JPH07281758A - Control system for servo motor - Google Patents

Control system for servo motor

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JPH07281758A
JPH07281758A JP6090704A JP9070494A JPH07281758A JP H07281758 A JPH07281758 A JP H07281758A JP 6090704 A JP6090704 A JP 6090704A JP 9070494 A JP9070494 A JP 9070494A JP H07281758 A JPH07281758 A JP H07281758A
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JP
Japan
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acceleration
term
servo motor
control
loop
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6090704A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuro Kato
哲朗 加藤
Shin Hatanaka
心 畑中
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH07281758A publication Critical patent/JPH07281758A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide the control system for servo motor with which the vibration of a controlled system can be suppressed and input follow-up ability can be improved by extending the band of a speed loop. CONSTITUTION:Concerning the control of the controlled system due to a servo motor, an acceleration loop is formed by feeding the acceleration of the controlled system back to the torque command of the servo motor. Concerning that acceleration loop, a control term H(s) is contained serially with a term G(s) of the controlled system at a gap from the torque command of the servo motor to the output of the acceleration loop, and this control term is defined as a function for the term of the controlled system and the desired characteristic of the acceleration loop. Further, that desired output characteristic is decided so as not to generate any vibration. Thus, the vibration of the controlled system is suppressed by preventing the output of the acceleration loop from being vibrated.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの制御方
法に関し、特に工作機械やロボット等の駆動源として使
用されるサーボモータの制御方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a servomotor control method, and more particularly to a servomotor control method used as a drive source for machine tools, robots and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械の送り軸やロボットのアーム等
はサーボモータにより駆動され、従来該サーボモータで
は速度ループ制御や位置ループ制御が行われている。こ
のサーボモータの制御においては、速度ループのゲイン
は常に一定に保たれ、機械的な共振を引き起こすゲイン
レベルに対してある程度のマージンを持った値に設定さ
れている。図2はサーボモータ位置制御系の一例を示す
ブロック図であり、1は位置制御部でKpは位置ループ
ゲインである。また、2は速度制御部でK1は積分ゲイ
ン、K2は比例ゲインである。3はモータ,機械系で、
4は速度を積分して位置を求める項を示している。位置
指令から位置検出器等で検出される位置を減じて位置偏
差を求め、該位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度
指令を求め、該速度指令から速度検出器等で検出される
実速度を減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分し、
その積分値に積分ゲインK1を乗じた値を加算してトル
ク指令(電流指令)を求め、このトルク指令に基づいて
(さらには電流ループ制御を行って)サーボモータを駆
動することが一般に行われている。
2. Description of the Related Art A feed shaft of a machine tool, an arm of a robot and the like are driven by a servo motor, and conventionally, the servo motor has been subjected to speed loop control and position loop control. In the control of this servomotor, the gain of the speed loop is always kept constant and set to a value with a certain margin with respect to the gain level that causes mechanical resonance. FIG. 2 is a block diagram showing an example of a servo motor position control system, where 1 is a position control unit and Kp is a position loop gain. Further, 2 is a speed control unit, K1 is an integral gain, and K2 is a proportional gain. 3 is a motor and mechanical system,
Reference numeral 4 denotes a term for integrating the speed to obtain the position. The position detected by the position detector is subtracted from the position command to obtain the position deviation, the position deviation is multiplied by the position loop gain to obtain the speed command, and the actual speed detected by the speed detector etc. is calculated from the speed command. Calculate the speed deviation by subtracting, integrate the speed deviation,
It is generally performed to add a value obtained by multiplying the integral value by the integral gain K1 to obtain a torque command (current command), and drive the servo motor based on the torque command (and further by performing current loop control). ing.

