JP7293905B2 - friction compensator - Google Patents
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Description
本発明は、被駆動体の位置や姿勢等の制御量を目標値に追従させるサーボ制御システムにおいて、特に、被駆動体の速度(運転方向)反転時に発生する機械系摩擦による影響を抑制するための摩擦補償技術に関するものである。 The present invention is intended for a servo control system in which a controlled variable such as the position and attitude of a driven object follows a target value, in particular to suppress the influence of mechanical friction that occurs when the speed (operating direction) of the driven object is reversed. Friction compensation technology.
サーボ制御システムにおいて、被駆動体の位置指令と位置検出値との誤差を補正するフィードバック制御系では、位置誤差を検出した後にその誤差に応じた駆動力が制御対象に与えられるため、被駆動体は位置誤差の発生時刻から遅れて応答することになる。また、サーボ制御システムの駆動系に内在している摩擦力は、特に被駆動体の速度(運転方向)反転時の特性が非線形となる。
これらの現象は、サーボ制御システムの運動制御精度を大きく低下させる原因となっている。
In the servo control system, in the feedback control system that corrects the error between the position command of the driven body and the position detection value, after the position error is detected, a driving force corresponding to the error is applied to the controlled body. responds with a delay from the time of occurrence of the position error. In addition, the frictional force inherent in the drive system of the servo control system exhibits non-linear characteristics particularly when the speed (operating direction) of the driven body is reversed.
These phenomena cause a significant deterioration in the motion control accuracy of the servo control system.
高精度な位置制御が要求される被駆動体については、速度反転時の摩擦による外乱が制御精度に与える影響を少なくすることが重要であり、この問題を解決する技術としては、従来から、フィードバック摩擦補償技術やモデルベースフィードフォワード摩擦補償技術が存在する。
例えば、外乱オブザーバを用いて摩擦を含む外乱を推定し、フィードバック制御により外乱抑圧補償を行って摩擦の影響を抑制することが可能であり、この種の外乱オブザーバによる非線形摩擦補償は速度反転時にも有効であることが知られている。
また、複数の状態量に対応する外乱モデルを用いて外乱推定値をそれぞれ演算し、これらの外乱推定値の和から外乱補正量を生成する技術も一般的に使用されている。
For a driven body that requires high-precision position control, it is important to reduce the influence of frictional disturbances on control accuracy during speed reversal. Friction compensation techniques and model-based feedforward friction compensation techniques exist.
For example, it is possible to estimate disturbances including friction using a disturbance observer and perform disturbance suppression compensation by feedback control to suppress the effects of friction. known to be effective.
A technique is also generally used in which disturbance estimates are calculated using disturbance models corresponding to a plurality of state quantities, and a disturbance correction amount is generated from the sum of these disturbance estimate values.
近年、モデルベース開発はサーボ業界に拡がりを見せており、特にフィードフォワード摩擦補償技術が多く採用されている。
例えば、図14は、速度のフィードバック制御系と位置のフィードフォワード補償器及び摩擦補償装置を備えたサーボ制御システムの機能ブロック図であり、特許文献1に開示されている。
同図において、210は位置制御器、220は電流指令i*を生成する速度制御器、230はフィードフォワード補償器、240は摩擦力(摩擦トルク)Fを推定する摩擦補償装置、241はクーロン摩擦力等の各種パラメータを同定するパラメータ同定部、242は各種パラメータに基づいて摩擦力Fを推定する摩擦推定部、250は摩擦力Fを電流補償指令idisに換算する電流指令換算部、300は電力変換器等からなるドライバ(駆動装置)、400は電動機や被駆動体を含む制御対象としての工作機械を示す。
In recent years, model-based development has spread to the servo industry, and feedforward friction compensation technology has been widely adopted.
