにしてもよい、可変するパラメータは、温度等によって変化しやすいパラメータであってもよい。 In addition, although the example mentioned above demonstrated the example which updates the feedforward correction amount K of 162 C of friction calculating parts one by one, it does not restrict to this. For example, the friction calculation unit 162C may vary the parameters of the physical model described with reference to FIG. 9 based on the correction value ε. good too.

さらに、補償部163Cのフィードフォワード補正量K’を逐次更新するようにしてもよい。この場合、第3の外乱オブザーバ部17Dは、補正値εを摩擦演算部162Cに出力せず補償部163Cに出力するようにしてもよい。 Furthermore, the feedforward correction amount K' of the compensator 163C may be updated sequentially. In this case, the third disturbance observer section 17D may output the correction value ε to the compensation section 163C without outputting it to the friction calculation section 162C.

補償部163Cは、摩擦演算部162Cが出力する摩擦推定値(補正指令値)に対して、摩擦補償フィルタ記憶部1631が記憶する摩擦補償フィルタを用いて、多慣性系の位相遅れや位相進みを補償する摩擦補償値(補正指令値)を求める。補償部163Cは、第3の外乱オブザーバ部17Dが出力する補正値εを用いて、フィードフォワード補正量K’を求めるようにしてもよい。例えば、補償部163Cは、K’=(1+ε/E’)(ただしE’は定数)によってフィードフォワード補正量K’を求めるようにしてもよい。補償部163Cは、求めた摩擦補償値にフィードフォワード補正量K’(例えば1、1.1、1.2、・・・)を乗じて摩擦補償値(補正指令値)を逐次更新するようにしてもよい。 The compensation unit 163C uses the friction compensation filter stored in the friction compensation filter storage unit 1631 to adjust the phase delay and phase lead of the multi-inertia system with respect to the friction estimated value (correction command value) output by the friction calculation unit 162C. A friction compensation value (correction command value) to be compensated is obtained. The compensator 163C may obtain the feedforward correction amount K' using the correction value ? output by the third disturbance observer 17D. For example, the compensator 163C may obtain the feedforward correction amount K' by K'=(1+ε/E') (where E' is a constant). The compensation unit 163C multiplies the obtained friction compensation value by a feedforward correction amount K' (eg, 1, 1.1, 1.2, . . . ) to sequentially update the friction compensation value (correction command value). may

補償部163Cは、補正値εに基づいて、図9を用いて説明した物理モデルのパラメータを可変するようにしてもよい、可変するパラメータは、温度等によって変化しやすいパラメータであってもよい。 The compensator 163C may vary the parameters of the physical model described with reference to FIG. 9 based on the correction value ε.

なお、上述した各実施形態では、制御対象機械2が、図1に示したようなモータ21とギア22とテーブル23を備える機械であり、ステージの位置決め制御の対象例を示したが、これに限らない。制御対象機械2が、例えば6軸のマニピュレータを有するロボットであってもよく、制御装置10(または10A、10B、10C)は、各関節の角度や各速度の制御を行うようにしてもよい。また、制御対象機械2が、スティックスリップなど非線形要素が強く位置決め制御偏差が発生する装置等であってもよい。 In each of the above-described embodiments, the machine 2 to be controlled is a machine including the motor 21, the gear 22, and the table 23 as shown in FIG. Not exclusively. The machine 2 to be controlled may be, for example, a robot having a six-axis manipulator, and the control device 10 (or 10A, 10B, 10C) may control the angle of each joint and each speed. Also, the machine 2 to be controlled may be a device that has strong nonlinear elements such as stick-slip and causes positioning control deviation.

なお、上述した各実施形態では、制御装置10(または10A、10B、10C)が補償部163(または163C)と補正部164を備える例を説明したが、これに限らない。制御装置10(または10A、10B、10C)は、補正部164を備えていなくてもよい。この場合であっても、制御ループにおける位相遅れや位相進みの補償を行うことができる。
また、制御装置10(または10A、10B、10C)は、補償部163(または163C)を備えていなくてもよい。この場合であっても、角度指令差分値Δθ*に応じて、摩擦補償値の出力を補正部164が補正することで、スティックスリップ現象の振動を助長しないようにすることができる。
In each of the embodiments described above, an example in which the control device 10 (or 10A, 10B, or 10C) includes the compensator 163 (or 163C) and the corrector 164 has been described, but the present invention is not limited to this. The control device 10 (or 10A, 10B, 10C) does not have to include the corrector 164 . Even in this case, it is possible to compensate for phase lag and phase lead in the control loop.
Also, the control device 10 (or 10A, 10B, 10C) does not have to include the compensator 163 (or 163C). Even in this case, the correction unit 164 corrects the output of the friction compensation value according to the angle command difference value Δθ M *, so that the vibration due to the stick-slip phenomenon can be prevented from being promoted.

