JPH04112690A - サーボモータの制御方式 - Google Patents
サーボモータの制御方式Info
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- JPH04112690A JPH04112690A JP2232848A JP23284890A JPH04112690A JP H04112690 A JPH04112690 A JP H04112690A JP 2232848 A JP2232848 A JP 2232848A JP 23284890 A JP23284890 A JP 23284890A JP H04112690 A JPH04112690 A JP H04112690A
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- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
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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。
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〕
本発明は工作機械の送り軸やロボットアーム等を制御す
るサーボモータの制御方式に関し、特に制御系に対する
外乱トルクをソフト的に抑圧するようにしたサーボモー
タの制御方式に関する。
るサーボモータの制御方式に関し、特に制御系に対する
外乱トルクをソフト的に抑圧するようにしたサーボモー
タの制御方式に関する。
産業用ロボットや工作機械では、送り軸やロボットアー
ム等の機械系に加わる外乱トルクの影響によってサーボ
機構に指令された速度や位置に誤差が生じる。したがっ
て機械系の駆動源となるサーボモータを制御するときに
は、外乱トルクの影響を除去するために、機械系入力に
対する外乱トルクを推定してサーボモータへのトルク指
令を補正する必要がある。
ム等の機械系に加わる外乱トルクの影響によってサーボ
機構に指令された速度や位置に誤差が生じる。したがっ
て機械系の駆動源となるサーボモータを制御するときに
は、外乱トルクの影響を除去するために、機械系入力に
対する外乱トルクを推定してサーボモータへのトルク指
令を補正する必要がある。
第４図は、従来の速度制御系の一例を示すブロック線図
である。伝達要素１は積分ゲインに１と比例ゲインに２
を含むＰＩ制御回路を示し、伝達要ｓ２はトルク定数ｋ
ｔを含むトルク指令の増幅回路を示している。
である。伝達要素１は積分ゲインに１と比例ゲインに２
を含むＰＩ制御回路を示し、伝達要ｓ２はトルク定数ｋ
ｔを含むトルク指令の増幅回路を示している。
サーボモータ３は、その実速度Ｖｍがフィードバックル
ープ４によって速度指令Ｖｃと比較され、その差信号に
より制御されるが、一般にこのような差信号に基づく上
記トルク指令には外乱トルクＴａが加わる。そこで、こ
の外乱トルクＴａの大きさに応じてトルク指令を補正す
る必要から、実速度信号から微分要素５により実加速度
ａを、伝達要素２の入力端のトルク指令信号によりサー
ボモータ３の推定加速度ａｎをそれぞれ演算し、この外
乱トルクＴａの大きさを推定し、制御誤差を補正するだ
めのマイナルーブを構成している。
ープ４によって速度指令Ｖｃと比較され、その差信号に
より制御されるが、一般にこのような差信号に基づく上
記トルク指令には外乱トルクＴａが加わる。そこで、こ
の外乱トルクＴａの大きさに応じてトルク指令を補正す
る必要から、実速度信号から微分要素５により実加速度
ａを、伝達要素２の入力端のトルク指令信号によりサー
ボモータ３の推定加速度ａｎをそれぞれ演算し、この外
乱トルクＴａの大きさを推定し、制御誤差を補正するだ
めのマイナルーブを構成している。
すなわちサーボモータ３の推定加速度を演算する演算器
６は、推定トルク定数ｋｔｎを推定モータイナーシャＪ
ｍｎで除した比例定数（ｋ ｔ ｎ／Ｊｍｎ）を有し、
伝達要素７はその逆数の比例定数（Ｊｍｎ／ｋｔｎ）を
有している。そして伝達要素７では信号ａとａｎとの偏
差Δａに対して演算を施して外乱トルクの推定値を決定
し、その推定された外乱に対応する正規化された補正値
を出力している。伝達要素８は０〜１の間で任意に設定
可能な補正係数αを含む補正回路である。
６は、推定トルク定数ｋｔｎを推定モータイナーシャＪ
ｍｎで除した比例定数（ｋ ｔ ｎ／Ｊｍｎ）を有し、
伝達要素７はその逆数の比例定数（Ｊｍｎ／ｋｔｎ）を