For example, FIG. 14 is a functional block diagram of a servo control system that includes a velocity feedback control system, a position feedforward compensator, and a friction compensator, and is disclosed in
In the figure, 210 is a position controller, 220 is a speed controller that generates a current command i * , 230 is a feedforward compensator, 240 is a friction compensator that estimates a friction force (friction torque) F, 241 is a Coulomb friction A parameter identification unit that identifies various parameters such as force, a
図14におけるパラメータ同定部241では、電流指令ic
*と、工作機械400の被駆動体の位置とに基づいて実機摩擦特性を生成し、この実機摩擦特性から、クーロン摩擦力Fc、最大静止摩擦力Fs、各要素の最大摩擦力の比率αi、ばね定数kiをパラメータとして同定する。そして、同定したパラメータを摩擦モデルに採用し、この摩擦モデルと被駆動体の速度とを用いて被駆動体の位置と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算する。
そして、検証用摩擦特性と実機摩擦特性との誤差が許容範囲になるまでクーロン摩擦力Fc、最大静止摩擦力Fs等のパラメータを調整し、上記誤差が許容範囲内になった時の全ての同定パラメータki,αi,Fc,Fsを摩擦推定部242に出力する。
The
Then, parameters such as the Coulomb friction force F c and the maximum static friction force F s are adjusted until the error between the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic falls within the allowable range. to the friction
摩擦推定部242では、入力された最新の同定パラメータを用いて摩擦力Fを推定し、電流指令換算部250は摩擦力Fを電流補償指令idisに換算して出力する。
この電流補償指令idisとフィードフォワード補償器230の出力とを用いて速度制御器220の出力i*を補正することにより、摩擦補償された電流指令ic
*がドライバ300に与えられることとなる。
The
By correcting the output i * of the
前述した特許文献1に係る先行技術には、以下のような問題がある。
まず、位置や速度の動的な特性を考慮すると、特許文献1に数式(1)~(4)として記載された摩擦モデルは構造が複雑であるため、高精度のモデル化及びパラメータ同定が困難になる恐れがある。
一方、一定条件のもとで同定したパラメータに基づいて計算した検証用摩擦特性と実機摩擦特性との間には、システムの同定方法、位置・速度検出器の精度、更にはノイズ等の影響によって必ず誤差が存在する。特許文献1には、上記の誤差が許容範囲内になるように各パラメータを調整する旨、記載されているが、その具体的な手順は何ら開示されていない。
The prior art according to
First, considering the dynamic characteristics of position and speed, the structure of the friction model described as formulas (1) to (4) in
On the other hand, the difference between the verification friction characteristics calculated based on the parameters identified under certain conditions and the actual machine friction characteristics depends on the system identification method, the accuracy of the position/speed detector, noise, etc. There will always be errors. Although
また、特許文献1では、速度や加速度に対するクーロン摩擦力の依存特性を表現できないため、運転状態の変化に伴って制御性能の再現性等のロバスト性を保証できない場合がある。しかも、速度が反転して被駆動体が反対方向に運動するような特殊条件のもとでは、クーロン摩擦力や最大静止摩擦力を調整しても、検証用摩擦特性と実機摩擦特性との誤差が許容範囲内にならない恐れがある。
更に、工作機械の駆動系等に応答遅れがあることを考え併せると、パラメータを調整して上記の誤差が許容範囲内になったとしても、摩擦の影響による制御精度の低下を常に解決できるとは限らない。
Further, in
Furthermore, considering that there is a response delay in the drive system of the machine tool, even if the above error is within the allowable range by adjusting the parameters, it is possible to always solve the decrease in control accuracy due to the influence of friction. is not limited.
そこで、本発明の解決課題は、極力簡易な摩擦モデルを用いて摩擦静特性及び動特性の両者を同時に考慮し、被駆動体の速度(運動方向)が反転する場合でも摩擦力を高精度に推定して適切な摩擦補償を実現可能とした摩擦補償装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to use a friction model that is as simple as possible to simultaneously consider both static friction characteristics and dynamic characteristics, so that the friction force can be calculated with high accuracy even when the speed (movement direction) of the driven body is reversed. To provide a friction compensator capable of realizing appropriate friction compensation by estimation.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、被駆動体の位置や姿勢の制御量を目標値に追従させるサーボ制御システムにおいて前記被駆動体に作用する摩擦力を補償するための摩擦補償装置であって、
前記被駆動体の速度と、この速度に対する摩擦力の立ち上がり係数と、クーロン摩擦力と、粘性摩擦係数と、を含む摩擦モデルを用いて、速度フィードバック制御系の出力に加算する摩擦力を摩擦補償量として推定する摩擦補償量推定手段を備え、
