JPH06339292A - 外乱負荷推定による力制御方法 - Google Patents
外乱負荷推定による力制御方法Info
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- JPH06339292A JPH06339292A JP5255266A JP25526693A JPH06339292A JP H06339292 A JPH06339292 A JP H06339292A JP 5255266 A JP5255266 A JP 5255266A JP 25526693 A JP25526693 A JP 25526693A JP H06339292 A JPH06339292 A JP H06339292A
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- 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
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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
- 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
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D17/00—Control of torque; Control of mechanical power
- G05D17/02—Control of torque; Control of mechanical power characterised by the use of electric means
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 力センサを用いずにモータを駆動源とした装
置で力制御を行なう。 【構成】 外乱推定オブザーバ５によって外乱負荷トル
クＴｄ２を推定し、力指令値Ｆｃ２からこの外乱負荷ト
ルクＴｄ２を減じ（Ｔｄ２は極性が逆となっているため
図１では加算されている）、さらに、実速度ｖに設定係
数βを乗じた値、あるいは最大許容実速度ｖｍａｘに設
定係数βを乗じた値を減じて力偏差Ｆｅｒｒを求め、比
例積分処理１によりトルク指令Ｔｃを求めてモータを駆
動しモータの出力トルクが力指令値Ｆｃに一致するよう
に力のフィードバック制御を行なう。速度ｖに比例する
値をフィードバックするのは系の安定性のためと、モー
タが制御対象からの反力を受けないときにモータが暴走
しないようにするためである。力センサを必要としない
ため、安価で簡単な力制御ができる。
置で力制御を行なう。 【構成】 外乱推定オブザーバ５によって外乱負荷トル
クＴｄ２を推定し、力指令値Ｆｃ２からこの外乱負荷ト
ルクＴｄ２を減じ（Ｔｄ２は極性が逆となっているため
図１では加算されている）、さらに、実速度ｖに設定係
数βを乗じた値、あるいは最大許容実速度ｖｍａｘに設
定係数βを乗じた値を減じて力偏差Ｆｅｒｒを求め、比
例積分処理１によりトルク指令Ｔｃを求めてモータを駆
動しモータの出力トルクが力指令値Ｆｃに一致するよう
に力のフィードバック制御を行なう。速度ｖに比例する
値をフィードバックするのは系の安定性のためと、モー
タが制御対象からの反力を受けないときにモータが暴走
しないようにするためである。力センサを必要としない
ため、安価で簡単な力制御ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械やロボット、
さらに産業機械において、制御対象に力を与えるととも
に、その力を制御する力制御方法に関する。
さらに産業機械において、制御対象に力を与えるととも
に、その力を制御する力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】産業機械において、制御対象に力を加え
るとともに、その力を制御する力制御を行う場合、従
来、油圧シリンダを用いて油圧によって制御対象に与え
る力を制御する方法が一般的に行われている。また、ロ
ボットによりバリ取りを行うバリ取りロボットの場合、
ロボットの手首先端に取り付けたバリ取りツールをワー
クに押しつけて、その押圧力を制御しながらバリ取りを
行っている。このバリ取りロボットの場合、ロボットの
アーム等の各軸を駆動する駆動源は、油圧シリンダやサ
ーボモータで構成されているが、サーボモータで構成し
た場合、上記力制御を行うために力センサが用いられて
いる。すなわち、機械の先端の制御対象を押し付ける部
分に力センサを取付け、該センサで検出される力をフィ
ードバックして検出値が目標値に一致するようにフィー
ドバック制御を行なっている。
るとともに、その力を制御する力制御を行う場合、従
来、油圧シリンダを用いて油圧によって制御対象に与え
る力を制御する方法が一般的に行われている。また、ロ
ボットによりバリ取りを行うバリ取りロボットの場合、
ロボットの手首先端に取り付けたバリ取りツールをワー
クに押しつけて、その押圧力を制御しながらバリ取りを
行っている。このバリ取りロボットの場合、ロボットの
アーム等の各軸を駆動する駆動源は、油圧シリンダやサ
ーボモータで構成されているが、サーボモータで構成し
た場合、上記力制御を行うために力センサが用いられて
いる。すなわち、機械の先端の制御対象を押し付ける部
分に力センサを取付け、該センサで検出される力をフィ
ードバックして検出値が目標値に一致するようにフィー
ドバック制御を行なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】力センサを用いて力の
フィードバック制御を行う場合、力制御の安定性，信頼
性は力センサの安定性および信頼性に依存し、力センサ
が安定で高精度であれば高い精度の力制御が可能にな
る。しかし、力センサの信頼性は、従来のサーボモータ
の制御に使用される位置検出器の信頼性と比較して一般
的に低く、位置・速度制御に比べ力制御の精度は低い。
さらに、力センサは非常に高価であり、装置全体の価格
が低いものには使用できない。また、力センサはその取
付けが難しいという問題もある。また、モータによって
力制御を行う場合、力センサを使用せざるを得なく、該
力センサを使用すると上述したような問題が生じること
になる。そのため、駆動源として油圧シリンダを用いざ
るを得なく、各種装置において油圧式から電気式への変
換を妨げる要因となっている。
フィードバック制御を行う場合、力制御の安定性，信頼
性は力センサの安定性および信頼性に依存し、力センサ
が安定で高精度であれば高い精度の力制御が可能にな
る。しかし、力センサの信頼性は、従来のサーボモータ
の制御に使用される位置検出器の信頼性と比較して一般
的に低く、位置・速度制御に比べ力制御の精度は低い。
さらに、力センサは非常に高価であり、装置全体の価格
が低いものには使用できない。また、力センサはその取
付けが難しいという問題もある。また、モータによって
力制御を行う場合、力センサを使用せざるを得なく、該
力センサを使用すると上述したような問題が生じること
になる。そのため、駆動源として油圧シリンダを用いざ
るを得なく、各種装置において油圧式から電気式への変
換を妨げる要因となっている。
【０００４】そこで、本発明の目的は、力センサを必要
とせず、モータによる力制御を容易に実施できる外乱負
荷推定による力制御方法を提供することにある。
とせず、モータによる力制御を容易に実施できる外乱負
荷推定による力制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータで駆動
する被駆動体に加わる外界からの負荷を力センサの代わ
りに外乱推定オブザーバによって推定し、該推定外乱負
荷トルクをフィードバックして該推定外乱負荷トルクが
力指令値と一致するようにフィードバック制御する。さ
