JPH0417591A - Servo control circuit - Google Patents

Servo control circuit

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Publication number
JPH0417591A
JPH0417591A JP2119137A JP11913790A JPH0417591A JP H0417591 A JPH0417591 A JP H0417591A JP 2119137 A JP2119137 A JP 2119137A JP 11913790 A JP11913790 A JP 11913790A JP H0417591 A JPH0417591 A JP H0417591A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
friction
estimated
estimator
torsion angle
twisting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2119137A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Kato
義樹 加藤
Ichiro Awaya
伊智郎 粟屋
Yutaka Keino
慶野 裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of JPH0417591A publication Critical patent/JPH0417591A/en
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To control influence of vibration and friction by performing compensation for taking out only elastic vibration constituents by reducing a twisting amount needed for acceleration/deceleration from an estimated swing angle which is obtained by an estimator and that for coping with friction and then feeding back this estimated twisting angle compensation value and an estimated friction to the estimator. CONSTITUTION:Friction and twisting angle of a spindle are estimated independently from an estimator 4 by using a model which includes friction and twisting rigidity of the spindle. Then, a twisting amount needed for acceleration/ deceleration and that corresponding to friction are subtracted from an estimated twisting angle Q' which is obtained from this estimator 4 for performing compensation for taking out only an elastic vibration constituent and this estimated twisting angle compensation value theta and an estimated friction tau'L are fed back to the estimator 4.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、摩擦と伝達軸の捩れを無視できない低剛性の
工作機械やロボット等の機械に適用されるサーボ制御装
置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a servo control device applied to machines such as low-rigidity machine tools and robots in which friction and torsion of a transmission shaft cannot be ignored.

[従来の技術] 工作機械やロボットなど、摩擦と伝達軸の捩れを無視で
きない低剛性の機械に適用される従来のサーボ制御装置
を第4図に示す。
[Prior Art] Fig. 4 shows a conventional servo control device that is applied to low-rigidity machines such as machine tools and robots where friction and torsion of the transmission shaft cannot be ignored.

同図で1は制御対象、2はこの制御対象1の制御を実行
する制御装置、3は制御装置2に指令値を与える指令値
発生部である。
In the figure, 1 is a controlled object, 2 is a control device that executes control of the controlled object 1, and 3 is a command value generation section that gives a command value to the control device 2.

制御装置2中、7は位置ゲイン生成部、8は速度ゲイン
生成部であり、この速度ゲイン生成部8で得られた速度
ゲインGpと指令値発生部3からの加速度指令(Dr及
び機械の弾性を考慮しない剛体モデルの摩擦推定器12
からの出力を加算演算して推定トルクτとし、その推定
トルクτを制御対象1に与えると共に、上記摩擦推定器
12にフィードバックして摩擦の影響を抑制しようとし
ていた。
In the control device 2, 7 is a position gain generation section, and 8 is a speed gain generation section. Friction estimator 12 for rigid body model that does not consider
The estimated torque τ is obtained by adding the outputs from the controller 10, and the estimated torque τ is applied to the controlled object 1, and is fed back to the friction estimator 12 in order to suppress the influence of friction.

[発明か解決しようとする課題] 上記した従来のサーボ制御装置では、低剛性な制御対象
1に対し、剛体モデルの摩擦推定器12て摩擦を推定す
ると、制御対象1の弾性振動成分が推定トルクτに混入
し、推定トルクτ自体の値が振動する。そして、この推
定トルクτをフィードバックすることにより振動がさら
に増大してしまうという欠点があった。
[Problem to be solved by the invention] In the conventional servo control device described above, when friction is estimated using the rigid body model friction estimator 12 for the controlled object 1 with low rigidity, the elastic vibration component of the controlled object 1 becomes the estimated torque. The estimated torque τ itself oscillates. Furthermore, there is a drawback in that the vibration is further increased by feeding back this estimated torque τ.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、振動の抑制と摩擦の影響の抑制
とを確実に実行することが可能なサーボ制御装置を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a servo control device that can reliably suppress vibrations and suppress the effects of friction. be.

[課題を解決するための手段及び作用コすなわち本発明
は、摩擦と軸の捩り剛性とを含むモデルを用い−て摩擦
と軸の捩り角度とを推定器により独立に推定し、この推
定器で得られる推定捩り角度から加減速に必要な捩れ分
と摩擦に対応するための捩れ分とを減じて、弾性振動成
分のみを取出す補正を行ない、この推定捩り角度補正値
と推定摩擦とを推定器にフィードバックするようにした
もので、振動の抑制と摩擦の影響の抑制とを確実に実行
できる。
[Means and effects for solving the problem] In other words, the present invention uses a model including friction and torsional stiffness of the shaft to independently estimate friction and the torsional angle of the shaft by an estimator, and The estimated torsion angle is corrected by subtracting the torsion required for acceleration/deceleration and the torsion to accommodate friction from the obtained estimated torsion angle to extract only the elastic vibration component. This system is designed to provide feedback to the user, thereby reliably suppressing vibrations and the effects of friction.