前記摩擦補償量推定手段は、
前記サーボ制御システムの入出力情報と前記摩擦モデルとを用いて、前記立ち上がり係数、前記クーロン摩擦力及び前記粘性摩擦係数を前記摩擦モデルのパラメータとして同定し、同定したパラメータを初期値として異なる加速度条件のもとで前記パラメータを更新して出力するモデルパラメータ演算部と、
前記モデルパラメータ演算部から出力された前記パラメータを用いて前記摩擦補償量を初期化し、前記被駆動体の速度反転時近傍における前記制御量の誤差が最小となるように、前記クーロン摩擦力を更新すると共に、複数の速度テスト信号にそれぞれ対応する複数の加速度と前記立ち上がり係数との関係を取得し、この関係と前記被駆動体の速度及び加速度と前記クーロン摩擦力とに基づいて前記摩擦補償量を推定するモデルベース摩擦補償部と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
Friction compensation for the friction force added to the output of the speed feedback control system using a friction model including the speed of the driven body, the rise coefficient of the friction force with respect to this speed, the Coulomb friction force, and the viscous friction coefficient Equipped with friction compensation amount estimation means for estimating as an amount,
The friction compensation amount estimating means is
Using the input/output information of the servo control system and the friction model, the rise coefficient, the Coulomb friction force, and the viscous friction coefficient are identified as parameters of the friction model, and the identified parameters are used as initial values for different acceleration conditions. a model parameter calculator that updates and outputs the parameters under
The friction compensation amount is initialized using the parameter output from the model parameter calculation unit, and the Coulomb friction force is updated so that an error in the control amount near the speed reversal of the driven body is minimized. Then, obtain the relationship between a plurality of accelerations corresponding to a plurality of speed test signals and the rise coefficient, and determine the friction compensation amount based on this relationship, the speed and acceleration of the driven body, and the Coulomb friction force. a model-based friction compensator that estimates
characterized by comprising
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した摩擦補償装置において、前記モデルパラメータ演算部は、前記被駆動体の速度または加速度と摩擦力との関係を示す実機摩擦特性に基づいて前記摩擦モデルのパラメータを同定することを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した摩擦補償装置において、前記摩擦モデルが、前記被駆動体の速度が正から負、または、負から正に変化する不連続性を連続関数により近似したモデルであることを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項1~3の何れか1項に記載した摩擦補償装置において、前記摩擦モデルのパラメータとして、前記被駆動体の加速度と前記立ち上がり係数との関係におけるヒステリシス幅を含むことを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、運転状況に応じて摩擦補償量を動的に決定し、モデルベースフィードフォワード摩擦補償を行うことにより、速度反転時の摩擦の影響による制御誤差を低減させて適切な摩擦補償を実現することができる。 According to the present invention, the amount of friction compensation is dynamically determined according to the operating conditions, and model-based feedforward friction compensation is performed, thereby reducing control errors due to the effects of friction during speed reversal and providing appropriate friction compensation. can be realized.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に説明する実施形態によって何ら限定されるものではない。
まず、図1は、この実施形態の摩擦補償装置を含むサーボ制御システムの一構成例を示す機能ブロック図であり、例えば、被駆動体を有する工作機械及びその駆動装置を含む制御対象30(伝達関数Gとする)に電流指令等を与えて被駆動体の位置を制御するシステムを想定している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the technical scope of the present invention is not limited at all by the embodiments described below.
First, FIG. 1 is a functional block diagram showing one configuration example of a servo control system including the friction compensator of this embodiment. A system is assumed in which a current command or the like is given to a function G) to control the position of the driven body.