らに、安定性と、制御対象からの反力を受けないときの
暴走を防止するために、上記推定外乱負荷トルクにモー
タの速度に設定係数を乗じた値を加算した値を力のフィ
ードバック値としてフィードバック制御を行う。また、
制御対象からの反力を受けないときの暴走を防止するた
めに、上記推定外乱負荷トルクにモータの最大許容速度
に設定係数を乗じた値を加算した値をフィードバック
し、この加算した値によって力の指令値であるトルク指
令値をクランプし、モータの回転速度が最大許容値以上
にならないように力制御を行う。また、上記外乱推定オ
ブザーバはモータに指令されるトルク指令値とモータの
実速度から外乱負荷トルクを推定して推定外乱負荷トル
クとして出力するものである。
する被駆動体に加わる外界からの負荷を力センサの代わ
りに外乱推定オブザーバによって推定し、該推定外乱負
荷トルクをフィードバックして該推定外乱負荷トルクが
力指令値と一致するようにフィードバック制御する。さ
らに、安定性と、制御対象からの反力を受けないときの
暴走を防止するために、上記推定外乱負荷トルクにモー
タの速度に設定係数を乗じた値を加算した値を力のフィ
ードバック値としてフィードバック制御を行う。また、
制御対象からの反力を受けないときの暴走を防止するた
めに、上記推定外乱負荷トルクにモータの最大許容速度
に設定係数を乗じた値を加算した値をフィードバック
し、この加算した値によって力の指令値であるトルク指
令値をクランプし、モータの回転速度が最大許容値以上
にならないように力制御を行う。また、上記外乱推定オ
ブザーバはモータに指令されるトルク指令値とモータの
実速度から外乱負荷トルクを推定して推定外乱負荷トル
クとして出力するものである。
【０００６】
【作用】本発明によれば、外乱推定オブザーバによっ
て、モータに加わる外乱負荷トルクを推定し、この推定
外乱負荷トルクをフィードバックして目標値である力指
令値と一致するようにフィードバック制御する。そのた
め、推定外乱負荷トルクは目標値と一致するように制御
され，推定外乱負荷トルクが実際の負荷トルクと近似し
ていれば、実際の負荷トルクは目標値に制御されること
になる。
て、モータに加わる外乱負荷トルクを推定し、この推定
外乱負荷トルクをフィードバックして目標値である力指
令値と一致するようにフィードバック制御する。そのた
め、推定外乱負荷トルクは目標値と一致するように制御
され，推定外乱負荷トルクが実際の負荷トルクと近似し
ていれば、実際の負荷トルクは目標値に制御されること
になる。
【０００７】外乱推定オブザーバは、モータに指令され
るトルク指令値とモータの実速度等によって外乱負荷ト
ルクを推定するものであるから、トルクを与える対象が
なかったり、トルクを与えると動いてしまうような、モ
ータが制御対象からの反力を受けない場合には、推定外
乱負荷トルクが目標値に達せず、目標値に達しようとし
てモータが暴走することが想定される。そこで、モータ
の速度に設定係数を乗じた値をもフィードバックするこ
とによって、モータの実速度が上昇すればフィードバッ
ク値も上昇して目標値と一致するようにすることによ
り、モータの暴走を防止する。また、モータの最大許容
速度に設定係数を乗じた値を推定外乱負荷トルクに加算
した値をフィードバックして新たなトルク指令値を設定
してこの値にクランプしてモータの速度を最大許容速度
に制限して、モータの回転速度が最大許容値以上になら
ないようにして、モータの暴走を防止する。さらに、モ
ータの実速度をフィードバックすることよって振動発生
を防止し、制御の安定性を増すことができる。
るトルク指令値とモータの実速度等によって外乱負荷ト
ルクを推定するものであるから、トルクを与える対象が
なかったり、トルクを与えると動いてしまうような、モ
ータが制御対象からの反力を受けない場合には、推定外
乱負荷トルクが目標値に達せず、目標値に達しようとし
てモータが暴走することが想定される。そこで、モータ
の速度に設定係数を乗じた値をもフィードバックするこ
とによって、モータの実速度が上昇すればフィードバッ
ク値も上昇して目標値と一致するようにすることによ
り、モータの暴走を防止する。また、モータの最大許容
速度に設定係数を乗じた値を推定外乱負荷トルクに加算
した値をフィードバックして新たなトルク指令値を設定
してこの値にクランプしてモータの速度を最大許容速度
に制限して、モータの回転速度が最大許容値以上になら
ないようにして、モータの暴走を防止する。さらに、モ
ータの実速度をフィードバックすることよって振動発生
を防止し、制御の安定性を増すことができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。
細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものでは
ない。
【０００９】（実施例の構成）図１は、本発明を適用し
た一実施例の、工作機械の送り軸やロボットのアームの
軸を駆動するサーボモータの力制御のブロック線図であ
る。この実施例では、力制御を比例，積分（ＰＩ）制御
で行うもので、サーボモータに加わる外界からの力を外
乱推定オブザーバを適用して検出するようにしている。
項１のｋ１は力フィードバック制御における積分定数、
ｋ２は比例定数である。また、項２，３はモータの伝達
関数で、ｋｔはトルク定数、Ｊｍはイナーシャであり、
項４はモータの実速度ｖに設定係数βを乗じた値をフィ
ードバックする項である。
た一実施例の、工作機械の送り軸やロボットのアームの
軸を駆動するサーボモータの力制御のブロック線図であ
る。この実施例では、力制御を比例，積分（ＰＩ）制御
で行うもので、サーボモータに加わる外界からの力を外
乱推定オブザーバを適用して検出するようにしている。
項１のｋ１は力フィードバック制御における積分定数、
ｋ２は比例定数である。また、項２，３はモータの伝達
関数で、ｋｔはトルク定数、Ｊｍはイナーシャであり、
項４はモータの実速度ｖに設定係数βを乗じた値をフィ
ードバックする項である。
【００１０】図中の一点鎖線で示される５は、外界から
サーボモータに印加される外乱負荷トルクを検出する外
乱推定オブザーバであり、モータに指令されるトルク指
令Ｔｃとモータの実速度ｖから、推定外乱負荷トルクＴ
ｄ2 を推定するものである。つまり、外乱推定オブザー
バ５は、モータが外界から実際に受ける外乱負荷トルク
ＴＬを直接に測定することなく、トルク指令Ｔｃとモー
タの実速度ｖとに基づいた推定値として外乱負荷トルク
Ｔｄ2 を出力するものである。なお、ＴＬは実際にモー
タが受ける外乱負荷トルクであり、Ｓはラプラス演算子
を表している。
サーボモータに印加される外乱負荷トルクを検出する外
乱推定オブザーバであり、モータに指令されるトルク指
令Ｔｃとモータの実速度ｖから、推定外乱負荷トルクＴ
ｄ2 を推定するものである。つまり、外乱推定オブザー
バ５は、モータが外界から実際に受ける外乱負荷トルク
ＴＬを直接に測定することなく、トルク指令Ｔｃとモー
タの実速度ｖとに基づいた推定値として外乱負荷トルク
Ｔｄ2 を出力するものである。なお、ＴＬは実際にモー
タが受ける外乱負荷トルクであり、Ｓはラプラス演算子
を表している。
【００１１】力指令Ｆｃから外乱推定オブザーバ５で推
定した推定外乱負荷トルクＴｄ2 を減じ（なお、外乱推
定オブザーバ５で求められる推定外乱負荷トルクＴｄ2
は逆極性で得られるため、図１においては力指令Ｆｃに
推定外乱負荷トルクＴｄ2 が加算されるように記載され
ているが、実際は減算される）、さらに、項４において
モータの実速度ｖに設定係数βを乗じた値を減じて力偏
差Ｆerr （＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・ｖ）を求め、この力偏
差Ｆerr に基づいて項１において比例積分処理を実行し
て、トルク指令（電流指令）Ｔｃを求めモータへ出力す
る。この項４を通るフィードバック制御により、サーボ
モータから制御対象に付加される力（サーボモータが発