[実施例コ 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
[Embodiment] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図にそのシステム構成を示す。Figure 1 shows the system configuration.

基本的な構成は第4図に示したものと同様であるので、
同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
The basic configuration is the same as shown in Figure 4, so
Identical parts are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

さて、制御対象1から検出されたモータの角度θm、角
速度ωmが制御装置22に入力される。
Now, the angle θm and angular velocity ωm of the motor detected from the controlled object 1 are input to the control device 22.

この制御装置22にはまた、指令値発生部3からの位置
指令θr、速度指令ωr、加速度指令(nrが入力され
ており、制御装置22から制御トルクτが出力されて制
御装置1に送出される。
This control device 22 also receives a position command θr, a speed command ωr, and an acceleration command (nr) from the command value generation section 3, and a control torque τ is outputted from the control device 22 and sent to the control device 1. Ru.

制御装置22の内部では、制御対象1から入力したモー
タ角速度ωmと本制御装置22の出力となる制御トルク
τが摩擦捩り角度推定器4に入力される。摩擦捩り角度
推定器4ては、第2図に10で示す制御対象のモデルに
対し、第2図で11で示す摩擦捩り角度推定器となるよ
うに構成することにより、推定捩り角度Δθ、推定摩擦
トルク7Lが出力される。
Inside the control device 22, the motor angular velocity ωm input from the controlled object 1 and the control torque τ which is the output of the main control device 22 are input to the friction torsion angle estimator 4. The friction torsion angle estimator 4 is configured to be a friction torsion angle estimator shown by 11 in FIG. 2 for the model of the controlled object shown by 10 in FIG. A friction torque of 7L is output.

指令値発生部3から入力した速度指令ωrは、制御装置
22内の摩擦分補正部5に送られ、ここで速度指令ωr
の正負の符号に対応する摩擦分補正捩り角度ΔθFが算
出される。
The speed command ωr input from the command value generation unit 3 is sent to the friction correction unit 5 in the control device 22, where the speed command ωr is
A friction correction torsion angle ΔθF corresponding to the positive or negative sign of is calculated.

一方、指令値発生部3から入力した加速度指令ゐrも制
御装置22内で加減速分補正ゲイン生成部6に送られ、
ここで加減速分補正捩り角度ΔθACCが算出される。
On the other hand, the acceleration command Ir input from the command value generation section 3 is also sent to the acceleration/deceleration correction gain generation section 6 within the control device 22.
Here, the acceleration/deceleration correction torsion angle ΔθACC is calculated.

そして、摩擦捩り角度推定器4から出力される推定捩り
角度Δθから、摩擦分補正部5から出力された摩擦分補
正捩り角度Δθ2と加減速分補正ゲイン生成部6から出
力された加減速分補正捩り角度ΔθACCとが減算され
、卓の減算結果が捩り角度補正値Δi*となって捩り角
度フィードバックゲイン生成部9に与えられる。
Then, from the estimated torsion angle Δθ output from the friction torsion angle estimator 4, the friction correction torsion angle Δθ2 output from the friction correction unit 5 and the acceleration/deceleration correction output from the acceleration/deceleration correction gain generation unit 6 are calculated. The torsion angle ΔθACC is subtracted, and the subtraction result of the table becomes the torsion angle correction value Δi* and is given to the torsion angle feedback gain generation section 9.

指令値発生部3からの位置指令θrは、制御装置22内
で制御対象1から入力したモータ角度θmとの偏差が算
出され、その偏差か位置ゲイン生成部(Gp)7で増幅
される。位置ゲイン生成部7の出力にはさらに速度指令
ωrが加算されると共に、制御対象1から入力したモー
タ角速度ωmが減算され、その後に速度ゲイン生成部(
Gy)8で増幅される。この速度ゲイン生成部8の出力
に指令値発生部3から入力した加速度指令ωrが加算さ
れる一方、推定捩り角度補正値Δθを入力する捩り角度
フィードバックゲイン生成部9からの捩り角度フィード
バックゲインが減算され、さらに摩擦捩り角度推定器4
が出力する推定摩擦7 Lがフィードバックとして加算
されて制御トルクτとなる。この制御トルクτが、制御
装置22の出力として制御対象1を駆動するものである
The deviation of the position command θr from the command value generation unit 3 from the motor angle θm input from the controlled object 1 is calculated in the control device 22, and the deviation is amplified by the position gain generation unit (Gp) 7. The speed command ωr is further added to the output of the position gain generation unit 7, and the motor angular velocity ωm input from the controlled object 1 is subtracted, and then the speed gain generation unit (
Gy) is amplified at 8. The acceleration command ωr input from the command value generation unit 3 is added to the output of the velocity gain generation unit 8, while the torsion angle feedback gain from the torsion angle feedback gain generation unit 9 inputting the estimated torsion angle correction value Δθ is subtracted. Furthermore, the friction torsion angle estimator 4
The estimated friction 7L outputted by is added as feedback to become the control torque τ. This control torque τ drives the controlled object 1 as an output of the control device 22.