【0003】また、位置ループ制御を行わず、速度ルー
プ制御のみのサーボモータの制御も一般に行われてい
る。更に、図13,及び図14は、それら位置ループ制
御,速度ループ制御に加え、トルク指令に何らかの状態
量をフィードバックすることにより外乱抑制性や振動抑
制性を向上させる制御方式の例を示している。図13に
示す制御方式では、速度検出器によって検出したモータ
速度を微分して機械系のイナーシャ項を乗ずることによ
りアーム等の機械系に加えられたトルクを求め、その値
とトルク指令との差、つまり外乱をトルク指令に戻すこ
とにより外乱抑制性を向上させている。また、図14に
示す制御方式では、オブザーバによってアーム等の機械
系における速度成分を求め、その値とモータ速度との差
を捩れ量としてトルク指令に戻すことにより見かけ上の
機械系の特性を変えている。そして、上記の速度ループ
による速度のフィードバックによって、外乱抑制性や振
動抑制性を向上させている。
Further, control of a servomotor only by speed loop control without position loop control is generally performed. Further, FIG. 13 and FIG. 14 show an example of a control method for improving the disturbance suppressing property and the vibration suppressing property by feeding back some state quantity to the torque command in addition to the position loop control and the speed loop control. . In the control method shown in FIG. 13, the torque applied to the mechanical system such as the arm is obtained by differentiating the motor speed detected by the speed detector and multiplying it by the inertia term of the mechanical system, and the difference between the value and the torque command is obtained. That is, the disturbance suppression property is improved by returning the disturbance to the torque command. Further, in the control system shown in FIG. 14, the observer changes a speed component in a mechanical system such as an arm, and the difference between the value and the motor speed is returned to the torque command as a twist amount to change the apparent mechanical characteristic. ing. Then, the disturbance suppression property and the vibration suppression property are improved by the feedback of the speed by the above speed loop.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の速度ループ制御
によるサーボモータの制御では、例えばモータに接続し
た機械系の剛性が低い場合等において、共振周波数にお
いて機械的共振が発生するという問題がある。つまり、
サーボモータへの指令において、周波数を共振周波数よ
り低くせざるを得なくなるという問題がある。例えば、
図15のトルク指令に対するアーム加速度の関係を示す
ブロック図において、従来の速度ループ制御におけるト
ルク指令uに対するアーム加速度yの関係は、例えば、
G(s)={1/(Jm+Jl)}・{(Bs+C)/
(As2 +Bs+C)}で表現される機械系伝達関数G
(s)(以下、制御対象の項G(s)という)によって
表すことができる。なお、ここで、Jmはモータのイナ
ーシャ(慣性モーメント)であり、Jlは負荷のイナー
シャであり、A,B,Cは伝達関数を表す係数である。
そして、上記の制御対象の項G(s)において、G
(s)の分母にある(As2 +Bs+C)が小さくなる
ような周波数の指令が入力された場合には、共振してG
(s)の値は大きな値となる特性があり、トルク指令u
に対するアーム加速度yが大きくなって機械的共振を発
生することになる。図16は、上記特性を周波数に対す
るアーム加速度のグラフを表しており、共振点において
大きなアーム加速度が発生することを示している。そこ
で、本発明は前記した従来のサーボモータの制御方式の
問題点を解決して、制御対象の振動を抑制することがで
きるサーボモータの制御方式を提供することを目的とす
る。また、本発明は速度ループの帯域を伸ばして、入力
追従性の良好なサーボモータの制御方式を提供すること
を目的とする。
The conventional control of the servomotor by the speed loop control has a problem that mechanical resonance occurs at the resonance frequency, for example, when the rigidity of the mechanical system connected to the motor is low. That is,
In the command to the servo motor, there is a problem that the frequency has to be lower than the resonance frequency. For example,
In the block diagram showing the relationship between the arm command and the torque command in FIG. 15, the relationship between the arm command y and the torque command u in the conventional speed loop control is, for example,
G (s) = {1 / (Jm + Jl)} · {(Bs + C) /
Mechanical system transfer function G represented by (As 2 + Bs + C)}
(S) (hereinafter, referred to as a controlled object term G (s)). Here, Jm is the inertia (inertia moment) of the motor, Jl is the inertia of the load, and A, B, and C are coefficients representing the transfer function.
Then, in the term G (s) to be controlled, G
When a command with a frequency such that (As 2 + Bs + C) in the denominator of (s) becomes small is input, resonance occurs and G
The value of (s) has a characteristic of becoming a large value, and the torque command u
The arm acceleration y with respect to increases and mechanical resonance is generated. FIG. 16 shows a graph of the above-mentioned characteristic of arm acceleration with respect to frequency, and shows that large arm acceleration occurs at the resonance point. Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional servo motor control method and to provide a servo motor control method capable of suppressing the vibration of the controlled object. Another object of the present invention is to extend the band of the speed loop and provide a control method of a servo motor having a good input following property.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
による制御対象の制御において、制御対象の加速度をサ
ーボモータのトルク指令にフィードバックすることによ
り加速度ループを形成することにより、前記目的を達成
するものである。また、本発明のサーボモータ制御方式
において形成される加速度ループは、サーボモータのト
ルク指令から加速度ループの出力との間に制御対象の項
と直列に制御項を含み、この制御項を制御対象の項と加
速度ループの所望の出力特性との関数とし、その所望の
出力特性を振動が生じない出力特性とすることにより、
加速度ループの出力の振動を防止して制御対象の振動を
抑制する。また、本発明のサーボモータ制御方式におい
て形成される加速度ループは、加速度ループの出力とサ
ーボモータのトルク指令の間にフィードバック項を含
み、このフィードバック項を調整することにより、加速
度ループの出力ゲインの絶対値を定める。さらに、本発
明のサーボモータ制御方式の加速度ループにおいて、フ
ィードバック制御対象の加速度は、制御対象に接続され
た加速度センサにより求めることができ、また、加速度
ループ中のオブザーバにより求めることができる。
The present invention achieves the above object by forming an acceleration loop by feeding back the acceleration of the controlled object to the torque command of the servo motor in the control of the controlled object by the servo motor. It is a thing. Further, the acceleration loop formed in the servo motor control method of the present invention includes a control term in series with the term of the control target between the torque command of the servo motor and the output of the acceleration loop. As a function of the term and the desired output characteristic of the acceleration loop, and by making the desired output characteristic an output characteristic in which vibration does not occur,
The vibration of the output of the acceleration loop is prevented to suppress the vibration of the controlled object. Further, the acceleration loop formed in the servo motor control method of the present invention includes a feedback term between the output of the acceleration loop and the torque command of the servo motor, and by adjusting this feedback term, the output gain of the acceleration loop can be adjusted. Determine the absolute value. Furthermore, in the acceleration loop of the servo motor control method of the present invention, the acceleration of the feedback control target can be determined by the acceleration sensor connected to the control target, and can be determined by the observer in the acceleration loop.