有している。そして伝達要素７では信号ａとａｎとの偏
差Δａに対して演算を施して外乱トルクの推定値を決定
し、その推定された外乱に対応する正規化された補正値
を出力している。伝達要素８は０〜１の間で任意に設定
可能な補正係数αを含む補正回路である。
上記構成のサーボモータの制御方式によれば、サーボモ
ータ３と結合される機械系に一定の剛性があれば、外乱
トルクの影響をある程度まで除去することが可能である
。
ータ３と結合される機械系に一定の剛性があれば、外乱
トルクの影響をある程度まで除去することが可能である
。
しかし、従来のサーボモータの制御方式では、サーボモ
ータ３と機械系とがリジッドに結合されていない場合に
、モータ速度と機械系の速度との偏差に応じて外乱トル
ク値が変動するため、モータ加速度に外乱トルクが直接
には反映されない。
ータ３と機械系とがリジッドに結合されていない場合に
、モータ速度と機械系の速度との偏差に応じて外乱トル
ク値が変動するため、モータ加速度に外乱トルクが直接
には反映されない。
そのため、特に機械系の共振周波数の半分を越す大きさ
の外乱に対しては、有効に制御誤差を補正することが出
来なくなるという問題がある。
の外乱に対しては、有効に制御誤差を補正することが出
来なくなるという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、機
械系の剛性が低いサーボ系に対する外乱の影響を有効に
除去できるサーボモータの制御方式を提供することを巨
的とする。
械系の剛性が低いサーボ系に対する外乱の影響を有効に
除去できるサーボモータの制御方式を提供することを巨
的とする。
本発明では上記課題を解決するために、剛性の低い機械
系を駆動するサーボモータを制御対象とし、この機械系
にがかる外乱トルクの推定値によってサーボモータのト
ルク指令値に対する制御誤差を補正するようにしたサー
ボモータの制御方式において、前記機械系の実速度から
機械系の実加速度を演算する演算手段と、前記サーボモ
ータのトルク指令を、このトルク指令に基づく前記機械
系の推定加速度に変換する信号変換手段と、前記演算手
段および前記信号変換手段の出力の偏差を演算して前記
機械系にがかる外乱トルクを推定する推定手段とを有す
ることを特徴とするサーボモータの制御方式が提供され
る。
系を駆動するサーボモータを制御対象とし、この機械系
にがかる外乱トルクの推定値によってサーボモータのト
ルク指令値に対する制御誤差を補正するようにしたサー
ボモータの制御方式において、前記機械系の実速度から
機械系の実加速度を演算する演算手段と、前記サーボモ
ータのトルク指令を、このトルク指令に基づく前記機械
系の推定加速度に変換する信号変換手段と、前記演算手
段および前記信号変換手段の出力の偏差を演算して前記
機械系にがかる外乱トルクを推定する推定手段とを有す
ることを特徴とするサーボモータの制御方式が提供され
る。
本発明のサーボモータの制御方式では、剛性の低い機械
系をサーボモータにより速度制御或いは位置制御する時
に、サーボモータへの電流指令と機械系の実加速度に基
づいて外乱トルクの推定値を求めて制御誤差を補正する
ことによって、ばね定数やダンパ定数により非線型に変
化する外乱のトルク指令に対する影響を抑制している。
系をサーボモータにより速度制御或いは位置制御する時
に、サーボモータへの電流指令と機械系の実加速度に基
づいて外乱トルクの推定値を求めて制御誤差を補正する
ことによって、ばね定数やダンパ定数により非線型に変
化する外乱のトルク指令に対する影響を抑制している。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明のサーボモータの制御方式を示すブロ
ック線図であり、第２図には制御対象であるサーボモー
タとその出力軸に接続された負荷系との結合部分をなす
ばね系のモデルを示している。
ック線図であり、第２図には制御対象であるサーボモー
タとその出力軸に接続された負荷系との結合部分をなす
ばね系のモデルを示している。
第２図において、２．３はそれぞれ第４図の伝達要素２
およびサーボモータ３に対応しており、ここで外乱トル
クＴｂとは、機械側Ａの加算器１０への入力として想定
される、たとえば切削負荷などである。機械側へとモー
タ側Ｂは、モータシャフトに接続される変速手段などに
よってばね結合されており、その結果、加算器１１から
モータ速度Ｖｍと機械速度ＶＬとの偏差かばね定数Ｋｍ
とダンパ定数Ｃｍを含むねじれ要素１２において堆幅さ
れ、この伝達要素１２の出力が、それぞれ機械側Ａとモ
ータ側Ｂへの外乱として与えられる。