生する力）が力指令Ｆｃに一致するように制御される。
定した推定外乱負荷トルクＴｄ2 を減じ（なお、外乱推
定オブザーバ５で求められる推定外乱負荷トルクＴｄ2
は逆極性で得られるため、図１においては力指令Ｆｃに
推定外乱負荷トルクＴｄ2 が加算されるように記載され
ているが、実際は減算される）、さらに、項４において
モータの実速度ｖに設定係数βを乗じた値を減じて力偏
差Ｆerr （＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・ｖ）を求め、この力偏
差Ｆerr に基づいて項１において比例積分処理を実行し
て、トルク指令（電流指令）Ｔｃを求めモータへ出力す
る。この項４を通るフィードバック制御により、サーボ
モータから制御対象に付加される力（サーボモータが発
生する力）が力指令Ｆｃに一致するように制御される。
【００１２】また、外乱推定オブザーバ５の項５２，５
３のｋ３，ｋ４は外乱推定オブザーバのパラメータであ
り、項５１のαは実際にサーボモータに出力されるトル
ク指令となる電流値Ｔｃに乗じられるパラメータの値で
あり、モータのトルク定数の推定値ｋｔ* をイナーシャ
の推定値Ｊm * で除した（α＝ｋｔ* ／Ｊｍ* ）として
表される。５４は積分項で、項５１，５２，５３の出力
をすべて加算した値を積分し、モータの推定速度ｖａを
求める項である。また、項５５は、項５３からの出力に
（１／α）を乗じて推定外乱負荷トルクＴｄ2 を求める
項である。
３のｋ３，ｋ４は外乱推定オブザーバのパラメータであ
り、項５１のαは実際にサーボモータに出力されるトル
ク指令となる電流値Ｔｃに乗じられるパラメータの値で
あり、モータのトルク定数の推定値ｋｔ* をイナーシャ
の推定値Ｊm * で除した（α＝ｋｔ* ／Ｊｍ* ）として
表される。５４は積分項で、項５１，５２，５３の出力
をすべて加算した値を積分し、モータの推定速度ｖａを
求める項である。また、項５５は、項５３からの出力に
（１／α）を乗じて推定外乱負荷トルクＴｄ2 を求める
項である。
【００１３】図１に示される力制御のブロック図におい
て、α＝ｋｔ* ／Ｊｍ* とおき、かつモータのトルク定
数ｋｔをその推定値ｋｔ* と等しい（ｋｔ＝ｋｔ* ）と
し、モータのイナーシャＪｍをその推定値Ｊｍ* （Ｊｍ
＝Ｊｍ* ）として解析すると、項３の演算により （Ｔｃ・ｋｔ＋ＴＬ）（１／Ｊｍ・Ｓ）＝ｖ …（１） が得られ、また項５の出力ｖａを考えると、 ｛Ｔｃ・（ｋｔ／Ｊｍ）＋（ｖ−ｖａ）ｋ３＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ）｝ ・（１／Ｓ）＝ｖａ …（２） が得られる。第（１）式を変形すると次式となり、 Ｔｃ＝（ｖ・Ｊｍ・Ｓ−ＴＬ）／ｋｔ …（３） この第（３）式を第（２）式に代入して整理すると、 （ｖ・Ｊｍ・Ｓ−ＴＬ）／Ｊｍ＋（ｖ−ｖａ）ｋ３ ＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・ｋ３＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ） ＝ＴＬ／Ｊｍ …（５） となる。また、第（５）式からＶｅｒｒ（＝ｖ−ｖａ）
を求めると、 Ｖｅｒｒ＝ｖ−ｖａ ＝（ＴＬ／Ｊｍ）［１／｛Ｓ＋ｋ３＋（ｋ４／Ｓ）｝］ …（６） 上記第（６）式から項５３の出力Ｔｄ１は次の第（７）
式によって表される。
て、α＝ｋｔ* ／Ｊｍ* とおき、かつモータのトルク定
数ｋｔをその推定値ｋｔ* と等しい（ｋｔ＝ｋｔ* ）と
し、モータのイナーシャＪｍをその推定値Ｊｍ* （Ｊｍ
＝Ｊｍ* ）として解析すると、項３の演算により （Ｔｃ・ｋｔ＋ＴＬ）（１／Ｊｍ・Ｓ）＝ｖ …（１） が得られ、また項５の出力ｖａを考えると、 ｛Ｔｃ・（ｋｔ／Ｊｍ）＋（ｖ−ｖａ）ｋ３＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ）｝ ・（１／Ｓ）＝ｖａ …（２） が得られる。第（１）式を変形すると次式となり、 Ｔｃ＝（ｖ・Ｊｍ・Ｓ−ＴＬ）／ｋｔ …（３） この第（３）式を第（２）式に代入して整理すると、 （ｖ・Ｊｍ・Ｓ−ＴＬ）／Ｊｍ＋（ｖ−ｖａ）ｋ３ ＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・ｋ３＋（ｖ−ｖａ）（ｋ４／Ｓ） ＝ＴＬ／Ｊｍ …（５） となる。また、第（５）式からＶｅｒｒ（＝ｖ−ｖａ）
を求めると、 Ｖｅｒｒ＝ｖ−ｖａ ＝（ＴＬ／Ｊｍ）［１／｛Ｓ＋ｋ３＋（ｋ４／Ｓ）｝］ …（６） 上記第（６）式から項５３の出力Ｔｄ１は次の第（７）
式によって表される。
【００１４】 Ｔｄ１＝Ｖｅｒｒ・（ｋ４／Ｓ） ＝（ＴＬ／Ｊｍ）｛ｋ４／（Ｓ2 ＋ｋ３・Ｓ＋ｋ４）｝ …（７） 第（７）式において、パラメータｋ３，ｋ４を極が安定
するように選択すると、Ｔｄ１＝ＴＬ／Ｊｍと近似する
ことができ、この関係式は全外乱トルクＴｄ１を推定で
きることを示している。
するように選択すると、Ｔｄ１＝ＴＬ／Ｊｍと近似する
ことができ、この関係式は全外乱トルクＴｄ１を推定で
きることを示している。
【００１５】そして、この全外乱トルクＴｄ１に１／α
（＝Ｊｍ* ／ｋｔ* ）を乗じて推定外乱負荷トルクＴｄ
2 を求め、この推定外乱負荷トルクＴｄ2 を用いて力の
フィードバック制御を行う。
（＝Ｊｍ* ／ｋｔ* ）を乗じて推定外乱負荷トルクＴｄ
2 を求め、この推定外乱負荷トルクＴｄ2 を用いて力の
フィードバック制御を行う。
【００１６】この推定外乱負荷トルクＴｄ2 を用いた力
のフィードバック制御では、力指令Ｆｃに対して、外乱
推定オブザーバ５で推定した推定外乱負荷トルクＴｄ2
と項４においてモータの実速度ｖに設定係数βを乗じた
値との差によって力偏差を求めて、その力偏差Ｆerr
（＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・ｖ）を求め、さらに項１におい
てこの力偏差Ｆerr を比例積分処理してトルク指令Ｔｃ
を求める。このトルク指令Ｔｃは電流指令であり、この
電流指令をモータに出力することによってモータのトル
ク制御を行うことができる。
のフィードバック制御では、力指令Ｆｃに対して、外乱
推定オブザーバ５で推定した推定外乱負荷トルクＴｄ2
と項４においてモータの実速度ｖに設定係数βを乗じた
値との差によって力偏差を求めて、その力偏差Ｆerr
（＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・ｖ）を求め、さらに項１におい
てこの力偏差Ｆerr を比例積分処理してトルク指令Ｔｃ
を求める。このトルク指令Ｔｃは電流指令であり、この
電流指令をモータに出力することによってモータのトル
ク制御を行うことができる。
【００１７】つまり、この項４を通るフィードバック制
御により、サーボモータから制御対象に付加される力
（サーボモータが発生する力）が、力指令値Ｆｃに一致
するように制御されることになり、例えばこの力指令値
Ｆｃをある設定値として与えると、サーボモータに実際
に加わる負荷の大きさに係わらず、モータからは常に設
定されたトルクが発生することになる。
御により、サーボモータから制御対象に付加される力
（サーボモータが発生する力）が、力指令値Ｆｃに一致
するように制御されることになり、例えばこの力指令値
Ｆｃをある設定値として与えると、サーボモータに実際
に加わる負荷の大きさに係わらず、モータからは常に設
定されたトルクが発生することになる。
【００１８】図２は、本発明の方法を実施するサーボモ
ータ制御系の要部ブロック図である。図２において、１
０は一般の工作機械やロボット等の機械を制御する制御
装置と同様の制御装置であり、この制御装置１０から移
動指令，力指令，各種制御信号が共有メモリ１１を介し
てディジタルモータ制御回路１２に出力される。ディジ
タルモータ制御回路１２は、プロセッサ（ＣＰＵ），Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、位置，速度，力等のモ