【0006】[0006]

【作用】本発明によれば、前記したように、サーボモー
タの位置制御系において加速度ループを形成することに
より、制御対象の加速度をサーボモータのトルク指令に
フィードバックし、この加速度のフィードバックにより
加速度ループの出力の振動を防止し、また、速度ループ
の帯域を伸ばす。そして、この加速度ループの特性向上
によって、制御対象の振動を抑制し、また、入力追従性
を向上させることができる。図1は、本発明のサーボモ
ータの制御方式において形成される加速度ループのブロ
ック図である。図1では、トルク指令uからアーム先端
加速度yまでの間のみを示しており、制御対象の項G
(s)はトルク指令uからアーム先端加速度yまでの機
械系の伝達関数であり、H(s)は本発明の加速度ルー
プに組み込む制御項であって、制御対象の項G(s)に
直列に接続され、F(s)は本発明の加速度ループのフ
ィードバック項であって、アーム先端加速度yからトル
ク指令uの間に挿入され、その出力はトルク指令uに対
して逆の符号で加算されている。
According to the present invention, as described above, the acceleration loop is formed in the position control system of the servo motor to feed back the acceleration of the controlled object to the torque command of the servo motor, and the acceleration loop is fed back by this feedback of the acceleration. The output vibration is prevented and the band of the speed loop is extended. Then, by improving the characteristics of the acceleration loop, it is possible to suppress the vibration of the controlled object and improve the input following ability. FIG. 1 is a block diagram of an acceleration loop formed in the servomotor control method of the present invention. In FIG. 1, only the period from the torque command u to the arm tip acceleration y is shown, and the term G to be controlled is indicated.
(S) is a transfer function of the mechanical system from the torque command u to the arm tip acceleration y, and H (s) is a control term to be incorporated in the acceleration loop of the present invention, which is in series with the term G (s) to be controlled. F (s) is a feedback term of the acceleration loop of the present invention, and is inserted between the arm tip acceleration y and the torque command u, and its output is added with the opposite sign to the torque command u. ing.

【0007】この加速度ループによるトルク指令uから
アーム先端加速度yまでの伝達関数は、次式(1)によ
って表される。 y/u=G・H/(1+G・H・F) …(1) ここで、式(1)の伝達関数のうち、制御対象の項G
(s)はトルク指令uからアーム先端加速度yまでの機
械系の伝達関数であって、機械系固有のものであり、あ
る機械系が定まれば自動的に設定されているものであ
る。一方、制御項H(s)とフィードバック項F(s)
は設定可能な項である。したがって、所望とする加速度
ループの入出力特性y/uの実現は、その所望とする入
出力特性y/uとなるように、制御項H(s)とフィー
ドバック項F(s)を機械系によって与えられた伝達関
数である制御対象の項G(s)に対応して設定すること
により行うことができる。そして、式(1)中の加速度
ループが振動を起こすか否かは、例えば、上記式(1)
の分母の項(1+G・H・F)を零とするsが有るか否
かにより判定することができる。このとき、式(1)の
左辺側の所望とする入出力特性y/uとして、s領域で
表したときの分母を零とするようなsがないような特性
として振動が生じないような入出力特性を設定し、その
設定入出力特性に対して式(1)の右辺側{G・H/
(1+G・H・F)}を満足するような制御項H(s)
とフィードバック項F(s)を設定める。このように設
定することにより式(1)の分母の項(1+G・H・
F)を零とするsはなく、振動状態となることはない。
The transfer function from the torque command u to the arm tip acceleration y by this acceleration loop is expressed by the following equation (1). y / u = G · H / (1 + G · H · F) (1) Here, in the transfer function of Expression (1), the term G to be controlled is
(S) is a transfer function of the mechanical system from the torque command u to the arm tip acceleration y, which is unique to the mechanical system and is automatically set when a certain mechanical system is determined. On the other hand, the control term H (s) and the feedback term F (s)
Is a configurable term. Therefore, in order to realize the desired input / output characteristic y / u of the acceleration loop, the control term H (s) and the feedback term F (s) are set by the mechanical system so as to achieve the desired input / output characteristic y / u. This can be performed by setting the term G (s) to be controlled, which is a given transfer function. Whether or not the acceleration loop in the formula (1) causes vibration is determined by, for example, the above formula (1).
It can be determined by whether or not there is s in which the term (1 + G · H · F) of the denominator of is zero. At this time, as the desired input / output characteristic y / u on the left side of the equation (1), there is no s such that the denominator when expressed in the s region is zero, and there is no input that prevents vibration. Set the output characteristics, and set the input / output characteristics to the right side {G · H /
Control term H (s) that satisfies (1 + G · H · F)}
And the feedback term F (s) is set. With this setting, the denominator term (1 + G · H ·
There is no s that makes F) zero, and there is no vibration state.