なお、本発明における制御装置10(または10A、10B、10Cの機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより制御装置10(または10A、10B、10C)が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 A program for realizing all or part of the functions of the control device 10 (or 10A, 10B, 10C) in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium is executed by a computer. All or part of the processing performed by the control device 10 (or 10A, 10B, 10C) may be performed by loading and executing the system. "Computer system" shall also include a WWW system equipped with a homepage providing environment (or display environment).In addition, "computer-readable recording medium" shall include flexible discs, optical It refers to portable media such as magnetic disks, ROMs, CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems.In addition, "computer-readable recording media" refers to networks such as the Internet, telephone lines, etc. It also includes a volatile memory (RAM) inside a computer system that serves as a server or a client when the program is transmitted via the communication line of (1), which holds the program for a certain period of time.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 Further, the above program may be transmitted from a computer system storing this program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in a transmission medium. Here, the "transmission medium" for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. Further, the program may be for realizing part of the functions described above. Furthermore, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in the computer system.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。 As described above, the mode for carrying out the present invention has been described using the embodiments, but the present invention is not limited to such embodiments at all, and various modifications and replacements can be made without departing from the scope of the present invention. can be added.

1…工作機械、
10,10A,10B,10C…制御装置、
2…制御対象機械、
101,101B…制御部、
11…位置比例制御部(指令値取得部、観測値取得部)、
12…速度比例積分制御部、
13,13B…演算部、
14…電流制御部、
15…擬似微分部(観測値取得部)、
16,16A,16C…摩擦補償部、
161…差分演算部(指令値取得部)、
162,162A,162C…摩擦演算部(観測値取得部)、
163,163C…補償部、
164…補正部、
1621,1621A…変換部、
1622,1622A…摩擦モデル記憶部、
1631…摩擦補償フィルタ記憶部、
17…第1の外乱オブザーバ部、
17C…第2の外乱オブザーバ部、
17D…第3の外乱オブザーバ部、
171…モデル記憶部、
21…モータ、
22…ギア、
23…テーブル、
θ*…モータ位置指令値、
θ…モータ位置観測値、
ω*…モータ速度指令値、
ω…モータ速度観測値、
τ*…トルク指令値、
Δτ*…補正トルク指令値、
τ…トルク、
Δθ*…角度指令差分値、
P(s)…閉ループの伝達関数、
F,F…線形係数、
…モータの慣性モーメント、
…モータの粘性係数、
…ギアの慣性モーメント、
…ギアの粘性係数、
…テーブルの慣性モーメント、
…テーブルの粘性係数、
…モータとギアとを連結する連結部材の剛性係数、
…ギアとテーブルとを連結する連結部材の剛性係数、
G…関数(摩擦補償フィルタ)、
ω…テーブル速度観測値、
fL…摩擦抵抗、
K,K’…フィードフォワード補正量、
ε…補正値
1... machine tools,
10, 10A, 10B, 10C... control device,
2 ... machine to be controlled,
101, 101B...control unit,
11 ... position proportional control unit (command value acquisition unit, observation value acquisition unit),
12... Velocity proportional integral control section,
13, 13B... calculator,
14 ... current control unit,
15 Pseudo differential unit (observed value acquisition unit),
16, 16A, 16C...friction compensator,
161 ... Difference calculation unit (command value acquisition unit),
162, 162A, 162C ... friction calculation unit (observation value acquisition unit),
163, 163C... compensator,
164 ... correction unit,
1621, 1621A ... conversion unit,
1622, 1622A ... friction model storage unit,
1631 ... friction compensation filter storage unit,
17 ... the first disturbance observer section,
17C ... second disturbance observer section,
17D ... third disturbance observer section,
171 ... model storage unit,
21... motor,
22 gear,
23 ... table,
θ M *... motor position command value,
θ M … Observed motor position,
ω M *... motor speed command value,
ω M … motor speed observed value,
τ*: Torque command value,
Δτ*: corrected torque command value,
τ…Torque,
Δθ M * ... angle command difference value,
P(s): closed-loop transfer function,
F, F C … linear coefficients,
J M … Moment of inertia of the motor,
D M … viscosity coefficient of the motor,
J d … moment of inertia of gear,
D d … gear viscosity coefficient,
J L … moment of inertia of the table,
D L … viscosity coefficient of the table,
K g … Rigidity coefficient of the connecting member that connects the motor and the gear,
K R … Rigidity coefficient of the connecting member that connects the gear and the table,
G ... function (friction compensation filter),
ω L … Table velocity observed value,
T fL … Frictional resistance,
K, K' ... feedforward correction amount,
ε…Correction value

