JPH03231317A

JPH03231317A - モータ制御装置

Info

Publication number: JPH03231317A
Application number: JP2744490A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Yamamoto; 陽一山本; Satoshi Goshiyo; 五所　敏
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1990-02-06
Publication date: 1991-10-15
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JP2906526B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はロボットやその腕、手首等を駆動するモータを
正確に制御するためのモータ制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］従来、ロボット等の位置や速度を正確に制御しなければ
ならないモータの制御装置は、モータの異常な動きをチ
エツクするい（つかの機能を備えている。その機能の特
徴は、サーボ系の状態量が、ある基準値を越えているか
どうかで異常か否かを判定していた。

第３図はこの種の従来のモータ制御装置の構成を示すブ
ロック図であり、制御対象のモータｌには速度計用発電
機等の速度検出器２と、回転角に応じたパルス数を発生
する位置検出器３とが結合されている。このうち、位置
検出器３の出力は単位時間当りのパルス数を計数して速
度信号を生成する微分要素４に入力される。一方、モー
タｌの目的位置を入力すると出発位置からこの目的位置
までの速度指令パターンを演算する速度指令パターン作
成回路５が設けられ、さらに、この速度指令パターンと
微分要素４の出力である速度信号との偏差分を求めるた
めの加算器６が設けられている。

そして、この加算器６には、積分要素７が接続され、速
度偏差信号を積分することによって位置偏差信号を出力
すると、位置アンプ８がこの位置偏差信号を増幅して速
度指令を出力するようになっている。続いて、この速度
指令が加算器９に加えられ、ここで速度検出器２の出力
と比較されて偏差分が出力される。この速度偏差分が速
度アンプｌＯで増幅されてモータｌに加えられる。

一方、積分要素７には位置偏差の絶対値を検出する絶対
値化回路１１が接続されている。また、この絶対位置偏
差が比較器１２に入力され、ここで基準値Ａと比較され
て、もし、絶対位置偏差が基準値Ａを越えたとき、異常
信号を発生するようになっている。

第５図（ａ）〜（ｃ）の実線部はこれらの関係を示した
もので、速度指令パターン作成回路５が同図（ｃ）に示
す速度指令パターンを発生したことにより、モータｌが
速度制御されたとすると、この間に時間遅れがあること
から、速度検出器２の出力、すなわち、速度フィードバ
ック信号は図面の右側に移動している。

一方、位置検出器３の出力、すなわち、位置フィードバ
ック信号を微分要素４に入力し、加算器６にてその出力
と速度指令パターンとの偏差を求め、さらに、この偏差
分を積分要素７に入力して積分することは、第５図（ｂ
）に示すように、指令位置を示す信号と位置フィードバ
ック信号との偏差を求めることの他ならず、結局、積分
要素７から第３図に示す位置偏差信号が出力される。そ
して、比較器１２は第５図（ａ）に示すように、この位
置偏差信号と基準値Ａとを比較して、位置偏差信号が基
準値Ａを越えたとき、異常信号を発生し、電源回路を遮
断してモータｌ停止させていた。

次に、伝達関数を模擬することで検出精度を向上させる
提案が特開平１−１２０６０７号公報に開示されている
ので、それを簡単に説明する。

第４図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
、図中、第３図と同一符号を付したものはそれぞれ同一
の要素を示している。そして、暴走を検出するための絶
対値化回路１１の前段に、制御系の伝達関数、すなわち
、加算器６前から位置検出器３までの伝達関数を模擬す
る制御系モデル１３と、この制御系モデル１３の出力と
位置検出器３の位置フィードバック信号との偏差を求め
て絶対値化回路１１に加える加算器１４とを追加して設
けている。この構成により、制御系の伝達関数を模擬す
ることにより、時間遅れをも見込んで現在のモータ位置
を予測し、予測された位置信号と検出された実際の位置
信号との偏差が、従来装置よりも値が小さい基準値Ｂを
越えたか否かにより暴走の有無を判定していた。第５図
の点線部分はこれらの関係を図示したものである。