【0008】したがって、本発明のように加速度ループ
を形成することにより、入力されたトルク指令uに対し
てアーム先端加速度yの振動を防止することができ、こ
のアーム先端加速度yの振動防止により制御対象の振動
を抑制することができる。また、振動を抑制することに
より入力追従性を向上させることができる。また、機械
的共振が生じるような機械系では、前記式(1)の機械
系の伝達関数である制御対象の項G(s)が大きくな
る。前記式(1)においてこの制御対象の項G(s)を
充分大きくとると、入出力特性y/uは、 y/u→1/F …(2) となり、アーム先端加速度yの大きさは、加速度ループ
中のフィードバック項Fにより制限することができる。
したがって、このフィードバック項Fを調整することに
より、加速度ループの出力ゲインの絶対値を抑制するこ
とができる。また、前記したように、所望とする入出力
特性y/uと機械系の伝達関数である制御対象の項G
(s)に対応して、制御項H(s)とフィードバック項
F(s)を設定することによって、所望とする加速度ル
ープの入出力特性y/uを実現することができるため、
この所望とする入出力特性y/uの時定数を所望の値に
定めることによって周波数特性を所望の特性として、入
力追従性を向上させることができる。
Therefore, by forming an acceleration loop as in the present invention, it is possible to prevent the vibration of the arm tip acceleration y with respect to the input torque command u, and control by vibrating the arm tip acceleration y. Vibration of the target can be suppressed. In addition, input followability can be improved by suppressing vibration. Further, in a mechanical system in which mechanical resonance occurs, the term G (s) to be controlled, which is the transfer function of the mechanical system of the equation (1), becomes large. When the term G (s) to be controlled is sufficiently large in the equation (1), the input / output characteristic y / u becomes y / u → 1 / F (2), and the magnitude of the arm tip acceleration y is , Can be limited by the feedback term F in the acceleration loop.
Therefore, by adjusting this feedback term F, the absolute value of the output gain of the acceleration loop can be suppressed. Further, as described above, the desired input / output characteristic y / u and the term G of the controlled object which is the transfer function of the mechanical system
By setting the control term H (s) and the feedback term F (s) corresponding to (s), the desired input / output characteristic y / u of the acceleration loop can be realized.
By setting the time constant of the desired input / output characteristic y / u to a desired value, the frequency characteristic can be made a desired characteristic and the input followability can be improved.

【0009】[0009]

【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。 (本発明を実施するためのサーボモータ制御系)はじめ
に、本発明を実施するサーボモータ位置制御系について
説明する。本発明を実施するサーボモータ位置制御系
は、前記図2のサーボモータ位置制御系の一例を示すブ
ロック図で示したサーボモータ位置制御系と同様であ
る。そこで、この図2についての詳細な説明は省略す
る。本発明のサーボモータ制御方式は、図2に示すサー
ボモータ位置制御系中のモータ機械系の項の部分に適応
して加速度ループを形成するものである。また、図3
は、本発明のサーボモータ制御方式を実施する一実施例
の機械のサーボモータ制御の要部ブロック図である。図
中において、10は機械を制御する数値制御装置等の制
御装置、11は該制御装置10から出力されるサーボモ
ータへの各種指令等を受信し、デジタルサーボ回路12
のプロセッサに受け渡すための共有メモリ、12はデジ
タルサーボ回路であり、プロセッサ,ROM,RAM等
で構成され、プロセッサによってサーボモータ14の位
置、速度,電流制御の処理を行うものである。13はイ
ンバータ等で構成されるサーボアンプ、14はサーボモ
ータ、15はサーボモータ14の回転位置及び速度を検
出してデジタルサーボ回路12に位置・速度をフィード
バックする位置・速度検出器である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. (Servo Motor Control System for Implementing the Present Invention) First, a servo motor position control system for implementing the present invention will be described. The servo motor position control system embodying the present invention is the same as the servo motor position control system shown in the block diagram showing an example of the servo motor position control system in FIG. Therefore, detailed description of FIG. 2 will be omitted. The servo motor control system of the present invention forms an acceleration loop by adapting to the section of the motor mechanical system in the servo motor position control system shown in FIG. Also, FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a main part of servo motor control of a machine according to an embodiment that implements the servo motor control system of the present invention. In the figure, 10 is a control device such as a numerical control device for controlling the machine, 11 is a digital servo circuit 12 that receives various commands and the like output from the control device 10 to the servo motor.
The shared memory 12 to be delivered to the processor is a digital servo circuit, which is composed of a processor, a ROM, a RAM, and the like, and the processor performs position, speed, and current control processing of the servomotor 14. Reference numeral 13 is a servo amplifier composed of an inverter or the like, 14 is a servo motor, and 15 is a position / speed detector for detecting the rotational position and speed of the servo motor 14 and feeding back the position / speed to the digital servo circuit 12.

