JPH08211943A - 外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法 - Google Patents
外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法Info
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- JPH08211943A JPH08211943A JP7035924A JP3592495A JPH08211943A JP H08211943 A JPH08211943 A JP H08211943A JP 7035924 A JP7035924 A JP 7035924A JP 3592495 A JP3592495 A JP 3592495A JP H08211943 A JPH08211943 A JP H08211943A
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- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41041—Compensation pulses as function of direction movement
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 セミクローズド・ループ制御において、適切
なバックラッシュ補正を行なうことができるバックラッ
シュ補正方法を提供する。 【構成】 モータ駆動によるセミクローズド・ループ制
御において、モータ４に加わる外乱オブザーバ３を形成
し、この外乱オブザーバによってモータに加わる外力を
推定し、推定した外力の符号に応じて位置指令に加える
バックラッシュ補正量の符号を切り換えることによっ
て、バックラッシュ補正を行う。
なバックラッシュ補正を行なうことができるバックラッ
シュ補正方法を提供する。 【構成】 モータ駆動によるセミクローズド・ループ制
御において、モータ４に加わる外乱オブザーバ３を形成
し、この外乱オブザーバによってモータに加わる外力を
推定し、推定した外力の符号に応じて位置指令に加える
バックラッシュ補正量の符号を切り換えることによっ
て、バックラッシュ補正を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械のテーブル等
の送り軸を駆動するサーボモータの制御に関し、特に、
サーボモータをセミクローズドループ制御によって制御
する場合のバックラッシュ補正に関する。
の送り軸を駆動するサーボモータの制御に関し、特に、
サーボモータをセミクローズドループ制御によって制御
する場合のバックラッシュ補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、サーボモータの制御方式とし
て、サーボモータによって駆動される機械の可動部の位
置をフィードバックして位置制御を行なうフルクローズ
ド・ループ制御と、サーボモータにおける位置をフィー
ドバックして位置制御を行なうセミクローズド・ループ
制御が知られている。
て、サーボモータによって駆動される機械の可動部の位
置をフィードバックして位置制御を行なうフルクローズ
ド・ループ制御と、サーボモータにおける位置をフィー
ドバックして位置制御を行なうセミクローズド・ループ
制御が知られている。
【０００３】一般に、サーボモータの駆動力を機構部を
介して作業端側の機構部に伝えて作業端の位置制御を行
なう場合、機構部が有するバックラッシュ分によって位
置ずれが生じる。
介して作業端側の機構部に伝えて作業端の位置制御を行
なう場合、機構部が有するバックラッシュ分によって位
置ずれが生じる。
【０００４】フルクローズド・ループ制御においては、
サーボモータによって駆動される機械の可動部に取り付
けられたリニアスケール等の位置検出器からの位置フィ
ードバック信号に基づいて位置制御を行っているため、
原則的には位置のバックラッシュ補正を行っていない。
サーボモータによって駆動される機械の可動部に取り付
けられたリニアスケール等の位置検出器からの位置フィ
ードバック信号に基づいて位置制御を行っているため、
原則的には位置のバックラッシュ補正を行っていない。
【０００５】一方、セミクローズド・ループ制御におい
ては、負荷側からの位置フィードバックを行なっていな
いため、機構部が有するバックラッシュ分の補正を行な
う必要がある。