図1において、上位の制御装置から送られた位置指令と制御対象30の位置出力との偏差が減算手段81により演算され、位置フィードバック制御器50は上記偏差をゼロにするように動作して速度指令を出力する。制御対象30の位置出力は微分手段91(sはラプラス演算子)により微分されて速度検出値に変換され、減算手段82は速度指令と速度検出値との偏差を演算すると共に、速度フィードバック制御器20は上記偏差をゼロにするように動作して電流指令(またはトルク指令)を出力する。
In FIG. 1, the deviation between the position command sent from the host control device and the position output of the controlled
また、前記位置指令は、フィードフォワード補償用の逆システム50(制御対象30の伝達関数Gに対して、G-1とする)に入力され、その出力が加算手段83により速度フィードバック制御器40の出力に加算される。
加算手段83の出力は、加算手段84、減算手段85、加算手段86を経て制御対象30に与えられる。なお、加算手段84では、後述するモデルベース摩擦補償部70の出力が加算手段83の出力に加算され、減算手段85では、加算手段84の出力から外乱オブザーバ40による推定外乱が減算されると共に、加算手段86では減算手段85の出力と外乱信号dとが加算される。
In addition, the position command is input to an
The output of the adding means 83 is given to the controlled
更に、前記位置指令は微分手段93及び二階微分手段92に入力されて速度指令及び加速度指令が演算され、これらが摩擦に起因する制御誤差を補償するためのモデルベース摩擦補償部70の摩擦モデルに入力される。また、二階微分手段92の出力である加速度指令はモデルパラメータ演算部60に入力され、この演算部60により同定された摩擦モデルのパラメータがモデルベース摩擦補償部70に入力されている。モデルベース摩擦補償部70では、同定されたパラメータと速度指令及び加速度指令に基づいて補償するべき摩擦力(摩擦補償量)を演算し、前記加算手段84に出力する。
ここで、モデルパラメータ演算部60及びモデルベース摩擦補償部70は、特許請求の範囲における摩擦補償量推定手段を構成している。
Furthermore, the position command is input to the differentiating
Here, the
モデルパラメータ演算部60は、例えば、以下の数式1に示すような簡易な摩擦モデルを用いて複数のパラメータを同定し、モデルベース摩擦補償部70はこれらのパラメータに基づいて摩擦力Tfを推定する。
[数式1]
Tf=Erf(αω)Tcf+Dω
ここで、Erfは誤差関数、αは摩擦力の立ち上がりの傾きを表す立ち上がり係数、ωは被駆動体の速度、Tcfはクーロン摩擦力、Dは粘性摩擦係数である。
The
[Formula 1]
Tf =Erf(αω) Tcf +Dω
Here, Erf is the error function, α is the rise coefficient representing the slope of rise of the friction force, ω is the speed of the driven body, Tcf is the Coulomb friction force, and D is the viscous friction coefficient.
被駆動体の速度ゼロを境として、クーロン摩擦力は正から負、または負から正に不連続に変化するのに対して、数式1のように誤差関数Erfを用いて摩擦力Tfを近似することにより、図2の速度-摩擦力特性に示すように、速度がゼロに近付くにつれて所定の傾きにより滑らかに変化する静的摩擦特性を得ることができる。
なお、モデルパラメータ演算部60の機能については、図5と共に後述する。
While the Coulomb frictional force changes discontinuously from positive to negative or from negative to positive with the zero speed of the driven body as a boundary, the frictional force Tf can be approximated using the error function Erf as shown in
Note that the function of the
図1のモデルベース摩擦補償部70は、図3の機能ブロック図に示すように、モデルベース摩擦補償量計算部71、位相調整部72、ゲイン調整及び出力制限部73、及び出力フィルタ74を備えている。
As shown in the functional block diagram of FIG. 3, the model-based
モデルベース摩擦補償量計算部71は、モデルパラメータ演算部60により同定された摩擦モデルのパラメータと速度情報(速度指令及び加速度指令)とに基づいて、補償するべき摩擦力を計算する。
位相調整部72は、例えば、図2の速度-摩擦力特性を図4のごとく所定のヒステリシスを有する特性に調整する。すなわち、速度が負から正に反転する際、及び、正から負に反転する際に、摩擦力がクーロン摩擦力Tcfに等しくなるように摩擦力の位相を調整し、速度-摩擦力特性を所定の傾きで平滑化する。これにより、サーボ制御システムの応答性を高めて実機の摩擦力のヒステリシス特性を補償すると共に、速度反転前後における摩擦補償量を安定化することができる。なお、ヒステリシス幅は、位相調整部72が摩擦力の位相を調整することで任意に設定可能であり、このヒステリシス幅を摩擦モデルのパラメータに含めても良い。
勿論、上記に代えて、ヒステリシス特性補償及び位相補償を考慮した摩擦モデリングを行っても良い。
The model-based friction
The
Of course, instead of the above, friction modeling considering hysteresis characteristic compensation and phase compensation may be performed.