Claims (11)

制御対象機械に対する指令値を取得する指令値取得部と、
前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、
前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御する制御部と、
前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求める摩擦演算部と、
前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行う補償部と、
を備え、
前記観測値は、前記制御部の制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦演算部は、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
制御装置。
a command value acquisition unit that acquires a command value for the machine to be controlled;
an observation value acquisition unit that acquires an observation value for the machine to be controlled;
a control unit that controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value;
a friction calculation unit that calculates a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model applied to the controlled machine;
a compensating unit for compensating for a phase shift with the controlled machine in a control loop with respect to the frictional force and correcting the command value;
with
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle changes under the control of the control unit;
The friction calculation unit uses the transfer function of the controlled machine and a notch filter to convert the motor angle into a movement speed of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit.
Control device.
前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向にさらに基づいて、前記指令値を補正する補正部、を更に備える、請求項1に記載の制御装置。 2. The control device according to claim 1, further comprising a correction unit that corrects said command value further based on the direction of movement of said controlled machine indicated by said command value. 前記観測値は、更に、前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の位置パラメータを含み、
前記摩擦演算部は、更に、前記負荷の位置パラメータを微分処理して前記制御対象機械における負荷の移動速度に変換する、請求項1または請求項2に記載の制御装置。
The observed value further includes a position parameter of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit,
3. The control device according to claim 1, wherein the friction calculation unit further differentiates the position parameter of the load to convert it into a moving speed of the load in the machine to be controlled.
前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に適用される物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた速度と前記観測値に基づく値との偏差にさらに基づいて前記指令値を補正する第1の外乱オブザーバ部、を更に備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の制御装置。 The speed of the controlled machine is obtained based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model applied to the controlled machine, and the The control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a first disturbance observer section that corrects the command value. 前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に応じた物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた前記速度と前記観測値に基づく値との偏差に基づいて補正値を生成し、生成した前記補正値を前記摩擦演算部に出力する第2の外乱オブザーバ部、を更に備え、
前記摩擦演算部は、前記第2の外乱オブザーバ部が出力した前記補正値に基づいて、求めた前記摩擦力を更新する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の制御装置。
A speed of the controlled machine is determined based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model corresponding to the controlled machine, and a correction value is based on the deviation between the determined speed and the value based on the observed value. and a second disturbance observer unit that outputs the generated correction value to the friction calculation unit,
The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the friction calculation section updates the obtained friction force based on the correction value output by the second disturbance observer section.
前記指令値と前記観測値の偏差と前記制御対象機械に応じた物理モデルに基づいて前記制御対象機械の速度を求め、求めた速度と前記観測値に基づく値との偏差に基づいて補正値を生成し、生成した前記補正値を前記補償部に出力する第3の外乱オブザーバ部、を更に備え、
前記補償部は、前記第3の外乱オブザーバ部が出力した前記補正値に基づいて、前記指令値の補正を行う、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の制御装置。
A speed of the controlled machine is obtained based on the deviation between the command value and the observed value and a physical model corresponding to the controlled machine, and a correction value is calculated based on the deviation between the speed obtained and the value based on the observed value. A third disturbance observer unit that generates and outputs the generated correction value to the compensation unit,
The control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the compensation section corrects the command value based on the correction value output by the third disturbance observer section.
制御対象機械に対する指令値を取得する指令値取得部と、
前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、
前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御する制御部と、
前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求める摩擦演算部と、
前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行う補正部と、
を備え、
前記観測値は、前記制御部の制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦演算部は、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
制御装置。
a command value acquisition unit that acquires a command value for the machine to be controlled;
an observation value acquisition unit that acquires an observation value for the machine to be controlled;
a control unit that controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value;
a friction calculation unit that calculates a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model corresponding to the controlled machine;
a correction unit that corrects the value based on the frictional force based on the movement direction of the controlled machine indicated by the command value to correct the command value;
with
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle changes under the control of the control unit;
The friction calculation unit uses the transfer function of the controlled machine and a notch filter to convert the motor angle into a movement speed of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit.
Control device.
指令値取得部が、制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、
観測値取得部が、前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、
制御部が、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御するステップと、
摩擦演算部が、前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、
補償部が、前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行うステップと、
を含み、
前記観測値は、前記制御部の制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦力を求めるステップでは、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
制御方法。
a command value acquiring unit acquiring a command value for the machine to be controlled;
an observed value acquisition unit configured to acquire an observed value of the machine to be controlled;