ータ制御をディジタル的に実行し、トランジスタインバ
ータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸のサ
ーボモータ１４を制御するものである。また、１５は位
置，速度を検出する位置速度検出器でサーボモータのモ
ータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成され、デ
ィジタルモータ制御回路１２に検出した位置，速度フィ
ードバック信号を出力している。なお、これらの構成
は、従来の公知のディジタルサーボ回路の構成と同一の
ものを用いることができるが、力制御を行う点において
従来のディジタルサーボ回路と異なっている。
ータ制御系の要部ブロック図である。図２において、１
０は一般の工作機械やロボット等の機械を制御する制御
装置と同様の制御装置であり、この制御装置１０から移
動指令，力指令，各種制御信号が共有メモリ１１を介し
てディジタルモータ制御回路１２に出力される。ディジ
タルモータ制御回路１２は、プロセッサ（ＣＰＵ），Ｒ
ＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、位置，速度，力等のモ
ータ制御をディジタル的に実行し、トランジスタインバ
ータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸のサ
ーボモータ１４を制御するものである。また、１５は位
置，速度を検出する位置速度検出器でサーボモータのモ
ータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成され、デ
ィジタルモータ制御回路１２に検出した位置，速度フィ
ードバック信号を出力している。なお、これらの構成
は、従来の公知のディジタルサーボ回路の構成と同一の
ものを用いることができるが、力制御を行う点において
従来のディジタルサーボ回路と異なっている。
【００１９】（実施例の動作）次に、前記力制御を行う
ための制御系の一動作例について、図３に示すディジタ
ルモータ制御回路のプロセッサが実施する力制御の一処
理のフローチャートに従って説明する。
ための制御系の一動作例について、図３に示すディジタ
ルモータ制御回路のプロセッサが実施する力制御の一処
理のフローチャートに従って説明する。
【００２０】なお、あらかじめ、外乱推定オブザーバを
構成する定数ｋ３，ｋ４，係数α，βをディジタルモー
タ制御回路１２内に設置しておくものとする。
構成する定数ｋ３，ｋ４，係数α，βをディジタルモー
タ制御回路１２内に設置しておくものとする。
【００２１】また、このサーボモータ１４の位置・速度
を制御するときは、従来と同様の位置・速度ループ処理
を実行し、力制御を行うときは、位置・速度制御処理か
ら図３に示す力制御処理に切り換えて力制御を実行す
る。例えば、バリ取りロボットにおいて、バリ取り開始
位置までは、位置・速度制御を行って位置決めした後、
バリ取りのための力制御を実行する。
を制御するときは、従来と同様の位置・速度ループ処理
を実行し、力制御を行うときは、位置・速度制御処理か
ら図３に示す力制御処理に切り換えて力制御を実行す
る。例えば、バリ取りロボットにおいて、バリ取り開始
位置までは、位置・速度制御を行って位置決めした後、
バリ取りのための力制御を実行する。
【００２２】力制御に切り換えられると、ディジタルモ
ータ制御回路１２のプロセッサは所定周期（通常速度ル
ープ処理周期と同一の周期）毎に図３に示す処理を実行
する。
ータ制御回路１２のプロセッサは所定周期（通常速度ル
ープ処理周期と同一の周期）毎に図３に示す処理を実行
する。
【００２３】まず、制御装置１０から共有メモリ１１を
介して送られてきた力指令値Ｆｃを読むとともに、位置
・速度検出器１５で検出されフィードバックされた速度
フィードバック値ｖを読み込む（ステップＳ１）。そし
て、外乱推定オブザーバ５の処理を開始し、ステップＳ
１で読み取った速度フィードバック値ｖからレジスタＲ
（ｖａ）に記憶してある推定速度ｖａを減じて、実速度
と推定速度の差Ｖｅｒｒを求める（ステップＳ２）。な
お、図３においては、このレジスタＲに記憶してある推
定速度をＲ（ｖａ）で表している。さらに、誤差Ｖｅｒ
ｒに設定定数ｋ４を乗じた値を全外乱推定値Ｔｄ１を記
憶しているアキュムレータに加算し、当該周期における
全外乱推定値Ｔｄ１を求める（ステップＳ３）。すなわ
ち、ステップＳ３の処理は図１における要素５３の処理
である。
介して送られてきた力指令値Ｆｃを読むとともに、位置
・速度検出器１５で検出されフィードバックされた速度
フィードバック値ｖを読み込む（ステップＳ１）。そし
て、外乱推定オブザーバ５の処理を開始し、ステップＳ
１で読み取った速度フィードバック値ｖからレジスタＲ
（ｖａ）に記憶してある推定速度ｖａを減じて、実速度
と推定速度の差Ｖｅｒｒを求める（ステップＳ２）。な
お、図３においては、このレジスタＲに記憶してある推
定速度をＲ（ｖａ）で表している。さらに、誤差Ｖｅｒ
ｒに設定定数ｋ４を乗じた値を全外乱推定値Ｔｄ１を記
憶しているアキュムレータに加算し、当該周期における
全外乱推定値Ｔｄ１を求める（ステップＳ３）。すなわ
ち、ステップＳ３の処理は図１における要素５３の処理
である。
【００２４】次に、推定速度ｖａを記憶するレジスタＲ
（ｖａ）にステップＳ３で求めた全外乱推定値Ｔｄ１を
加算するとともに、ステップＳ２で求めた差Ｖｅｒｒに
定数ｋ３を乗じた値を加算し、さらに、レジスタＲ（Ｔ
ｃ）に記憶する前周期で読み込んだトルク指令Ｔｃに設
定定数α（ｋｔ* ＝／Ｊｍ* ）を乗じた値を加算し当該
周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖａ）に格
納する（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ４の処
理は、図１における要素５１及び要素５４等の処理によ
って推定速度ｖａを求める処理である。
（ｖａ）にステップＳ３で求めた全外乱推定値Ｔｄ１を
加算するとともに、ステップＳ２で求めた差Ｖｅｒｒに
定数ｋ３を乗じた値を加算し、さらに、レジスタＲ（Ｔ
ｃ）に記憶する前周期で読み込んだトルク指令Ｔｃに設
定定数α（ｋｔ* ＝／Ｊｍ* ）を乗じた値を加算し当該
周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖａ）に格
納する（ステップＳ４）。すなわち、ステップＳ４の処
理は、図１における要素５１及び要素５４等の処理によ
って推定速度ｖａを求める処理である。
【００２５】次に、ステップＳ３で求めた全外乱推定値
Ｔｄ１を設定係数αで除して推定外乱負荷トルクＴｄ２
を求める。
Ｔｄ１を設定係数αで除して推定外乱負荷トルクＴｄ２
を求める。
【００２６】以上のステップＳ２〜ステップＳ５までの
処理が推定外乱負荷トルクを求める外乱推定オブザーバ
５の処理である。
処理が推定外乱負荷トルクを求める外乱推定オブザーバ
５の処理である。
【００２７】次に、外乱推定オブザーバ５により求めら
れた推定外乱負荷トルクを用いて、力制御を行う。以下
に示す制御例は、推定外乱負荷トルクにモータの実速度
に設定係数を乗じた値を加算した値を力のフィードバッ
ク値とし、そのフィードバック値が力指令値と一致する
ようにフィードバック制御することにより、安定性と、
制御対象からの反力を受けないときの暴走を防止するも
のである。
れた推定外乱負荷トルクを用いて、力制御を行う。以下
に示す制御例は、推定外乱負荷トルクにモータの実速度
に設定係数を乗じた値を加算した値を力のフィードバッ
ク値とし、そのフィードバック値が力指令値と一致する
ようにフィードバック制御することにより、安定性と、
制御対象からの反力を受けないときの暴走を防止するも
のである。
【００２８】前記ステップＳ２〜ステップＳ５の外乱推