およびサーボモータ３に対応しており、ここで外乱トル
クＴｂとは、機械側Ａの加算器１０への入力として想定
される、たとえば切削負荷などである。機械側へとモー
タ側Ｂは、モータシャフトに接続される変速手段などに
よってばね結合されており、その結果、加算器１１から
モータ速度Ｖｍと機械速度ＶＬとの偏差かばね定数Ｋｍ
とダンパ定数Ｃｍを含むねじれ要素１２において堆幅さ
れ、この伝達要素１２の出力が、それぞれ機械側Ａとモ
ータ側Ｂへの外乱として与えられる。
従って、負荷トルクＪＬを含む機械系の伝達要素１３に
は、切削負荷などの外乱Ｔｂ以外に摩擦やトルクリップ
ルなどのモータ側Ｂからの外乱が加算器１０への十入力
として、またモータ側Ｂの加算器１４には一人力として
供給されることになる。
は、切削負荷などの外乱Ｔｂ以外に摩擦やトルクリップ
ルなどのモータ側Ｂからの外乱が加算器１０への十入力
として、またモータ側Ｂの加算器１４には一人力として
供給されることになる。
第１図に示すものは、このような剛性の低い機械系を駆
動するサーボモータ３を制御対象とするサーボモータの
制御方式の一例である。サーボモータ３の速度指令Ｖｃ
に対する補償回路である伝達要素１．２フよびフィード
バックループ４は、第４図の１．２および４とそれぞれ
対応している。
動するサーボモータ３を制御対象とするサーボモータの
制御方式の一例である。サーボモータ３の速度指令Ｖｃ
に対する補償回路である伝達要素１．２フよびフィード
バックループ４は、第４図の１．２および４とそれぞれ
対応している。
ここでは更に速度制御系の外側に、図には示していない
位置ループを設けて、いわゆるクローズド・ループ方式
により位置精度を高めることが可能である。
位置ループを設けて、いわゆるクローズド・ループ方式
により位置精度を高めることが可能である。
本発明では、上記伝達要素１３の出力、すなわち機械速
度Ｖｌを制御系にフィードバックすることによって、制
御誤差を補正するだめのマイナループを構成し、機械系
にかかる外乱トルクＴｂの推定値によってサーボモータ
のトルク指令値Ｔｃに対する制御誤差を補正するように
している。
度Ｖｌを制御系にフィードバックすることによって、制
御誤差を補正するだめのマイナループを構成し、機械系
にかかる外乱トルクＴｂの推定値によってサーボモータ
のトルク指令値Ｔｃに対する制御誤差を補正するように
している。
第１図の実施例では、微分要素１５にモータ速度Ｖｍで
はなく機械速度Ｖｌを入力し、実加速度ａとして機械速
度Ｖｌを微分した値を使用している。この実加速度ａは
、伝達要素２の入力側のトルク指令信号を変換して得ら
れる機械系の推定加速度ａｎと比較され、機械系にかか
る外乱トルクＴｂの大きさを推定している。
はなく機械速度Ｖｌを入力し、実加速度ａとして機械速
度Ｖｌを微分した値を使用している。この実加速度ａは
、伝達要素２の入力側のトルク指令信号を変換して得ら
れる機械系の推定加速度ａｎと比較され、機械系にかか
る外乱トルクＴｂの大きさを推定している。
すなわち、機械系の推定加速度ａｎを演算する伝達要素
１６は、推定トルク定数ｋｔｎを推定モータイナーシャ
Ｊｍｎと推定負荷トルクＪＬｎとの和で除した比例定数 ｋ ｔｎ／ （Ｊｍｎ＋ＪＬｎ） により構成されている。更に演算器１７によって、実加
速度ａと推定加速度ａｎとの偏差Δａを演算して、伝達
要素１８ではこの偏差Δａに対して演算を施して外乱ト
ルクの推定値を決定し、さらに伝達要素１９からその推
定された外乱トルクの大きさに対応する正規化された補
正値を出力している。この場合に、トルク定数ｋｔやモ
ータイナーシャＪｍ及び負荷トルクＪＬは、いずれも制
御系や機械系に固有な値であって、しかも所定の周波数
特性を持つため、ここでは第４図の従来方式のものと同
様にそれらの推定値ｋｔｎ、Ｊｍｎ、ＪＬｎが使用され
ている。
１６は、推定トルク定数ｋｔｎを推定モータイナーシャ
Ｊｍｎと推定負荷トルクＪＬｎとの和で除した比例定数 ｋ ｔｎ／ （Ｊｍｎ＋ＪＬｎ） により構成されている。更に演算器１７によって、実加
速度ａと推定加速度ａｎとの偏差Δａを演算して、伝達
要素１８ではこの偏差Δａに対して演算を施して外乱ト
ルクの推定値を決定し、さらに伝達要素１９からその推
定された外乱トルクの大きさに対応する正規化された補
正値を出力している。この場合に、トルク定数ｋｔやモ
ータイナーシャＪｍ及び負荷トルクＪＬは、いずれも制
御系や機械系に固有な値であって、しかも所定の周波数
特性を持つため、ここでは第４図の従来方式のものと同
様にそれらの推定値ｋｔｎ、Ｊｍｎ、ＪＬｎが使用され
ている。
伝達要素１９は、上記したように推定された外乱トルク