a step in which a control unit controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value;
a friction calculation unit obtaining a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model applied to the controlled machine;
a step in which a compensator compensates for a phase shift with the controlled machine in a control loop with respect to the frictional force to correct the command value;
including
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle changes under the control of the control unit;
In the step of obtaining the frictional force, the motor angle is converted into a movement speed of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit, using a transfer function of the controlled machine and a notch filter.
control method.
指令値取得部が、制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、
観測値取得部が、前記制御対象機械についての観測値を取得するステップと、
制御部が、前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御すると、
摩擦演算部が、前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、
補正部が、前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行うステップと、
を含み、
前記観測値は、前記制御部の制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦力を求めるステップでは、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御部の制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
制御方法。
a command value acquiring unit acquiring a command value for the machine to be controlled;
an observation value acquisition unit acquiring an observation value for the machine to be controlled;
When the control unit controls the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value,
a friction calculation unit obtaining a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model corresponding to the controlled machine;
a step in which a correction unit corrects the command value by correcting the value based on the frictional force based on the movement direction of the controlled machine indicated by the command value;
including
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle changes under the control of the control unit;
In the step of obtaining the frictional force, the motor angle is converted into a movement speed of the load of the controlled machine whose position changes under the control of the control unit, using a transfer function of the controlled machine and a notch filter.
control method.
制御対象機械を制御する制御装置のコンピュータに、
前記制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、
前記制御対象機械についての観測値を取得する観測値取得部と、
前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御するステップと、
前記観測値と前記制御対象機械に適用される摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、
前記摩擦力に対して、制御ループにおける前記制御対象機械との位相のずれの補償を行って前記指令値の補正を行うステップと、
を実行させるプログラムであって、
前記観測値は、前記制御対象機械を制御するステップにおける制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦力を求めるステップでは、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御対象機械を制御するステップにおける制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
プログラム。
In the computer of the control device that controls the machine to be controlled,
obtaining a command value for the machine to be controlled;
an observation value acquisition unit that acquires an observation value for the machine to be controlled;
controlling the controlled machine so as to eliminate the difference between the command value and the observed value;
obtaining a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model applied to the controlled machine;
a step of compensating for a phase shift with the controlled machine in a control loop with respect to the frictional force to correct the command value;
A program that executes
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle is changed by the control in the step of controlling the controlled machine,
In the step of obtaining the frictional force, the movement speed of the load of the controlled machine whose position is changed by the control in the step of controlling the controlled machine from the motor angle using the transfer function and the notch filter of the controlled machine. convert to,
program.
制御対象機械を制御する制御装置のコンピュータに、
前記制御対象機械に対する指令値を取得するステップと、
前記制御対象機械についての観測値を取得するステップと、
前記指令値と前記観測値の差を解消するように前記制御対象機械を制御すると、
前記観測値と前記制御対象機械に応じた摩擦モデルに基づいて前記制御対象機械に作用する摩擦力を求めるステップと、
前記指令値が示す前記制御対象機械の移動方向に基づいて、前記摩擦力に基づく値を補正して前記指令値の補正を行うステップと、
を実行させるプログラムであって、
前記観測値は、前記制御対象機械を制御するステップにおける制御によって回転角度が変化する前記制御対象機械のモータの回転角度であるモータ角度であり、
前記摩擦力を求めるステップでは、前記制御対象機械の伝達関数及びノッチフィルタを用いて、前記モータ角度から前記制御対象機械を制御するステップにおける制御によって位置が変化する前記制御対象機械の負荷の移動速度に変換する、
プログラム。
In the computer of the control device that controls the machine to be controlled,
obtaining a command value for the machine to be controlled;
obtaining observations about the controlled machine;
When the controlled machine is controlled to eliminate the difference between the command value and the observed value,
obtaining a frictional force acting on the controlled machine based on the observed value and a friction model corresponding to the controlled machine;
a step of correcting the command value by correcting the value based on the frictional force based on the movement direction of the controlled machine indicated by the command value;
A program that executes
The observed value is a motor angle, which is the rotation angle of the motor of the controlled machine whose rotation angle is changed by the control in the step of controlling the controlled machine,
In the step of obtaining the frictional force, the movement speed of the load of the controlled machine whose position is changed by the control in the step of controlling the controlled machine from the motor angle using the transfer function and the notch filter of the controlled machine. convert to,
program.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210273A (en) 2007-02-27 2008-09-11 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Method of compensating friction, friction compensator, and motor control device
JP2014174854A (en) 2013-03-12 2014-09-22 Brother Ind Ltd Numerical control apparatus and friction compensation method
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008210273A (en) 2007-02-27 2008-09-11 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Method of compensating friction, friction compensator, and motor control device
JP2014174854A (en) 2013-03-12 2014-09-22 Brother Ind Ltd Numerical control apparatus and friction compensation method
JP2016163370A (en) 2015-02-26 2016-09-05 山洋電気株式会社 Motor control device

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