定オブザーバ５の処理により求められた推定外乱負荷ト
ルクＴｄ２を力のフィードバック値として利用し、力指
令値Ｆｃから減じることになるが、外乱推定オブザーバ
５で求められる推定外乱負荷トルクＴｄ２は力指令値Ｆ
ｃと極性が逆になって求められるから、実際は力指令値
Ｆｃに求められた推定外乱負荷トルクＴｄ２を加算する
ことによって実質的に差を求めることになる。そして、
さらに、ステップＳ１で求めた速度フィードバック値ｖ
に設定係数βを乗じた値を減じて力偏差Ｆｅｒｒを求め
る。すなわち、次式の演算を行うことにより力偏差Ｆｅ
ｒｒを求める（ステップＳ６）。
定オブザーバ５の処理により求められた推定外乱負荷ト
ルクＴｄ２を力のフィードバック値として利用し、力指
令値Ｆｃから減じることになるが、外乱推定オブザーバ
５で求められる推定外乱負荷トルクＴｄ２は力指令値Ｆ
ｃと極性が逆になって求められるから、実際は力指令値
Ｆｃに求められた推定外乱負荷トルクＴｄ２を加算する
ことによって実質的に差を求めることになる。そして、
さらに、ステップＳ１で求めた速度フィードバック値ｖ
に設定係数βを乗じた値を減じて力偏差Ｆｅｒｒを求め
る。すなわち、次式の演算を行うことにより力偏差Ｆｅ
ｒｒを求める（ステップＳ６）。
【００２９】Ｆｅｒｒ＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・ｖ 次に、積分器として作用するアキュムレータＳｕｍに上
記力偏差Ｆｅｒｒに積分定数ｋ１、及びこの図３に示す
処理の周期Ｔｓを乗じた値を加算することによって積分
処理を実行する（図１中の要素１の積分処理）（ステッ
プＳ７）。そして、該アキュムレータＳｕｍの値と上記
力偏差Ｆｅｒｒに比例定数ｋ２を乗じた値を加算してト
ルク指令Ｔｃを求める（ステップＳ８）。すなわち、図
１の項１の処理を実行することになる。こうして求めら
れたトルク指令Ｔｃを次の周期で使用するためにレジス
タＲ（Ｔｃ）に格納するとともに電流ループに引き渡し
（ステップＳ９，ステップＳ１０）、当該周期の処理を
終了する。
記力偏差Ｆｅｒｒに積分定数ｋ１、及びこの図３に示す
処理の周期Ｔｓを乗じた値を加算することによって積分
処理を実行する（図１中の要素１の積分処理）（ステッ
プＳ７）。そして、該アキュムレータＳｕｍの値と上記
力偏差Ｆｅｒｒに比例定数ｋ２を乗じた値を加算してト
ルク指令Ｔｃを求める（ステップＳ８）。すなわち、図
１の項１の処理を実行することになる。こうして求めら
れたトルク指令Ｔｃを次の周期で使用するためにレジス
タＲ（Ｔｃ）に格納するとともに電流ループに引き渡し
（ステップＳ９，ステップＳ１０）、当該周期の処理を
終了する。
【００３０】以降、力制御に切り換えられている限り、
上記図３に示す処理を所定周期毎に実行する。
上記図３に示す処理を所定周期毎に実行する。
【００３１】上記実施例では、フィードバック量として
推定外乱負荷トルクＴｄ2 にモータの実速度ｖに設定係
数βを乗じた値を加算したものを採用しているが、モー
タの実速度ｖの関数をフィードバック値の一部として利
用するのは、制御系の振動を防止して安定性を向上させ
るためと、モータの暴走を防止するためである。このモ
ータの暴走は、トルクを与える対象がなかったり、トル
クを与えると対象が動いてしまう等の制御対象からの反
力がモータに加わらない場合には、外乱推定オブザーバ
で推定する推定外乱負荷トルクＴｄ2 が非常に小さな
り、その結果、力偏差Ｆｅｒｒが大きくなって減少する
ことにより発生する。そのため、速度に比例する値をフ
ィードバックすることによって、このような場合のモー
タの暴走を防止するものである。もし、必ず制御対象か
ら反力を受けるものであるときには、必ずしも速度に比
例する値をフィードバックする必要はない。
推定外乱負荷トルクＴｄ2 にモータの実速度ｖに設定係
数βを乗じた値を加算したものを採用しているが、モー
タの実速度ｖの関数をフィードバック値の一部として利
用するのは、制御系の振動を防止して安定性を向上させ
るためと、モータの暴走を防止するためである。このモ
ータの暴走は、トルクを与える対象がなかったり、トル
クを与えると対象が動いてしまう等の制御対象からの反
力がモータに加わらない場合には、外乱推定オブザーバ
で推定する推定外乱負荷トルクＴｄ2 が非常に小さな
り、その結果、力偏差Ｆｅｒｒが大きくなって減少する
ことにより発生する。そのため、速度に比例する値をフ
ィードバックすることによって、このような場合のモー
タの暴走を防止するものである。もし、必ず制御対象か
ら反力を受けるものであるときには、必ずしも速度に比
例する値をフィードバックする必要はない。
【００３２】次に、前記力制御を行うための制御系の第
２の動作例について、図４に示すディジタルモータ制御
回路のプロセッサが実施する力制御の他の処理のフロー
チャートを用いて説明する。
２の動作例について、図４に示すディジタルモータ制御
回路のプロセッサが実施する力制御の他の処理のフロー
チャートを用いて説明する。
【００３３】なお、図４に示す第２の動作処理におい
て、推定外乱負荷トルクを求める外乱推定オブザーバ５
の処理は、前記図３に示したステップＳ１からステップ
Ｓ５までの前記第１の動作例中の処理と同様であり、外
乱推定オブザーバ５により求められた推定外乱負荷トル
クを用いて力制御を行う制御方法の点で相違している。
以下に示す制御例は、モータの最大許容速度に設定係数
を乗じた値に、推定外乱負荷トルクを加算した値をトル
ク指令値としてフィードバック制御を行うことにより、
安定性と、制御対象からの反力を受けないときの暴走を
防止するものである。
て、推定外乱負荷トルクを求める外乱推定オブザーバ５
の処理は、前記図３に示したステップＳ１からステップ
Ｓ５までの前記第１の動作例中の処理と同様であり、外
乱推定オブザーバ５により求められた推定外乱負荷トル
クを用いて力制御を行う制御方法の点で相違している。
以下に示す制御例は、モータの最大許容速度に設定係数
を乗じた値に、推定外乱負荷トルクを加算した値をトル
ク指令値としてフィードバック制御を行うことにより、
安定性と、制御対象からの反力を受けないときの暴走を
防止するものである。
【００３４】図１の制御系では、制御装置１０から共有
メモリ１１を介して送られてくる力指令値Ｆｃと、位置
・速度検出器１５で検出されフィードバックされる実速
度ｖに設定係数βを乗じた値と、外乱推定オブザーバ５
から得られる推定外乱負荷トルクＴｄ２との間で、Ｆｃ
＝−Ｔｄ２＋β・ｖとなるように制御が行われる。つま
り、力偏差Ｆｅｒｒ（Ｆｅｒｒ＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・
ｖ）を減少させるような制御が行われる。
メモリ１１を介して送られてくる力指令値Ｆｃと、位置
・速度検出器１５で検出されフィードバックされる実速
度ｖに設定係数βを乗じた値と、外乱推定オブザーバ５
から得られる推定外乱負荷トルクＴｄ２との間で、Ｆｃ
＝−Ｔｄ２＋β・ｖとなるように制御が行われる。つま
り、力偏差Ｆｅｒｒ（Ｆｅｒｒ＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−β・
ｖ）を減少させるような制御が行われる。
【００３５】なお、推定外乱負荷トルクＴｄ２を力のフ
ィードバック値として利用する場合、この推定外乱負荷
トルクＴｄ２を力指令値Ｆｃから減じることになるが、
外乱推定オブザーバで求められる推定外乱負荷トルクＴ
ｄ２は力指令値Ｆｃと極性が逆になって求められるた
め、実際は力指令値Ｆｃに求められた推定外乱負荷トル
クＴｄ２を加算することによって実質的に差を求めるこ
とになる。
ィードバック値として利用する場合、この推定外乱負荷
トルクＴｄ２を力指令値Ｆｃから減じることになるが、
外乱推定オブザーバで求められる推定外乱負荷トルクＴ
ｄ２は力指令値Ｆｃと極性が逆になって求められるた
め、実際は力指令値Ｆｃに求められた推定外乱負荷トル
クＴｄ２を加算することによって実質的に差を求めるこ
とになる。