上記のような構成における摩擦と捩り角度の推定、推定
捩り角度の補正、推定捩り角度補正値と推定摩擦のフィ
ードバックについての作用を以下に説明する。
The following describes the effects of estimating the friction and torsion angle, correcting the estimated torsion angle, and feedback of the estimated torsion angle correction value and the estimated friction in the above configuration.

ます、摩擦と捩り角度を独立して推定する推定器4の作
用を示す。
First, we will show the operation of the estimator 4 that estimates friction and torsion angle independently.

第3図は低剛性で摩擦をもつ機械系の基本概念を示すも
のであり、ここで運動方程式は次の(1)式及び(2)
式で表わされる。ここで入力トルクをτ、摩擦をτ1、
モータと負荷の慣性モーメントをそれぞれJm、JL、
軸の捩り剛性と捩り粘性をそれぞれKR,DRとすると
、できる変数は式中のωmのみであるので、出力方程式
は次の(4)式となる。すなわち、(但し、 となる。このときの状態変数を (但し、 として上記(1)式及び(2)式を変形し、状態方程式
で表すと次の(3)式となる。また、観測となるもので
ある。
Figure 3 shows the basic concept of a mechanical system with low rigidity and friction, where the equations of motion are the following equations (1) and (2).
It is expressed by the formula. Here, input torque is τ, friction is τ1,
The moments of inertia of the motor and load are Jm, JL, respectively.
When the torsional stiffness and torsional viscosity of the shaft are respectively KR and DR, the only variable that can be used is ωm in the equation, so the output equation is the following equation (4). In other words, (however, it becomes.In this case, the state variable is (however,).If the above equations (1) and (2) are transformed and expressed as a state equation, the following equation (3) is obtained.Also, the observation and It is what it is.

ここで制御対象1となる上記(3)式、(4)式を考え
ると、状態変数Zは制御対象1の状態変数Xの推定値で Zから推定捩り角度Δθ、推定摩擦τ、を取出す出力方
程式は次式となる。すなわち、 (但し、 である。すなわち、 この(7)式及び(8)式を実現する推定器4により、
モータ角速度ωmと入力トルクτとから、となるもので
、制御対象1と推定器モデルの出力偏差「ωm−ωm」
とを推定器モデルにゲイン圧でフィードバックすると Z = (A −E C) Z 十E ωm + B 
T   =・(7)となり、この式中のrA−ECJの
固有値を適当に決めてゲイン圧を設計すれば、「X−Z
Jは「0」に収束するため、推定器4の状態Zは制御対
象1の状態Xを推定する。この推定器4の状態ることが
できる。
Considering the above equations (3) and (4) for controlled object 1, the state variable Z is the estimated value of the state variable The equation is as follows. In other words, (where,
From the motor angular speed ωm and the input torque τ, the output deviation between the controlled object 1 and the estimator model is ``ωm - ωm''.
and is fed back to the estimator model using gain pressure, Z = (A −E C) Z 1E ωm + B
T =・(7), and if the eigenvalue of rA-ECJ in this formula is appropriately determined and the gain pressure is designed, "X-Z
Since J converges to "0", the state Z of the estimator 4 estimates the state X of the controlled object 1. The state of this estimator 4 can be

次いで、推定捩り角度の補正を行なう作用について説明
する。
Next, the operation of correcting the estimated twist angle will be explained.

推定捩り角度へ〇をそのまま推定器4にフィードバック
すると、加減速に必要な捩れや摩擦に対応するための捩
れまで抑制しようとしてしまうこととなるため、系全体
における応答性が悪化するようになる。そのため、推定
捩り角度Δθから、加減速に必要な捩れ分と摩擦に対応
するための捩れ分Δθ1.ΔθACCを減算し、得られ
た弾性振動成分Δθ のみを取出すように補正を行なう
ものである。
If the estimated torsion angle 0 is fed back to the estimator 4 as it is, the responsiveness of the entire system will deteriorate because the torsion required for acceleration/deceleration and the torsion to cope with friction will be suppressed. Therefore, from the estimated torsion angle Δθ, the torsion necessary for acceleration/deceleration and the torsion Δθ1 to cope with friction are calculated. Correction is performed by subtracting ΔθACC and extracting only the obtained elastic vibration component Δθ.