図3に戻って、位相調整部72に後続するゲイン調整及び出力制限部73は、補償するべき摩擦力の数値的な安定性を保つと共に過剰補償を防止するためのものである。具体的には、モデルパラメータ演算部60により同定した各パラメータを前述した数式1の摩擦モデルに代入することにより計算した摩擦力の初期値の複数倍、例えば3倍程度の大きさに変換する。
ゲイン調整及び出力制限部73に後続する出力フィルタ74は、例えばローパスフィルタ特性を有し、この出力フィルタ74を通して得られた摩擦補償量が前記加算手段84に入力され、速度フィードバック制御器20の出力(詳しくは加算手段83の出力)に加算されてその結果が前記加算手段85に入力される。
Returning to FIG. 3, the gain adjustment and
An
次に、モデルパラメータ演算部60の機能について、図5を参照しつつ説明する。
モデルパラメータ演算部60では、図5に示すように、数式1の摩擦モデルと事前に取得したサーボ制御システムの入出力情報とを用いて、システム同定により摩擦モデルの各種パラメータを同定する(ステップS1)。具体的には、例えば、被駆動体の速度または加速度と摩擦力との関係を示す実機摩擦特性に基づいて各種パラメータを同定する。これらの同定したパラメータを初期値として、異なる加速度条件を与えてチューニングにより動的なパラメータを演算する(同S2)。次いで、加速度とパラメータとの関係を記録しておき(同S3)、実際の運転時の加速度情報を上述の記録済みの関係と照合して動的にパラメータを更新し(同S4)、更新されたパラメータをモデルベース摩擦補償部70に出力する。
Next, functions of the
As shown in FIG. 5, the model
ここで、数式1は、速度に対する摩擦力の静特性のみを考慮した摩擦モデルを対象としている。例えば、図4のように速度-摩擦力特性を調整したとしても、摩擦補償量の立ち上がり係数は一定値であり、実際の運転時において図6のように加速度が種々変化する場合には、速度反転時近傍の微小速度領域における摩擦力を正確に再現することができない。
このため、本実施形態では、速度反転時近傍の微小速度領域における摩擦力の動的な挙動を反映させるように、上述したモデルパラメータ演算部60のチューニングによって動的にパラメータを取得することとした。
Here,
For this reason, in the present embodiment, parameters are dynamically obtained by tuning the model
このモデルパラメータ演算部60によるチューニング動作について、図7,図8を参照しつつ更に説明する。
例えば、図7に示す台形状の速度テスト信号を用い(±ωrは最大速度、Tは加速時間)、サーボ制御システムの運転可能な速度範囲(図7における-ωr~+ωrの範囲)にわたって、加速度が異なる第一速度テスト信号及び第二速度テスト信号を事前に定義しておく。
The tuning operation by this
For example, using the trapezoidal speed test signal shown in FIG. 7 (±ω r is the maximum speed and T is the acceleration time), the operable speed range of the servo control system (range from −ω r to +ω r in FIG. 7) A first velocity test signal and a second velocity test signal with different accelerations are predefined.
そして、まず、同定したパラメータを用いて数式1の推定摩擦力Tfを初期化する(図8のステップS11)。初期化が完了したら、第一速度テスト信号によりサーボ制御システムを駆動する(同S12)。次に、摩擦モデルのパラメータのうちクーロン摩擦力Tcfの設定値を調整しながら(同S13)、速度反転時近傍における制御量の誤差(例えば、被駆動体の位置目標値と位置検出値との誤差)が最小になるまで上記設定値の調整を繰り返し(同S14)、制御量の誤差が最小になったら(同S14Yes)、その時の設定値によりクーロン摩擦力を更新する(同S15)。
次に、摩擦補償量の立ち上がり係数αを調整する(同S16)。そして、速度反転時近傍における制御量の誤差が最小になるまで立ち上がり係数αの調整を繰り返し(同S17)、制御量の誤差が最小になったら(同S17Yes)、その時の立ち上がり係数αを第一係数α1として保存する(同S18)。
Then, first, the estimated frictional force T f of
Next, the rise coefficient α of the friction compensation amount is adjusted (S16). Then, the rise coefficient α is repeatedly adjusted until the error in the control amount near the speed reversal is minimized (S17), and when the error in the control amount is minimized (Yes in S17), the rise coefficient It is stored as the coefficient α1 (at S18).
続いて、第二速度テスト信号によりサーボ制御システムを駆動して立ち上がり係数αを調整し(同S19,S20)、速度反転時近傍における制御量の誤差が最小になるまで立ち上がり係数αの調整を繰り返し(同S21)、制御量の誤差が最小になったら(同S21Yes)、その時の立ち上がり係数αを第二係数α2として保存する(同S22)。
以上の処理によって保存した第一係数α1及び第二係数α2と立ち上がり係数の上下限値とを用いて、図9に示す如く、一次線形近似関数により、加速度aと立ち上がり係数αとの関係を求める(同S23)。
Subsequently, the servo control system is driven by the second speed test signal to adjust the rise coefficient α (at S19 and S20), and the adjustment of the rise coefficient α is repeated until the error in the control amount near the speed reversal is minimized. (S21), when the control amount error becomes minimum (Yes in S21), the rising coefficient α at that time is stored as the second coefficient α2 (S22).