値を補正する補正回路であって、０〜１の間で任意に設
定可能な補正係数αを含むものである。この係数値αは
機械側とモータ側との結合定数を決定する上記ねじれ要
素１２に応じて設定されるが、一般に０．８程度が選択
される。
値を補正する補正回路であって、０〜１の間で任意に設
定可能な補正係数αを含むものである。この係数値αは
機械側とモータ側との結合定数を決定する上記ねじれ要
素１２に応じて設定されるが、一般に０．８程度が選択
される。
第３図は、第１図の速度制御系を用いて位置ループを組
んだ時の外乱トルクに対する位置の制御誤差を示す図で
ある。ここで従来例として示す曲線は、第４図の制御系
をシミュレートした場合の制御特性であって、横軸は外
乱トルクの周波数を対数表示によって示す対数軸、縦軸
は機械位置の制御誤差を示す対数軸である。従来例も本
発明もそのカットオフ周波数が３０Ｈｚ、ダンピング係
数が０．１となるように伝達要素１２の係数値ＫｍＳＣ
ｍを設定して、伝達要素２０から帰還される補正出力が
１００％となるように、計数値αを１としてソフトウェ
アプログラムによってシミュレートされたものである。
んだ時の外乱トルクに対する位置の制御誤差を示す図で
ある。ここで従来例として示す曲線は、第４図の制御系
をシミュレートした場合の制御特性であって、横軸は外
乱トルクの周波数を対数表示によって示す対数軸、縦軸
は機械位置の制御誤差を示す対数軸である。従来例も本
発明もそのカットオフ周波数が３０Ｈｚ、ダンピング係
数が０．１となるように伝達要素１２の係数値ＫｍＳＣ
ｍを設定して、伝達要素２０から帰還される補正出力が
１００％となるように、計数値αを１としてソフトウェ
アプログラムによってシミュレートされたものである。
ここに示されるように、本発明方式では機械系の剛性が
低い場合に、機械系にがかる外乱の影響を低減でき、指
令された制御量に正確に追従するサーボ系を構成できる
。
低い場合に、機械系にがかる外乱の影響を低減でき、指
令された制御量に正確に追従するサーボ系を構成できる
。
以上説明したように本発明によれば、サーボモータへの
電流指令と機械系の実加速度に基づいて外乱トルクの推
定値を求めて制御誤差を補正することによって、ばね定
数やダンパ定数により非線形に変化する外乱のトルク指
令に対する影響を抑制しているので、指令された制御量
に正確に追従させることができる。
電流指令と機械系の実加速度に基づいて外乱トルクの推
定値を求めて制御誤差を補正することによって、ばね定
数やダンパ定数により非線形に変化する外乱のトルク指
令に対する影響を抑制しているので、指令された制御量
に正確に追従させることができる。
示す図、
第４図は、従来の速度制御系の一例を示すブロック線図
である。
である。
１５ ° 微分要素（演算手段）
１６ ・・ 伝達要素（信号変換手段）１７ ・ °演
算器 １８ °゛°゛′伝達要素（推定手段）ａ ・−実加速
度 ａｎ・ 推定加速度 特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖
算器 １８ °゛°゛′伝達要素（推定手段）ａ ・−実加速
度 ａｎ・ 推定加速度 特許出願人 ファナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖
第１図は本発明の一実施例方式を示す制御系のブロック
線図、
線図、
Claims (3)
- （１）剛性の低い機械系を駆動するサーボモータを制御
対象とし、この機械系にかかる外乱トルクの推定値によ
ってサーボモータのトルク指令値に対する制御誤差を補
正するようにしたサーボモータの制御方式において、 前記機械系の実速度から機械系の実加速度を演算する演
算手段と、 前記サーボモータのトルク指令を、このトルク指令に基
づく前記機械系の推定加速度に変換する信号変換手段と
、 前記演算手段および前記信号変換手段の出力の偏差を演
算して前記機械系にかかる外乱トルクを推定する推定手
段と、 を有することを特徴とするサーボモータの制御方式。 - （２）前記推定手段で推定された外乱トルク値を補正す
る補正手段をさらに有し、この補正出力を前記サーボモ
ータのトルク指令値に加えることによって制御誤差を補
正するようにしたことを特徴とする請求項１記載のサー
ボモータの制御方式。 - （３）前記補正手段は、０乃至１の範囲で可変設定され
る補正係数を含み、前記機械系のダンピング係数に応じ
て補正出力を決定して制御誤差を補正するようにしたこ
とを特徴とする請求項２記載のサーボモータの制御方式