［発明が解決しようとする課題］ところが、特開平１−１２０６０７号では、予測された
位置信号と検出された実際の位置信号との偏差で暴走の
有無を判定しているために、実際に位置が予測された位
置信号と基準値Ｂだけズレを生じてしまってからしか暴
走の有無を判定できない。また、ロボット等で危険を感
じるのは、位置よりむしろ速度であるにもかかわらず、
基準値Ｂだけのズレを生じるに至った経過である速度に
ついての異常を検出できないという問題があった。

本願第１の発明は、上記問題点を解決するためになされ
たもので、位置指令に対する異常な動きを、より迅速に
検知するとともに、これによって、モータを必要以上に
高速回転させることなく、ロボット等の安全性をより向
上させることを目的とする。

また、制御系モデルとして最も簡単なものを用いようと
すると、とくに過渡応答時にはモデル誤差が生じるため
に、不必要な異常検出を行うおそれがあり、異常検出を
しないようにするために基準備Ｂに余裕を持たせ、大き
く設定する必要があった。

本願第２の発明は、上記の問題点を解決するためになさ
れたもので、制御系モデルを簡単なもので済ませ、精密
な制御系モデル回路の作成もしくは、ＣＰＵのモデル演
算のための負荷を軽減させても、不必要に異常信号を出
さないようにすることを目的とする。

［課題を解決するための手段］本願第１の発明は、少なくともモータの位置を検出して
前記モータの位置信号および前記モータの速度信号を得
るとともに、速度指令パターンから求められる位置指令
と前記位置信号との偏差に基づいて速度指令を演算し、
前記速度指令と前記速度信号との偏差が零になるように
前記モータを制御する制御系を有するモータ制御装置に
おいて、前記制御系の特性を模擬することにより前記速
度パターンに対応する前記モータの現在の速度を予測す
る制御モデルと、前記予測された現在の速度の速度信号
と検出された前記位置信号から得られた前記速度信号と
の偏差が基準値を越えたとき、速度異常信号を発生する
比較器とを備えたものである。

また、本願第２の発明は、前記速度異常信号を発生する
比較器の一入力値である基準値として、前記予測された
速度信号の大きさに応じて換えられる値を用いるもので
ある。

［作用］上記手段により、本願第１および第２の発明は、制御系
の伝達関数を制御系モデルにより模擬することにより、
時間遅れをも見込んで現在のモータ速度を予測し、予測
された速度信号と検出された実際の速度信号との偏差を
監視しているため、必要以上に高速でモータが回転する
ことを防ぐことができ、危険防止、安全性の向上を図る
ことができる。

また、とくに、本願第２の発明は、異常を判断する基準
値が予測された速度指令を比例ゲイン・微分ゲインによ
り可変になるようにしであるため、制御系の伝達関数の
模擬を簡単にでき、精密な模擬回路の作成、あるいは、
ＣＰＵのモデル演算負荷の軽減を図ることができる。

［実施例］本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本願第１の発明の一実施例の構成を示すブロッ
ク図で、図中、第４図と同一の符号を付したものはそれ
ぞれ同一の要素を示している。そして、制御系モデルで
模擬するものを位置から速度に換えるため、制御モデル
１３を加算器６前から速度検出器２までの伝達関数を模
擬する制御モデル１３’　に変更し、この予測速度と突
き合わせる信号を位置フィードバック信号から速度信号
フィードバックに変更し、基準値Ｂを基準値Ｃに変更し
た点が第４図と異なる。なお、基準値Ｂの単位は［ｐｕ
ｌｓｅ］　もしくは［ｍ］であったが、基準値Ｃの単位
は［ｐｕ　Ｉ　ｓ　ｅ／ｓ　ｅ　ｃ］　もしくは［ｍ／
ｓｅｃ］　となる。

また、第２図は本願第２の発明の一実施例の構成を示す
ブロック図で、図中、第１図と異なるのは、基準値Ｃに
換え、予測速度の値を入力とじた比例器１５と微分器１
６のそれぞれの出力を絶対化回路１１’　、１１”に入
力したときの出力の和に変更したことである。