そして、最後に推定捩り角度補正値と推定摩擦τ、とを
加算して制御トルクτとし、制御対象1に与えると共に
推定器4にもフィードバックすることにより、振動抑制
と摩擦の影響の抑制とを行なう制御が実際に実行される
ようになるものである。
Finally, the estimated torsion angle correction value and the estimated friction τ are added together to obtain the control torque τ, which is applied to the controlled object 1 and also fed back to the estimator 4, thereby suppressing vibration and suppressing the influence of friction. The control to be performed will actually be executed.

[発明の効果] 以上に詳記した如く本発明によれば、摩擦と軸の捩り剛
性とを含むモデルを用いて摩擦と軸の捩り角度とを推定
器により独立に推定し、この推定器で得られる推定捩り
角度から加減速に必要な捩れ分と摩擦に対応するための
捩れ分とを減じて、弾性振動成分のみを取出す補正を行
ない、この推定捩り角度補正値と推定摩擦とを推定器に
フィードバックするようにしたので、制御対象に与える
トルクが振動してしまうことを抑制し、摩擦の影響を抑
制することが可能なサーボ制御装置を提供することがで
きる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, friction and the torsional angle of the shaft are independently estimated by an estimator using a model including friction and torsional stiffness of the shaft, and this estimator The estimated torsion angle is corrected by subtracting the torsion required for acceleration/deceleration and the torsion to accommodate friction from the obtained estimated torsion angle to extract only the elastic vibration component. Since the torque is fed back to the control target, it is possible to provide a servo control device that can suppress vibrations in the torque applied to the controlled object and suppress the influence of friction.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のシステム構成を示すブロッ
ク図、第2図は第1図の摩擦・捩り角度推定器と制御対
象のモデルの詳細を示す図、第3図は低剛性で摩擦をも
つ機械系の基本概念を示す図、第4図は従来のサーボ制
御装置を示すブロック図である。 1・・・制御対象、2,22・・・制御装置、3・・・
指令値発生部、4・・・摩擦・捩り角度推定器、5・・
・摩擦分補正部、6・・・加減速分補正ゲイン生成部、
7・・・位置ゲイン生成部、8・・・速度ゲイン生成部
、9・・・捩り角度フィードバックゲイン生成部、10
・・・制御対象モデル、11・・・摩擦・捩り角度推定
器モデル、12・・・剛体モデルによる摩擦推定器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 図
Fig. 1 is a block diagram showing the system configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing details of the friction/torsion angle estimator and the model of the controlled object shown in Fig. A diagram showing the basic concept of a mechanical system having friction, and FIG. 4 is a block diagram showing a conventional servo control device. 1... Controlled object, 2, 22... Control device, 3...
Command value generation unit, 4...Friction/torsion angle estimator, 5...
・Friction correction section, 6... Acceleration/deceleration correction gain generation section,
7... Position gain generation section, 8... Velocity gain generation section, 9... Torsion angle feedback gain generation section, 10
... Controlled object model, 11... Friction/torsion angle estimator model, 12... Friction estimator using rigid body model. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue

Claims (1)

【特許請求の範囲】  制御対象となる機械軸の摩擦と軸の捩れ角度を独立し
て推定する推定器と、 上記推定器による推定捩れ角度から加減速に必要な捩れ
分と摩擦に対応するための捩れ分とを減じて弾性振動成
分のみを取出す補正を行なう補正手段と、 この補正手段で得られる推定捩り角度補正値と上記推定
器で得られる推定摩擦とをフィードバックするフィード
バック経路と を具備したことを特徴とするサーボ制御装置。
[Claims] An estimator that independently estimates the friction of a mechanical shaft to be controlled and the torsion angle of the shaft, and a method for dealing with the torsion and friction necessary for acceleration/deceleration from the torsion angle estimated by the estimator. and a feedback path for feeding back the estimated torsion angle correction value obtained by the correction means and the estimated friction obtained by the estimator. A servo control device characterized by:
JP2119137A 1990-05-09 1990-05-09 Servo control circuit Pending JPH0417591A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010143397A (en) * 2008-12-18 2010-07-01 Nissan Motor Co Ltd Vehicle suspension device, electric motor control method, and actuator control device
US10120396B2 (en) 2014-02-21 2018-11-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Control device for machine apparatus and gain determination method for friction compensation

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