【0010】(本発明の加速度ループの構成)次に、本
発明のサーボモータの制御方式を構成する加速度ループ
について説明する。はじめに、本発明の加速度ループを
適応するサーボモータ位置制御系中のモータ機械系の項
を、図4のモータ機械系のモデル図を用いて求める。図
4のモデル図は、例えば、モータの駆動力をアームに伝
達して駆動するロボットをモータとアームをバネ・ダン
パ系と見なして形成した機械系モデルである。図中、J
mはモータイナーシャ、Jlは負荷イナーシャ、Dmは
ダンピング定数、Kmはバネ定数を表している。この機
械系モデルにおいて、モータのトルクからアーム先端加
速度までの伝達関数である制御対象の項をG(s)とす
ると、このG(s)は次式(3)によって表される。 G(s)={1/(Jm+Jl)}・{(Dms+Km)/ {(Jm・Jl)s2 /(Jm+Jl)+Dms+Km}…(3) したがって、この制御対象の項G(s)を用いてサーボ
モータ位置制御系中のモータ機械系の項を表すと、図5
のブロック図となる。図5において、入力されたトルク
指令uは、モータ機械系の項である制御対象の項G
(s)によりアーム先端加速度yとなって出力されるこ
とになり、y/u=Gの関係式によって表され、アーム
先端加速度yは制御対象の項G(s)に直接影響される
ことになる。
(Structure of Acceleration Loop of the Present Invention) Next, the acceleration loop of the servo motor control method of the present invention will be described. First, the term of the motor mechanical system in the servo motor position control system to which the acceleration loop of the present invention is applied is determined using the model diagram of the motor mechanical system of FIG. The model diagram of FIG. 4 is, for example, a mechanical system model in which a robot that transmits the driving force of a motor to an arm for driving is formed by regarding the motor and the arm as a spring / damper system. J in the figure
m is the motor inertia, Jl is the load inertia, Dm is the damping constant, and Km is the spring constant. In this mechanical system model, if the term to be controlled, which is the transfer function from the motor torque to the arm tip acceleration, is G (s), this G (s) is expressed by the following equation (3). G (s) = {1 / (Jm + Jl)} · {(Dms + Km) / {(Jm · Jl) s 2 / (Jm + Jl) + Dms + Km} (3) Therefore, using this control target term G (s) The term of the motor mechanical system in the servo motor position control system is shown in FIG.
Is a block diagram of. In FIG. 5, the input torque command u is a term G to be controlled which is a term of the motor mechanical system.
The arm tip acceleration y is output by (s), and is represented by the relational expression of y / u = G. The arm tip acceleration y is directly influenced by the term G (s) to be controlled. Become.

【0011】本発明のサーボモータの制御方式は、この
サーボモータ位置制御系中のモータ機械系の項に前記図
1に示すような制御項H(s)とフィードバック項F
(s)を付加して加速度ループを形成するものである。
図1において、加速度ループは、トルク指令uからアー
ム先端加速度yまでの機械系の伝達関数である制御対象
の項G(s)に、制御項H(s)を直列に接続して組み
込み、さらに、加速度ループのフィードバック項F
(s)をアーム先端加速度yからトルク指令uの間に、
その出力をトルク指令uに対して逆の符号で加算するこ
とにより挿入して形成される。図1に示す加速度ループ
を図4,及び図5に示した機械系モデルで実施する場
合、この加速度ループによるトルク指令uからアーム先
端加速度yまでの伝達関数G(s)は、例えば、フィー
ドバック項F(s)を(Jm+Jl)として、次式
(4)によって表すことができ、この場合の本発明のサ
ーボモータの制御方式における加速度ループのブロック
図は図6に示すようになる。 y/u=G・H/(1+G・H・(Jm+Jl)) …(4) したがって、所望とする加速度ループの入出力特性y/
uの実現するには、式(4)において、その所望とする
入出力特性y/uとなるように、機械系によって与えら
れた制御対象の項G(s)に対応して制御項H(s)を
設定する。そして、この設定された制御項H(s)を用
いて、サーボモータ位置制御系中のモータ機械系の項に
加速度ループを形成することにより、所望とする加速度
ループの入出力特性y/uを得ることができる。
The control method of the servo motor of the present invention includes a control term H (s) and a feedback term F as shown in FIG. 1 in the section of the motor mechanical system in the servo motor position control system.
(S) is added to form an acceleration loop.
In FIG. 1, the acceleration loop includes a control term H (s) connected in series to a control target term G (s) which is a transfer function of a mechanical system from a torque command u to an arm tip acceleration y, and , Feedback term F of acceleration loop
(S) between the arm tip acceleration y and the torque command u,
It is formed by inserting the output by adding the output with the opposite sign to the torque command u. When the acceleration loop shown in FIG. 1 is implemented by the mechanical system model shown in FIGS. 4 and 5, the transfer function G (s) from the torque command u to the arm tip acceleration y by this acceleration loop is, for example, a feedback term. F (s) can be expressed as (Jm + Jl) by the following equation (4). In this case, a block diagram of the acceleration loop in the servomotor control method of the present invention is as shown in FIG. y / u = GH · (1 + GH · (Jm + Jl)) (4) Therefore, the input / output characteristic y / of the desired acceleration loop is obtained.
In order to realize u, in Expression (4), the control term H (corresponding to the term G (s) of the control target given by the mechanical system is obtained so that the desired input / output characteristic y / u is obtained. s) is set. Then, by using this set control term H (s), an acceleration loop is formed in the term of the motor mechanical system in the servo motor position control system to obtain the desired input / output characteristic y / u of the acceleration loop. Obtainable.