【００３６】ここで、トルクを与える制御対象がなかっ
たり、制御対象がトルクを与えると動いてしまうよう
な、モータが制御対象からの反力を受けない場合には、
実際に発生する実トルクは目標値であるトルク指令Ｔｃ
に達しない。このとき、モータの速度ｖはｖ＝（Ｆｃ＋
Ｔｄ２）／βとなる。なお、外乱推定オブザーバ５によ
り得られる推定外乱負荷トルクＴｄ２が、この実トルク
を推定するものとなる。この推定外乱負荷トルクＴｄ２
は、目標値より小さい値であるため、上記式の関係から
速度ｖは上昇する。この速度Ｖの上昇は、モータが提供
可能な最大速度である最大許容速度ｖｍａｘを超える場
合がある。
たり、制御対象がトルクを与えると動いてしまうよう
な、モータが制御対象からの反力を受けない場合には、
実際に発生する実トルクは目標値であるトルク指令Ｔｃ
に達しない。このとき、モータの速度ｖはｖ＝（Ｆｃ＋
Ｔｄ２）／βとなる。なお、外乱推定オブザーバ５によ
り得られる推定外乱負荷トルクＴｄ２が、この実トルク
を推定するものとなる。この推定外乱負荷トルクＴｄ２
は、目標値より小さい値であるため、上記式の関係から
速度ｖは上昇する。この速度Ｖの上昇は、モータが提供
可能な最大速度である最大許容速度ｖｍａｘを超える場
合がある。
【００３７】そこで、本発明においては、速度ｖが最大
許容速度ｖｍａｘを超える場合には、力指令値Ｆｃを調
整して新たな力指令値Ｆｃ２を求め、その力指令値Ｆｃ
２によって出力される速度が最大許容速度ｖｍａｘとな
るように制御することにより、暴走を防止する。つま
り、ｖ＝（Ｆｃ＋Ｔｄ２）／β＞ｖｍａｘの場合に、Ｆ
ｃをＦｃ２＝−Ｔｄ２＋β・ｖｍａｘに変更することに
より、速度ｖを最大許容速度ｖｍａｘとなるように制御
を行うものである（Ｆｃ＋Ｔｄ２＞０の場合）。
許容速度ｖｍａｘを超える場合には、力指令値Ｆｃを調
整して新たな力指令値Ｆｃ２を求め、その力指令値Ｆｃ
２によって出力される速度が最大許容速度ｖｍａｘとな
るように制御することにより、暴走を防止する。つま
り、ｖ＝（Ｆｃ＋Ｔｄ２）／β＞ｖｍａｘの場合に、Ｆ
ｃをＦｃ２＝−Ｔｄ２＋β・ｖｍａｘに変更することに
より、速度ｖを最大許容速度ｖｍａｘとなるように制御
を行うものである（Ｆｃ＋Ｔｄ２＞０の場合）。
【００３８】そこで、この第２の動作例においても前記
第１の動作例と同様に、あらかじめ、外乱推定オブザー
バを構成する定数ｋ３，ｋ４，係数α，βをディジタル
モータ制御回路１２内に設置しておく。そして、このサ
ーボモータ１４の位置・速度を制御するときは、従来と
同様の位置・速度ループ処理を実行し、力制御を行うと
きは、位置・速度制御処理から図４に示す力制御処理に
切り替えて力制御を実行する。
第１の動作例と同様に、あらかじめ、外乱推定オブザー
バを構成する定数ｋ３，ｋ４，係数α，βをディジタル
モータ制御回路１２内に設置しておく。そして、このサ
ーボモータ１４の位置・速度を制御するときは、従来と
同様の位置・速度ループ処理を実行し、力制御を行うと
きは、位置・速度制御処理から図４に示す力制御処理に
切り替えて力制御を実行する。
【００３９】力制御に切り換えられると、ディジタルモ
ータ制御回路１２のプロセッサは所定周期（通常速度ル
ープ処理周期と同一の周期）毎に図４に示す処理を実行
する。
ータ制御回路１２のプロセッサは所定周期（通常速度ル
ープ処理周期と同一の周期）毎に図４に示す処理を実行
する。
【００４０】まず、制御装置１０から共有メモリ１１か
ら、力指令値Ｆｃとともにモータの最大許容速度ｖｍａ
ｘを読み込む（ステップＳ２１）。そして、前記第１の
動作例に示したように、図３のステップＳ１からステッ
プＳ５までの外乱推定オブザーバ５の処理によりトルク
フィードバック値である推定外乱負荷トルクＴｄ２を求
めるとともに実速度ｖを取り込む（ステップＳ２２）。
なお、図４では、図３のステップＳ１からステップＳ５
までの外乱推定オブザーバ５の処理については省略して
いる。
ら、力指令値Ｆｃとともにモータの最大許容速度ｖｍａ
ｘを読み込む（ステップＳ２１）。そして、前記第１の
動作例に示したように、図３のステップＳ１からステッ
プＳ５までの外乱推定オブザーバ５の処理によりトルク
フィードバック値である推定外乱負荷トルクＴｄ２を求
めるとともに実速度ｖを取り込む（ステップＳ２２）。
なお、図４では、図３のステップＳ１からステップＳ５
までの外乱推定オブザーバ５の処理については省略して
いる。
【００４１】ステップＳ２１で読み込んだ力指令値Ｆｃ
と、ステップＳ２２で求めた推定外乱負荷トルクＴｄ２
と、設定定数βにより速度ｖを表す（Ｆｃ＋Ｔｄ２）／
β（＝ｖ）の絶対値が最大許容速度ｖｍａｘを超えてる
か否かの判定を行う（ステップＳ２３）。
と、ステップＳ２２で求めた推定外乱負荷トルクＴｄ２
と、設定定数βにより速度ｖを表す（Ｆｃ＋Ｔｄ２）／
β（＝ｖ）の絶対値が最大許容速度ｖｍａｘを超えてる
か否かの判定を行う（ステップＳ２３）。
【００４２】図５に示す力指令値と速度との関係を示す
図において、力指令値Ｆｃにより力制御を始め、時点
（ａ）において例えば制御対象からの反力が減少する
と、推定外乱負荷トルクＴｄ２の減少が生じる。この推
定外乱負荷トルクＴｄ２の減少により速度ｖはｖ＝（Ｆ
ｃ＋Ｔｄ２）の関係から加速を始め、時点（ｂ）におい
てモータの持つ最大許容速度ｖｍａｘを超えることにな
る。ステップＳ２３の判定では、この（Ｆｃ＋Ｔｄ２）
／β（＝ｖ）の絶対値が最大許容速度ｖｍａｘを超える
か否かの判定を行い、最大許容速度ｖｍａｘを超えてい
ない場合には新たな力指令値Ｆｃ２として従来と同一の
力指令値Ｆｃを用い（ステップＳ２７）、最大許容速度
ｖｍａｘを超えた場合にはステップＳ２４〜ステップＳ
２６の処理により新たな力指令値Ｆｃ２を設定して力指
令値の変更を行う。
図において、力指令値Ｆｃにより力制御を始め、時点
（ａ）において例えば制御対象からの反力が減少する
と、推定外乱負荷トルクＴｄ２の減少が生じる。この推
定外乱負荷トルクＴｄ２の減少により速度ｖはｖ＝（Ｆ
ｃ＋Ｔｄ２）の関係から加速を始め、時点（ｂ）におい
てモータの持つ最大許容速度ｖｍａｘを超えることにな
る。ステップＳ２３の判定では、この（Ｆｃ＋Ｔｄ２）
／β（＝ｖ）の絶対値が最大許容速度ｖｍａｘを超える
か否かの判定を行い、最大許容速度ｖｍａｘを超えてい
ない場合には新たな力指令値Ｆｃ２として従来と同一の
力指令値Ｆｃを用い（ステップＳ２７）、最大許容速度
ｖｍａｘを超えた場合にはステップＳ２４〜ステップＳ
２６の処理により新たな力指令値Ｆｃ２を設定して力指
令値の変更を行う。
【００４３】最大許容速度ｖｍａｘを超えた場合、（Ｆ
ｃ＋Ｔｄ２）の値の正負を判定し（ステップＳ２４）、
（Ｆｃ＋Ｔｄ２）の値が正の値の場合には前記したよう
に新たな力指令値Ｆｃ２を（β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）に
変更して、速度ｖが最大許容速度ｖｍａｘとなるように
制御を行う（ステップＳ２５）。逆に、（Ｆｃ＋Ｔｄ
２）の値が負の値の場合には新たな力指令値Ｆｃ２を
（−β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）に変更して、速度ｖが最大
許容速度ｖｍａｘとなるように制御を行う（ステップＳ
２６）。
ｃ＋Ｔｄ２）の値の正負を判定し（ステップＳ２４）、
（Ｆｃ＋Ｔｄ２）の値が正の値の場合には前記したよう
に新たな力指令値Ｆｃ２を（β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）に
変更して、速度ｖが最大許容速度ｖｍａｘとなるように
制御を行う（ステップＳ２５）。逆に、（Ｆｃ＋Ｔｄ
２）の値が負の値の場合には新たな力指令値Ｆｃ２を
（−β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）に変更して、速度ｖが最大
許容速度ｖｍａｘとなるように制御を行う（ステップＳ
２６）。
【００４４】図５において、速度ｖが最大許容速度ｖｍ