ここで、制御系モデル１３′は最も簡単なものとして、
Ｋｐ／　（Ｓ　＋　ＫＰ）　　（Ｋｐは位置ループゲイ
ン、Ｓはラプラス演算子）を伝達関数として模擬しても
良いし、速度ループなどのマイナーループまで特性を考
慮しても良い。

また、比較器１２での基準値、つまり第１図では基準値
Ｃ１第２図では絶対値化回路１１゛の出力は、速度指令
パターンが零のとき、予測速度は零であるため、リミッ
トサイクル現象で生じるモータの動きで速度異常信号を
出力しない程度に大きくしておく必要がある。

なお、予測速度の大きさに応じて換えられた値として、
積分要素を用いたり、微分ゲインを零にしたりしても本
願第２の発明は適用できる。

また、上記実施例では、予測速度と速度フィードバック
信号値を比較したが、サーボ系全体の特性が、速度ルー
プを”　ビとした特性に充分近似できる程度に位置ルー
プ特性に比べ速度ループ特性が高ゲインに調整されてい
れば、予測速度と予測速度指令は同じと考えてよいこと
から、予測速度と速度指令とを比較して、本発明を適用
することができる。

また、上記実施例ではモータｌに速度検出器２および位
置検出器３が結合されたものについて説明したが、速度
信号は位置検出器３の出力から容易に換算できるもので
あり、かかる換算装置を付加すれば、速度検出器２を省
略することができる。

また、制御系にフィードフォワード制御を付加した場合
は制４御系モデル１３にもその指令を入力すれば良い。

［発明の効果］以上述べたように、本願筒１の発明によれば、制御系の
伝達関数を模擬することにより、時間遅れをも見込んだ
現在のモータ速度を予測し、この予測速度信号と検出さ
れた実際の速度信号との偏差に基づいて暴走を検出して
いるので、従来装置にくらべて必要以上に高速にモータ
を回転させることがなくなり、ロボット等の安全性を格
段に向上させることができるという優れた効果がある。

また、本願筒２の発明によれば、制御系の伝達関数の模
擬を最も簡単にしても、異常を判断する基準値を可変に
できることから、制御系モデルが誤差をもつ過渡状態時
に基準値を大きくすることで不必要な異常信号を出さな
いようにできるので、精密な制御系モデル回路の作成、
もしくはＣＰＵのモデル演算のための負荷が軽減できる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願筒１の発明の一実施例の構成を示すブロッ
ク図、第２図は本願筒２の発明の一実施例の構成を示す
ブロック図、第３図、第４図は従来の構成を示すブロッ
ク図、第５図（ａ）、　　（ｂ）。（ｃ）は従来の装置の動作を説明するための、時間とモ
ータの位置偏差、位置および速度の関係をぞれぞれ示す
線図である。１・・モータ、２・・・速度検出器、３・・位置検出器
、４・・・微分器、５・・・速度指令パターン作成回路
、６．９．１４．１７・・・加算器、８・・・位置アン
プ、１０・・・速度アンプ、１１，１１’、１１”・・
・絶対値化回路、１２・・・比較器、１３．１３″・・
・制御系モデル、１５・・・比例器、１６・・・微分器
筒図第図第３図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】１、少なくともモータの位置を検出して前記モータの位
置信号および前記モータの速度信号を得るとともに、速
度指令パターンから求められる位置指令と前記位置信号
との偏差に基づいて速度指令を演算し、前記速度指令と
前記速度信号との偏差が零になるように前記モータを制
御する制御系を有するモータ制御装置において、前記制御系の特性を模擬することにより前記速度パター
ンに対応する前記モータの現在の速度を予測する制御モ
デルと、前記予測された現在の速度の速度信号と検出された前記
位置信号から得られた前記速度信号との偏差が基準値を
越えたとき、速度異常信号を発生する比較器とを備えた
ことを特徴とするモータ制御装置。２、前記速度異常信号を発生する比較器の一入力値であ
る基準値として、前記予測された速度信号の大きさに応
じて換えられる値を用いる請求項１記載のモータ制御装
置。