【0012】次に、前記制御項H(s)の設定について
説明する。例えば、所望とする加速度ループの出力をu
とし、その時定数をTとする場合には、入出力特性は次
式(5)によって表される。 y/u=1/{(Jm+Jl)・(Ts+1)} …(5) この場合には、前記式(4)及び(5)から得られる次
式(6)を満たすような制御項H(s)を、機械系によ
って与えられた制御対象の項G(s)に対応して求め
る。 G・H・(Jm+Jl)/{1+G・H・(Jm+Jl)} =1/(Ts+1) …(6) この場合、制御項H(s)は式(3)で表されるG
(s)を用いて次式(7)で表される。 H(s)=Jm・Jls/{(Jm+Jl)・Dm・Ts+(Jm+Jl)・ Km・T}+1/Ts …(7) したがって、図4で示されるような伝達関数G(s)の
機械系において、フィードバック項を(Jm+Jl)と
し、前記式(7)で示される制御項H(s)を用いて加
速度ループを組めば、時定数をTとする前記式(5)で
示される入出力特性を得ることができる。そして、この
加速度ループにより得られる入出力特性y/uは、共振
点がなく出力ゲインが抑制されており、また、時定数を
Tとして所望の周波数特性とすることができる。
Next, the setting of the control term H (s) will be described. For example, the output of the desired acceleration loop is u
When the time constant is T, the input / output characteristic is expressed by the following equation (5). y / u = 1 / {(Jm + Jl) · (Ts + 1)} (5) In this case, the control term H (s) that satisfies the following equation (6) obtained from the equations (4) and (5). ) Is obtained corresponding to the term G (s) to be controlled given by the mechanical system. G · H · (Jm + Jl) / {1 + G · H · (Jm + Jl)} = 1 / (Ts + 1) (6) In this case, the control term H (s) is represented by Formula (3).
It is expressed by the following equation (7) using (s). H (s) = Jm.Jls / {(Jm + Jl) .Dm.Ts + (Jm + Jl) .Km.T} + 1 / Ts (7) Therefore, the mechanical system of the transfer function G (s) as shown in FIG. If the feedback term is (Jm + Jl) and an acceleration loop is formed by using the control term H (s) shown in the above equation (7), the input / output characteristic shown in the above equation (5) where the time constant is T Can be obtained. The input / output characteristic y / u obtained by this acceleration loop has no resonance point and the output gain is suppressed, and the time constant can be set to T to obtain a desired frequency characteristic.

【0013】図7は、前記式(5)で示される入出力特
性において、時定数Tを4msとした場合の加速度指令
からアーム先端加速度までのボーデ線図であり、図7の
(a)は周波数に対するデシベル表示した大きさを示
し、図7の(b)は周波数に対する位相を示している。
また、図8は、本発明の加速度ループを構成せずに制御
対象の項G(s)のみとした場合のモータのトルクから
アーム先端加速度までのボーデ線図であり、図7と同様
に図8の(a)は周波数に対するデシベル表示した大き
さを示し、図8の(b)は周波数に対する位相を示して
いる。図7と図8とを比較すると、図8にある9〔H
z〕前後にある共振による盛り上がり及び位相の急激な
変化は、図7に示すように本発明の加速度ループを構成
した場合には除去され、アーム先端の振動が防止される
ことを示している。
FIG. 7 is a Bode diagram from the acceleration command to the arm tip acceleration when the time constant T is 4 ms in the input / output characteristic shown by the equation (5). The magnitude in decibels with respect to the frequency is shown, and FIG. 7B shows the phase with respect to the frequency.
FIG. 8 is a Bode diagram from the motor torque to the arm tip acceleration when only the term G (s) to be controlled is used without configuring the acceleration loop of the present invention, and is similar to FIG. 8A shows the size in decibels with respect to the frequency, and FIG. 8B shows the phase with respect to the frequency. When FIG. 7 and FIG. 8 are compared, 9 [H
z] The swelling and the abrupt change of the phase due to the resonance before and after are eliminated when the acceleration loop of the present invention is configured as shown in FIG. 7, and it is shown that the vibration of the tip of the arm is prevented.

【0014】次に、前記制御項H(s)の構成例につい
て説明する。図9は、前記式(4)で示される加速度ル
ープにおける制御項H(s)の構成例であり、フィード
バック項F(s)を機械系におけるモータイナーシャ及
び負荷イナーシャの値の和である(Jm+Jl)とし、
所望とする加速度ループの出力uを時定数Tで実現する
場合であって、前記式(7)において和の形で表される
2つの項を並列のブロックにより構成し、それぞれに加
速度指令uを入力し、各出力を加算するものである。ま
た、図10は制御項H(s)の別の構成例であり、前記
式(4)で示される加速度ループにおける制御項H
(s)においてフィードバック項F(s)を1とし、所
望とする加速度ループの出力uを時定数Tで実現する場
合の構成例であって、前記式(7)に対応する制御項H
(s)は次式(8)で表される。 H(s)=Jm・Jls/ {(Dm・Ts+Km・T)+(Jm+Jl)/Ts} …(8) そして、この式(8)において、和の形で表される2つ
の項を並列のブロックにより構成し、それぞれに加速度
指令uを入力し、各出力を加算するものである。この制
御項H(s)は、ソフトによる演算処理によって実行す
ることができ、その演算処理においては、図9,図10
で示したような係数の伝達関数の演算が行われることに
なる。なお、図9,及び図10では、一点鎖線により制
御項H(s)を表している。
Next, a configuration example of the control term H (s) will be described. FIG. 9 is a configuration example of the control term H (s) in the acceleration loop represented by the equation (4), and the feedback term F (s) is the sum of the values of the motor inertia and the load inertia in the mechanical system (Jm + Jl). )age,
In the case of realizing the desired output u of the acceleration loop with the time constant T, the two terms represented in the form of the sum in the equation (7) are configured by parallel blocks, and the acceleration command u is set for each of them. It inputs and adds each output. Further, FIG. 10 is another example of the configuration of the control term H (s), which is the control term H in the acceleration loop represented by the equation (4).
(S) is a configuration example in which the feedback term F (s) is set to 1 in (s) and the desired output u of the acceleration loop is realized with the time constant T, and the control term H corresponding to the equation (7) is given.
(S) is represented by the following equation (8). H (s) = Jm · Jls / {(Dm · Ts + Km · T) + (Jm + Jl) / Ts} (8) Then, in this formula (8), two terms expressed in the form of sum are connected in parallel. It is configured by blocks, the acceleration command u is input to each, and each output is added. This control term H (s) can be executed by software calculation processing.
The transfer function of the coefficient as shown by is calculated. Note that in FIG. 9 and FIG. 10, the control term H (s) is represented by the alternate long and short dash line.