Using the first coefficient α1 and the second coefficient α2 saved by the above processing and the upper and lower limits of the rise coefficient, the relationship between the acceleration a and the rise coefficient α is obtained by a first-order linear approximation function as shown in FIG. is obtained (same S23).
次に、図10は、図1のモデルベース摩擦補償部70によって摩擦補償量を推定する動作を示すフローチャートである。
まず、運転中のサーボ制御システムの現時点における速度や加速度等の運転情報を取得し(ステップS31)、これらの運転情報を用いて摩擦モデルの各パラメータを更新すると共に(同S32)、これらのパラメータに基づき数式1により摩擦補償量を計算して出力する(同S33,S34)。
具体的には、図8の処理により求めた第一係数α1及び第二係数α2と立ち上がり係数αの上下限値とから、図9に示すような加速度a(言い換えれば速度ω)と立ち上がり係数αとの関係が求められ、また、図8のステップS15によりクーロン摩擦力が求められているので、これらのパラメータを前述の数式1に代入して摩擦力(摩擦補償量)Tfを求めることができる。
ここで、サーボ制御システムの経年的な特性変化や周囲の環境変化等がある場合には、前述したモデルパラメータ演算部60のチューニング動作による動的なパラメータの演算(図5のステップS2)を再度実施すれば対応可能である。
Next, FIG. 10 is a flow chart showing the operation of estimating the friction compensation amount by the model-based
First, the operating information such as the current speed and acceleration of the servo control system in operation is acquired (step S31), each parameter of the friction model is updated using this operating information (step S32), and these parameters Based on this, the friction compensation amount is calculated by the
Specifically, from the first coefficient α1 and the second coefficient α2 obtained by the processing of FIG. Since the relationship with the coefficient α has been obtained and the Coulomb friction force has been obtained in step S15 of FIG . be able to.
Here, if there is a change in the characteristics of the servo control system over time or a change in the surrounding environment, dynamic parameter calculation (step S2 in FIG. 5) by the tuning operation of the model
なお、図11は、実機を対象とした、速度反転時近傍における加速度に応じた摩擦力の測定結果を示す図である。図11によれば、加速度が小さいほど、速度反転時近傍における摩擦力の変動が大きくなっていることがわかる。
これに対し、図12は、本発明の実施形態を適用した場合の、速度反転時近傍における加速度に応じた摩擦力(摩擦補償量)の推定結果を示す図である。本発明の実施形態では、図9に示した加速度aと立ち上がり係数αとの関係を用いて数式1により推定摩擦力Tfを求め、この推定摩擦力Tfにより摩擦補償を行うため、加速度の大きさに限らず滑らかに変化する摩擦補償量を動的に求めることができ、摩擦の影響による制御誤差を低減することができる。
11A and 11B are diagrams showing the measurement results of the frictional force according to the acceleration in the vicinity of the speed reversal for the actual machine. According to FIG. 11, it can be seen that the smaller the acceleration, the larger the fluctuation of the frictional force near the speed reversal.
On the other hand, FIG. 12 is a diagram showing the estimation result of the frictional force (friction compensation amount) according to the acceleration near the speed reversal when the embodiment of the present invention is applied. In the embodiment of the present invention, the estimated frictional force Tf is obtained by
更に、図13は、本発明の実施による摩擦補償有りの場合、及び、摩擦補償無しの場合の、速度追従性のシミュレーション結果を示す図である。
本発明の実施形態によって摩擦補償を行った場合には、速度反転時の前後において摩擦の影響を受けずに速度が連続的に変化しているのに対し、摩擦補償を行わない場合には、摩擦によって速度変化を妨げられる期間が生じていることがわかる。
Furthermore, FIG. 13 is a diagram showing simulation results of velocity followability with and without friction compensation according to the implementation of the present invention.
When friction compensation is performed according to the embodiment of the present invention, the speed changes continuously without being affected by friction before and after the speed reversal. It can be seen that there is a period during which speed change is hindered by friction.