ａｘを超えた時点（ｂ）に対応する時点（ｃ）におい
て、この力指令値のＦｃからＦｃ２への変更が行われ
る。なお、図５ではＦｃ２が（β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）
に変更された場合を示している。
ａｘを超えた時点（ｂ）に対応する時点（ｃ）におい
て、この力指令値のＦｃからＦｃ２への変更が行われ
る。なお、図５ではＦｃ２が（β・ｖｍａｘ−Ｔｄ２）
に変更された場合を示している。
【００４５】この後のステップＳ２９〜ステップＳ３３
の処理は、前記第１の動作例において図３で示したステ
ップＳ６〜ステップＳ１０と同様の処理となる。つま
り、前記ステップＳ２５〜ステップＳ２７で求めた力指
令値Ｆｃ２から推定外乱負荷トルクＴｄ２とステップＳ
２１で読み込んだ最大許容速度ｖｍａｘに設定係数βを
乗じた値とを減じて力偏差Ｆｅｒｒ（＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−
β・ｖ）を求める（ステップＳ２９）。
の処理は、前記第１の動作例において図３で示したステ
ップＳ６〜ステップＳ１０と同様の処理となる。つま
り、前記ステップＳ２５〜ステップＳ２７で求めた力指
令値Ｆｃ２から推定外乱負荷トルクＴｄ２とステップＳ
２１で読み込んだ最大許容速度ｖｍａｘに設定係数βを
乗じた値とを減じて力偏差Ｆｅｒｒ（＝Ｆｃ＋Ｔｄ２−
β・ｖ）を求める（ステップＳ２９）。
【００４６】次に、積分器として作用するアキュムレー
タＳｕｍに上記力偏差Ｆｅｒｒに積分定数ｋ１、及びこ
の図４に示す処理の周期Ｔｓを乗じた値を加算すること
によって積分処理を実行する（図１中の要素１の積分処
理）（ステップＳ３０）。そして、該アキュムレータＳ
ｕｍの値と上記力偏差Ｆｅｒｒに比例定数ｋ２を乗じた
値を加算してトルク指令Ｔｃを求める（ステップＳ３
１）。すなわち、図１の項１の処理を実行することにな
る。こうして求められたトルク指令Ｔｃを次の周期で使
用するためにレジスタＲ（Ｔｃ）に格納するとともに電
流ループに引き渡し（ステップＳ３２，ステップＳ３
３）、当該周期の処理を終了する。
タＳｕｍに上記力偏差Ｆｅｒｒに積分定数ｋ１、及びこ
の図４に示す処理の周期Ｔｓを乗じた値を加算すること
によって積分処理を実行する（図１中の要素１の積分処
理）（ステップＳ３０）。そして、該アキュムレータＳ
ｕｍの値と上記力偏差Ｆｅｒｒに比例定数ｋ２を乗じた
値を加算してトルク指令Ｔｃを求める（ステップＳ３
１）。すなわち、図１の項１の処理を実行することにな
る。こうして求められたトルク指令Ｔｃを次の周期で使
用するためにレジスタＲ（Ｔｃ）に格納するとともに電
流ループに引き渡し（ステップＳ３２，ステップＳ３
３）、当該周期の処理を終了する。
【００４７】ここで、例えば、図５の時点（ｄ）におい
て、制御対象からの反力が増加すると、推定外乱負荷ト
ルクＴｄ２の増加する。この推定外乱負荷トルクＴｄ２
の増加により速度ｖはｖ＝（Ｆｃ＋Ｔｄ２）の関係から
減速し、最大許容速度ｖｍａｘよ小さくなる（時点
（ｅ））。このため、力指令値Ｆｃ２は時点（ｆ）では
じめの力指令値Ｆｃに変更されることになる。
て、制御対象からの反力が増加すると、推定外乱負荷ト
ルクＴｄ２の増加する。この推定外乱負荷トルクＴｄ２
の増加により速度ｖはｖ＝（Ｆｃ＋Ｔｄ２）の関係から
減速し、最大許容速度ｖｍａｘよ小さくなる（時点
（ｅ））。このため、力指令値Ｆｃ２は時点（ｆ）では
じめの力指令値Ｆｃに変更されることになる。
【００４８】以降、力制御に切り換えられている限り、
上記図４に示す処理を所定周期毎に実行する。
上記図４に示す処理を所定周期毎に実行する。
【００４９】上記第１の動作例、及び第２の動作例にお
いては、フィードバック量として推定外乱負荷トルクＴ
ｄ２にモータの実速度ｖ、あるいは最大許容速度ｖｍａ
ｘに設定係数βを乗じた値を加算したものとし、モータ
の実速度ｖの関数をフィードバック値の一部に利用する
のは、制御系の振動を防止して安定性を向上させるとと
もに、制御対象からの反力がモータに加わらない場合の
モータの暴走を防ぐためである。つまり、制御対象から
の反力がモータに加わらない場合には、外乱推定オブザ
ーバで推定する推定外乱負荷トルクＴｄ２は非常に小さ
くなり、その結果、力偏差Ｆｅｒｒが大きくなり減少す
ることがないことから、モータが暴走することになる。
そこで、速度に比例する値をフィードバックすることに
より、あるいは一定値にクランプした速度に比例する値
をフィードバックすることにより、モータの暴走を防止
するものである。従って、制御対象からの反力を必ず受
けるような制御系の場合には、必ずしも速度やクランプ
した速度にに比例する値をフィードバックする必要はな
い。
いては、フィードバック量として推定外乱負荷トルクＴ
ｄ２にモータの実速度ｖ、あるいは最大許容速度ｖｍａ
ｘに設定係数βを乗じた値を加算したものとし、モータ
の実速度ｖの関数をフィードバック値の一部に利用する
のは、制御系の振動を防止して安定性を向上させるとと
もに、制御対象からの反力がモータに加わらない場合の
モータの暴走を防ぐためである。つまり、制御対象から
の反力がモータに加わらない場合には、外乱推定オブザ
ーバで推定する推定外乱負荷トルクＴｄ２は非常に小さ
くなり、その結果、力偏差Ｆｅｒｒが大きくなり減少す
ることがないことから、モータが暴走することになる。
そこで、速度に比例する値をフィードバックすることに
より、あるいは一定値にクランプした速度に比例する値
をフィードバックすることにより、モータの暴走を防止
するものである。従って、制御対象からの反力を必ず受
けるような制御系の場合には、必ずしも速度やクランプ
した速度にに比例する値をフィードバックする必要はな
い。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外乱推定オブザーバによってモータに加わる負荷トルク
を推定して、該推定負荷トルクをフィードバックして該
推定負荷トルクが指令値された力と一致するようにフィ
ードバック制御するため、力センサ等を必要とせず、簡
単にセンサにより駆動される被駆動体による力制御を実
行することができるとともに、安価な力制御装置を得る
ことができる。そのため、従来、力制御ができないこと
から駆動源を油圧シリンダにして油圧による制御しかで
きなかった産業機械等の分野においてもモータを駆動源
として使用し、力制御を簡単に導入することができる。
外乱推定オブザーバによってモータに加わる負荷トルク
を推定して、該推定負荷トルクをフィードバックして該
推定負荷トルクが指令値された力と一致するようにフィ
ードバック制御するため、力センサ等を必要とせず、簡
単にセンサにより駆動される被駆動体による力制御を実
行することができるとともに、安価な力制御装置を得る
ことができる。そのため、従来、力制御ができないこと
から駆動源を油圧シリンダにして油圧による制御しかで
きなかった産業機械等の分野においてもモータを駆動源
として使用し、力制御を簡単に導入することができる。
【図１】本発明を適用した一実施例の力制御のブロック
線図である。
線図である。
【図２】同一実施例を実施するサーボモータ制御系の要
部ブロック図である。
部ブロック図である。
【図３】同一実施例における力制御の一処理例のフロー
チャートである。
チャートである。
【図４】同一実施例における力制御の他の処理例のフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図５】力指令値と速度との関係を示す図である。
５ 外乱推定オブザーバ １０ 制御装置 １１ 共有メモリ １２ ディジタルモータ制御回路 １３ サーボアンプ １４ サーボモータ １５ 位置・速度検出器
Claims (4)
- 【請求項１】 モータで駆動する被駆動対に加わる外界
からの負荷を外乱推定オブザーバによって推定し、該推
定外乱負荷トルクをフィードバックして該推定外乱負荷