【0015】次に、前記した制御項H(s)及びフィー
ドバック項F(s)によって構成される加速度ループの
サーボモータの位置制御系中への組み込むについて、図
11及び図12の構成例を用いて説明する。図11は、
加速度ループに用いるアーム加速度を加速度計により検
出する場合の構成例であり、図2における速度ループの
内側部分のみを示している。図中の加速度ループは、制
御項H(s)を機械系の伝達関数である制御対象の項G
(s)に直列に組み込み、この制御対象の項G(s)の
出力を制御項H(s)の入力側に符号を反転させてフィ
ードバックすることにより構成される。なお、図ではフ
ィードバック項を省略している。なお、図における速度
ループは、項5からのモータ速度をフィードバックする
ことにより構成している。
Next, regarding the incorporation of the acceleration loop constituted by the control term H (s) and the feedback term F (s) into the position control system of the servomotor, the configuration examples of FIGS. 11 and 12 are used. Explain. FIG. 11 shows
It is a configuration example in the case of detecting the arm acceleration used in the acceleration loop by an accelerometer, and shows only the inner portion of the velocity loop in FIG. In the acceleration loop in the figure, the control term H (s) is used as a control target term G that is a transfer function of the mechanical system.
(S) is serially incorporated, and the output of the term G (s) to be controlled is inverted and fed back to the input side of the control term H (s) with its sign inverted. The feedback term is omitted in the figure. The speed loop in the figure is constructed by feeding back the motor speed from item 5.

【0016】図12は、加速度ループに用いるアーム加
速度をオブザーバによって検出する場合の構成例であ
り、図2における速度ループの内側のみを示している。
図中の加速度ループは、制御項H(s)を機械系の伝達
関数である制御対象の項G(s)に直列に組み込み、制
御項H(s)の出力と項5からのモータ速度とを入力と
するオブザーバ6によりアーム加速度を求め、このアー
ム加速度を制御項H(s)の入力側に符号を反転させて
フィードバックすることにより構成される。なお、図で
はフィードバック項を省略している。なお、図における
速度ループは、項5からのモータ速度をフィードバック
することにより構成している。本発明によれば、前記し
たように、サーボモータの位置制御系において加速度ル
ープを形成することにより、加速度ループによるトルク
指令uからアーム先端加速度yまでの伝達関数をy/u
=G・H/(1+G・H・F)とし、所望とする入出力
特性y/uとなるように、機械系によって与えられた制
御対象の項G(s)に対応して制御項H(s)とフィー
ドバック項F(s)を設定する。この制御項H(s)、
フィードバック項F(s)の設定により、加速度ループ
における振動を防止して制御対象の振動を防ぐことがで
き、また、制御項H(s)を所望とする入出力特性y/
uに対応して設定することによって、周波数特性を所望
の特性として、入力追従性を向上させることができる。
また、フィードバック項Fを調整することにより、加速
度ループの出力ゲインの絶対値を抑制することができ
る。
FIG. 12 shows an example of the structure in which the arm acceleration used in the acceleration loop is detected by an observer, and only the inside of the velocity loop in FIG. 2 is shown.
The acceleration loop in the figure incorporates the control term H (s) in series with the term G (s) to be controlled, which is the transfer function of the mechanical system, and outputs the control term H (s) and the motor speed from the term 5. Is obtained by observing the arm acceleration by the observer 6 which receives as input and inverting the sign of the arm acceleration to the input side of the control term H (s) and feeding it back. The feedback term is omitted in the figure. The speed loop in the figure is constructed by feeding back the motor speed from item 5. According to the present invention, as described above, the transfer function from the torque command u by the acceleration loop to the arm tip acceleration y is y / u by forming the acceleration loop in the position control system of the servo motor.
= G · H / (1 + G · H · F), the control term H (corresponding to the term G (s) of the controlled object given by the mechanical system so that the desired input / output characteristic y / u is obtained. s) and the feedback term F (s). This control term H (s),
By setting the feedback term F (s), the vibration in the acceleration loop can be prevented to prevent the vibration of the controlled object, and the input / output characteristic y / which makes the control term H (s) desired.
By setting the frequency characteristic to correspond to u, it is possible to improve the input followability with a desired frequency characteristic.
Moreover, by adjusting the feedback term F, the absolute value of the output gain of the acceleration loop can be suppressed.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、制御対象の振動を抑制することができるサーボモー
タの制御方式を提供することができる。また、本発明は
速度ループの帯域を伸ばして、入力追従性の良好なサー
ボモータの制御方式を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a servomotor control system capable of suppressing the vibration of the controlled object. Further, the present invention can extend the band of the speed loop to provide a servomotor control system having a good input following property.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のサーボモータの制御方式において形成
される加速度ループのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an acceleration loop formed in a servo motor control method according to the present invention.