以上説明したように、本実施形態によれば、摩擦の静特性及び動特性を考慮したうえで、異なる加速度に対して摩擦補償量を高精度に推定することができ、再現性の高い位置制御や速度制御を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the friction compensation amount can be estimated with high accuracy for different accelerations in consideration of the static and dynamic characteristics of friction. and speed control.
10:位置フィードバック制御器
20:速度フィードバック制御器
30:制御対象
40:外乱オブザーバ
50:逆システム
60:モデルパラメータ演算部
70:モデルベース摩擦補償部
81,82,85:減算手段
83,84,86:加算手段
91,93:微分手段
92:二階微分手段
10: Position feedback controller 20: Velocity feedback controller 30: Control object 40: Disturbance observer 50: Inverse system 60: Model parameter calculator 70: Model-based
Claims (4)
前記被駆動体の速度と、この速度に対する摩擦力の立ち上がり係数と、クーロン摩擦力と、粘性摩擦係数と、を含む摩擦モデルを用いて、速度フィードバック制御系の出力に加算する摩擦力を摩擦補償量として推定する摩擦補償量推定手段を備え、
前記摩擦補償量推定手段は、
前記サーボ制御システムの入出力情報と前記摩擦モデルとを用いて、前記立ち上がり係数、前記クーロン摩擦力及び前記粘性摩擦係数を前記摩擦モデルのパラメータとして同定し、同定したパラメータを初期値として異なる加速度条件のもとで前記パラメータを更新して出力するモデルパラメータ演算部と、
前記モデルパラメータ演算部から出力された前記パラメータを用いて前記摩擦補償量を初期化し、前記被駆動体の速度反転時近傍における前記制御量の誤差が最小となるように、前記クーロン摩擦力を更新すると共に、複数の速度テスト信号にそれぞれ対応する複数の加速度と前記立ち上がり係数との関係を取得し、この関係と前記被駆動体の速度及び加速度と前記クーロン摩擦力とに基づいて前記摩擦補償量を推定するモデルベース摩擦補償部と、
を備えたことを特徴とする摩擦補償装置。 A friction compensator for compensating for frictional force acting on a driven body in a servo control system that causes a control amount of the position and attitude of the driven body to follow target values,
Friction compensation for the friction force added to the output of the speed feedback control system using a friction model including the speed of the driven body, the rise coefficient of the friction force with respect to this speed, the Coulomb friction force, and the viscous friction coefficient Equipped with friction compensation amount estimation means for estimating as an amount,
The friction compensation amount estimating means is
Using the input/output information of the servo control system and the friction model, the rise coefficient, the Coulomb friction force, and the viscous friction coefficient are identified as parameters of the friction model, and the identified parameters are used as initial values for different acceleration conditions. a model parameter calculator that updates and outputs the parameters under
The friction compensation amount is initialized using the parameter output from the model parameter calculation unit, and the Coulomb friction force is updated so that an error in the control amount near the speed reversal of the driven body is minimized. Further, obtaining relationships between a plurality of accelerations corresponding to a plurality of speed test signals and the rise coefficient, and calculating the friction compensation amount based on the relationships, the speed and acceleration of the driven body, and the Coulomb friction force. a model-based friction compensator that estimates
A friction compensator comprising:
前記モデルパラメータ演算部は、前記被駆動体の速度または加速度と摩擦力との関係を示す実機摩擦特性に基づいて前記摩擦モデルのパラメータを同定することを特徴とする摩擦補償装置。 In the friction compensator according to claim 1,
The friction compensator according to claim 1, wherein the model parameter calculator identifies the parameters of the friction model based on actual machine friction characteristics indicating the relationship between the velocity or acceleration of the driven body and the friction force.
前記摩擦モデルが、前記被駆動体の速度が正から負、または、負から正に変化する不連続性を連続関数により近似したモデルであることを特徴とする摩擦補償装置。 In the friction compensation device according to claim 1 or 2,
A friction compensation device according to claim 1, wherein the friction model is a model that approximates a discontinuity in which the speed of the driven body changes from positive to negative or from negative to positive with a continuous function.
前記摩擦モデルのパラメータとして、前記被駆動体の加速度と前記立ち上がり係数との関係におけるヒステリシス幅を含むことを特徴とする摩擦補償装置。 In the friction compensation device according to any one of claims 1 to 3,
A friction compensator according to claim 1, wherein a hysteresis width in relation between the acceleration of the driven body and the rise coefficient is included as a parameter of the friction model.
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