。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2232848A JPH04112690A (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | サーボモータの制御方式 |
| EP19910914193 EP0498891A4 (en) | 1990-09-03 | 1991-08-08 | System for controlling servomotor |
| PCT/JP1991/001065 WO1992004668A1 (en) | 1990-09-03 | 1991-08-08 | System for controlling servomotor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2232848A JPH04112690A (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | サーボモータの制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04112690A true JPH04112690A (ja) | 1992-04-14 |
Family
ID=16945756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2232848A Pending JPH04112690A (ja) | 1990-09-03 | 1990-09-03 | サーボモータの制御方式 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0498891A4 (ja) |
| JP (1) | JPH04112690A (ja) |
| WO (1) | WO1992004668A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5710500A (en) * | 1994-04-28 | 1998-01-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Motor speed control apparatus using phase-advance based estimated disturbance signal |
| JP2016164697A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 富士電機株式会社 | 位置制御システム |
| JP2019159733A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 富士電機株式会社 | 速度・位置制御システム |
Families Citing this family (4)
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| SE516720C2 (sv) | 1999-04-01 | 2002-02-19 | Abb Ab | Utrustning för styrning av en industrirobot och förfarande för programmering och/eller justering av robotens rörelse |
| CN112448636B (zh) * | 2020-12-04 | 2022-07-29 | 岳阳市爱达兴智能科技有限公司 | 一种电动车加速度的控制方法 |
| CN113517833A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-10-19 | 美的威灵电机技术（上海）有限公司 | 电机的控制方法、控制装置、控制系统和可读存储介质 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6464577A (en) * | 1987-08-31 | 1989-03-10 | Fanuc Ltd | Servomotor controller |
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Also Published As
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|---|---|
| EP0498891A1 (en) | 1992-08-19 |
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