ては、負荷側からの位置フィードバックを行なっていな
いため、機構部が有するバックラッシュ分の補正を行な
う必要がある。
【０００６】図２は、このセミクローズド・ループ制御
を説明するブロック図である。図２において、モータ１
０はボールネジ１３等の機構部を介して負荷側のテーブ
ル１４を駆動し、位置指令に基づいて位置決めが行なわ
れる。ここで、セミクローズド・ループ制御において
は、モータ１０に取り付けたエンコーダ１１からのフィ
ードバック信号をコントローラ１２負帰還し、モータ１
０を制御している。
を説明するブロック図である。図２において、モータ１
０はボールネジ１３等の機構部を介して負荷側のテーブ
ル１４を駆動し、位置指令に基づいて位置決めが行なわ
れる。ここで、セミクローズド・ループ制御において
は、モータ１０に取り付けたエンコーダ１１からのフィ
ードバック信号をコントローラ１２負帰還し、モータ１
０を制御している。
【０００７】そして、このセミクローズド・ループ制御
では、図１２に示すような構成によってバックラッシュ
補正を行なっている。図１２のセミクローズド・ループ
制御におけるバックラッシュ補正を説明するブロック図
において、位置指令は位置フィードバックとの位置偏差
に、バックラッシュ補正のブロック２からのバックラッ
シュ補正値を加えて、バックラッシュ補正を行なってい
る。このバックラッシュ補正のブロック２は、バックラ
ッシュ補正値をあらかじめ設定して格納しておき、指令
速度の方向に応じてそのバックラッシュ補正量の正負を
切り換えてバックラッシュ補正量を加える向きを定めて
いる。なお、指令速度の方向は、例えば、位置指令を微
分ブロック７で微分することによって求めることができ
る。
では、図１２に示すような構成によってバックラッシュ
補正を行なっている。図１２のセミクローズド・ループ
制御におけるバックラッシュ補正を説明するブロック図
において、位置指令は位置フィードバックとの位置偏差
に、バックラッシュ補正のブロック２からのバックラッ
シュ補正値を加えて、バックラッシュ補正を行なってい
る。このバックラッシュ補正のブロック２は、バックラ
ッシュ補正値をあらかじめ設定して格納しておき、指令
速度の方向に応じてそのバックラッシュ補正量の正負を
切り換えてバックラッシュ補正量を加える向きを定めて
いる。なお、指令速度の方向は、例えば、位置指令を微
分ブロック７で微分することによって求めることができ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来のバック
ラッシュ補正のように、指令速度の向きによってバック
ラッシュ補正の向きを切り換える制御では、例えば、減
速に必要な力が摩擦力より大きい場合や重量等の外力が
かかる場合に、適切なバックラッシュ補正を行なうこと
ができない虞がある。
ラッシュ補正のように、指令速度の向きによってバック
ラッシュ補正の向きを切り換える制御では、例えば、減
速に必要な力が摩擦力より大きい場合や重量等の外力が
かかる場合に、適切なバックラッシュ補正を行なうこと
ができない虞がある。
【０００９】図１３は、モータ側と負荷側の位置関係を
示す図である。なお、図１３においては、図の右から左
に向かって移動する負荷をモータによって減速させる場
合を示している。
示す図である。なお、図１３においては、図の右から左
に向かって移動する負荷をモータによって減速させる場
合を示している。
【００１０】図１３の（ａ）は摩擦が減速に必要な力よ
りも大きい場合を示しており、この場合には、モータ側
の先行端が負荷側と接触して、負荷側の進行方向に加え
ながら減速を行なう。通常、低速で位置決めを行なう場
合には、図１３の（ａ）のような位置関係となる。
りも大きい場合を示しており、この場合には、モータ側
の先行端が負荷側と接触して、負荷側の進行方向に加え
ながら減速を行なう。通常、低速で位置決めを行なう場
合には、図１３の（ａ）のような位置関係となる。
【００１１】一方、図１３の（ｂ）は摩擦が減速に必要
な力よりも小さい場合を示しており、この場合には、モ
ータ側の後方端が負荷側と接触して、負荷側の進行方向
と反対方向に押し戻す方向に力を加えながら減速を行な
う。急速な減速や図の右から左に向かって重力等の外力
が加わっている場合には、この図１３の（ｂ）のような
位置関係となる。
な力よりも小さい場合を示しており、この場合には、モ
ータ側の後方端が負荷側と接触して、負荷側の進行方向
と反対方向に押し戻す方向に力を加えながら減速を行な