トルクが力指令値と一致するようにフィードバック制御
する外乱負荷推定による力制御方法。 - 【請求項２】 上記推定外乱負荷トルクにモータの速度
に設定係数を乗じた値を加算した値を力のフィードバッ
ク値とする請求項１記載の外乱負荷推定による力制御方
法。 - 【請求項３】 上記推定外乱負荷トルクにモータの最大
許容速度に設定係数を乗じた値を加算し、該加算値によ
り力の指令値をクランプしてモータの回転速度が最大許
容値以上にならないよう制御する請求項１記載の外乱負
荷推定による力制御方法。 - 【請求項４】 上記外乱推定オブザーバはモータに指令
されるトルク指令値とモータの実速度から外乱負荷トル
クを推定する請求項１，２または請求項３記載の外乱負
荷推定による力制御方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5255266A JPH06339292A (ja) | 1993-04-02 | 1993-09-20 | 外乱負荷推定による力制御方法 |
| PCT/JP1994/000547 WO1994024621A1 (en) | 1993-04-02 | 1994-04-01 | Method of force control by disturbance load estimation |
| US08/347,301 US5734242A (en) | 1903-09-29 | 1994-04-01 | Force control method based on disturbance load estimation |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-98414 | 1993-04-02 | ||
| JP9841493 | 1993-04-02 | ||
| JP5255266A JPH06339292A (ja) | 1993-04-02 | 1993-09-20 | 外乱負荷推定による力制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06339292A true JPH06339292A (ja) | 1994-12-06 |
Family
ID=26439588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5255266A Pending JPH06339292A (ja) | 1903-09-29 | 1993-09-20 | 外乱負荷推定による力制御方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5734242A (ja) |
| JP (1) | JPH06339292A (ja) |
| WO (1) | WO1994024621A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO1999009641A1 (fr) * | 1997-08-13 | 1999-02-25 | Fanuc Ltd | Procede et dispositif de regulation de l'application d'une pression au moyen d'un moteur d'asservissement |
| JP2000141262A (ja) * | 1998-11-06 | 2000-05-23 | Fanuc Ltd | ロボット制御装置 |
| JP2018186627A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | アイシン精機株式会社 | 回転電機制御装置 |
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| JP3773686B2 (ja) * | 1999-02-17 | 2006-05-10 | パイオニア株式会社 | サーボ制御装置及びサーボ制御方法 |
| JP3441680B2 (ja) | 1999-07-28 | 2003-09-02 | ファナック株式会社 | 射出成形機のエジェクタ制御装置 |
| US7301296B1 (en) * | 2001-07-23 | 2007-11-27 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Integrated control and diagnostics system |
| JP3526022B2 (ja) * | 2000-03-06 | 2004-05-10 | 株式会社安川電機 | サーボ制御系の発振臨界検出方法 |
| JP2002202802A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Seiko Instruments Inc | 外乱推定型制御システム、気体圧縮機制御システム及び外乱推定型制御システムの設計方法 |
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| LT6113B (lt) * | 2013-05-13 | 2015-02-25 | Uždaroji Akcinė Bendrovė "My Research" | Servomechanizmas su proporcingai valdoma poveikio jėga |
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| JPH02297603A (ja) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Fanuc Ltd | スライディングモードと外乱推定オブザーバを併用したサーボ制御方式 |
| JPH04265682A (ja) * | 1991-02-21 | 1992-09-21 | Fuji Electric Co Ltd | 上限回転速度制限機能付サーボアンプ |
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| GB2220580B (en) * | 1988-07-15 | 1992-08-12 | Terence Malcolm Brooking | Apparatus for playing a game of skill |
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| JP2846504B2 (ja) * | 1991-05-30 | 1999-01-13 | 三菱電機株式会社 | モータ制御装置 |
-
1993
- 1993-09-20 JP JP5255266A patent/JPH06339292A/ja active Pending
-
1994
- 1994-04-01 US US08/347,301 patent/US5734242A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-04-01 WO PCT/JP1994/000547 patent/WO1994024621A1/ja active Application Filing
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| JP2018186627A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | アイシン精機株式会社 | 回転電機制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5734242A (en) | 1998-03-31 |
| WO1994024621A1 (en) | 1994-10-27 |
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