【図2】サーボモータ位置制御系の一例を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a servo motor position control system.

【図3】図3は、本発明のサーボモータ制御方式を実施
する一実施例の機械のサーボモータ制御の要部ブロック
図である。
FIG. 3 is a block diagram of a main part of servo motor control of a machine according to an embodiment that implements the servo motor control method of the present invention.

【図4】モータ機械系のモデル図である。FIG. 4 is a model diagram of a motor mechanical system.

【図5】サーボモータ位置制御系中のモータ機械系のブ
ロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a motor mechanical system in a servo motor position control system.

【図6】本発明のサーボモータの制御方式における加速
度ループのブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram of an acceleration loop in the servomotor control method of the present invention.

【図7】本発明のサーボモータの制御方式による加速度
指令からアーム先端加速度までのボーデ線図である。
FIG. 7 is a Bode diagram from an acceleration command to an arm tip acceleration according to the servo motor control method of the present invention.

【図8】従来のサーボモータの制御方式による加速度指
令からアーム先端加速度までのボーデ線図である。
FIG. 8 is a Bode diagram from an acceleration command to an arm tip acceleration by a conventional servo motor control method.

【図9】本発明のサーボモータの制御方式の加速度ルー
プにおける制御項の構成例である。
FIG. 9 is a configuration example of a control term in an acceleration loop of the servo motor control method of the present invention.

【図10】本発明のサーボモータの制御方式の加速度ル
ープにおける制御項の別の構成例である。
FIG. 10 is another configuration example of the control term in the acceleration loop of the servomotor control method of the present invention.

【図11】本発明のサーボモータの制御方式のサーボモ
ータ位置制御系における構成例である。
FIG. 11 is a structural example of a servo motor position control system of the servo motor control system of the present invention.

【図12】本発明のサーボモータの制御方式のサーボモ
ータ位置制御系における別の構成例である。
FIG. 12 is another configuration example of the servo motor position control system of the servo motor control system of the present invention.

【図13】従来のサーボモータの制御方式の構成例であ
る。
FIG. 13 is an example of a configuration of a conventional servo motor control method.

【図14】従来のサーボモータの制御方式の構成例であ
る。
FIG. 14 is a configuration example of a conventional servo motor control method.

【図15】従来のトルク指令に対するアーム加速度の関
係を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a relationship between a conventional torque command and arm acceleration.

【図16】従来のサーボモータの制御方式による特性図
である。
FIG. 16 is a characteristic diagram of a conventional servo motor control method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 モータ機械系 Jm モータイナーシャ Jl 負荷イナーシャ Km バネ定数 Dm ダンピング定数 G(s) 制御対象の項 H(s) 制御項 F(s) フィードバック項 3 Motor mechanical system Jm Motor inertia Jl Load inertia Km Spring constant Dm Damping constant G (s) Controlled term H (s) Control term F (s) Feedback term

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーボモータによる制御対象の制御にお
いて、 前記制御対象の加速度をサーボモータのトルク指令にフ
ィードバックすることにより加速度ループを形成するこ
とを特徴とするサーボモータの制御方式。
1. A control method of a servo motor, wherein in the control of a controlled object by a servo motor, an acceleration loop is formed by feeding back the acceleration of the controlled object to a torque command of the servo motor.
【請求項2】 前記加速度ループは、サーボモータのト
ルク指令から加速度ループの出力との間に制御対象の項
と直列に制御項を含むものであり、該制御項により加速
度ループの出力の振動を防止する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。
2. The acceleration loop includes a control term in series with a term to be controlled between the torque command of the servo motor and the output of the acceleration loop, and the control term controls the vibration of the output of the acceleration loop. The control method of the servomotor according to claim 1, wherein the control is performed.
【請求項3】 前記加速度ループの制御項は、制御対象
の項と加速度ループの所望の出力特性との関数であるこ
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。
3. The servo motor control method according to claim 2, wherein the control term of the acceleration loop is a function of a term to be controlled and a desired output characteristic of the acceleration loop.
【請求項4】 前記加速度ループは、加速度ループの出
力とサーボモータのトルク指令の間にフィードバック項
を含み、該フィードバック項は加速度ループの出力ゲイ
ンの絶対値を定める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。
4. The acceleration loop includes a feedback term between the output of the acceleration loop and the torque command of the servomotor, and the feedback term defines the absolute value of the output gain of the acceleration loop. Servo motor control method described.
【請求項5】 前記制御対象の加速度は、制御対象に接
続された加速度センサにより求める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。
5. The servomotor control method according to claim 1, wherein the acceleration of the controlled object is obtained by an acceleration sensor connected to the controlled object.
【請求項6】 前記制御対象の加速度は、加速度ループ
中のオブザーバにより求める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。
6. The acceleration of the controlled object is obtained by an observer in an acceleration loop.
Servo motor control method described.
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