う。急速な減速や図の右から左に向かって重力等の外力
が加わっている場合には、この図１３の（ｂ）のような
位置関係となる。
【００１２】したがって、種々の駆動条件によって、モ
ータ側と負荷側との位置関係は変化し、モータの何れの
側が負荷側と接触するかは不確定なものとなる。
ータ側と負荷側との位置関係は変化し、モータの何れの
側が負荷側と接触するかは不確定なものとなる。
【００１３】モータ側と負荷側との間のバックラッシュ
補正を行なう場合、従来のように指令速度の方向でバッ
クラッシュ補正の方向を切り換えると、モータ側と負荷
側との位置関係によっては、適切な補正を行なうことが
できないことになる。図１４は、従来のバックラッシュ
補正によるモータ側と負荷側との位置関係を説明する図
であり、前記図１３と同様に図の右から左に向かって移
動する負荷をモータによって減速させる場合を示してい
る。
補正を行なう場合、従来のように指令速度の方向でバッ
クラッシュ補正の方向を切り換えると、モータ側と負荷
側との位置関係によっては、適切な補正を行なうことが
できないことになる。図１４は、従来のバックラッシュ
補正によるモータ側と負荷側との位置関係を説明する図
であり、前記図１３と同様に図の右から左に向かって移
動する負荷をモータによって減速させる場合を示してい
る。
【００１４】前記図１３の（ａ）と同様に摩擦が減速に
必要な力より大きい場合には、図１４の（ａ）に示すよ
うにモータ側の先行端が負荷側と接触する。この状態で
のバックラッシュ補正を考えると、例えば、図１４の
（ｂ）の矢印に示す方向にモータをバックラッシュ補正
することによって負荷側とモータ側との位置を基準の位
置に合わせることができる。
必要な力より大きい場合には、図１４の（ａ）に示すよ
うにモータ側の先行端が負荷側と接触する。この状態で
のバックラッシュ補正を考えると、例えば、図１４の
（ｂ）の矢印に示す方向にモータをバックラッシュ補正
することによって負荷側とモータ側との位置を基準の位
置に合わせることができる。
【００１５】これに対して、前記図１３の（ｂ）と同様
に摩擦が減速に必要な力より小さい場合には、図１４の
（ｃ）に示すようにモータ側の後方端が負荷側と接触す
る。この状態でのバックラッシュ補正を考えると、例え
ば、図１４の（ｄ）の矢印に示す方向にモータをバック
ラッシュ補正することによって負荷側とモータ側との位
置を基準の位置に合わせることができる。
に摩擦が減速に必要な力より小さい場合には、図１４の
（ｃ）に示すようにモータ側の後方端が負荷側と接触す
る。この状態でのバックラッシュ補正を考えると、例え
ば、図１４の（ｄ）の矢印に示す方向にモータをバック
ラッシュ補正することによって負荷側とモータ側との位
置を基準の位置に合わせることができる。
【００１６】図１４の（ｂ）と図１４の（ｄ）のバック
ラッシュ補正の方向は、両矢印で示すように逆の方向で
あり、従来のバックラッシュ補正で行なわれているよう
に、指令速度の向きに応じてバックラッシュの補正量の
正負を切り換える方式では、適切なバックラッシュ補正
が行なわれない場合が生じることになる。
ラッシュ補正の方向は、両矢印で示すように逆の方向で
あり、従来のバックラッシュ補正で行なわれているよう
に、指令速度の向きに応じてバックラッシュの補正量の
正負を切り換える方式では、適切なバックラッシュ補正
が行なわれない場合が生じることになる。
【００１７】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決して、セミクローズド・ループ制御において、適切
なバックラッシュ補正を行なうことができるバックラッ
シュ補正方法を提供することを目的とする。
解決して、セミクローズド・ループ制御において、適切
なバックラッシュ補正を行なうことができるバックラッ
シュ補正方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータ駆動に
よるセミクローズド・ループ制御において、モータに加
わる外乱を推定する外乱オブザーバを形成し、この外乱
オブザーバによってモータに加わる外力を推定し、推定
した外力の符号に応じて位置指令に加えるバックラッシ
ュ補正量の符号を切り換えることによって、バックラッ
シュ補正を行い、前記目的を達成するものである。
よるセミクローズド・ループ制御において、モータに加
わる外乱を推定する外乱オブザーバを形成し、この外乱
オブザーバによってモータに加わる外力を推定し、推定
した外力の符号に応じて位置指令に加えるバックラッシ
ュ補正量の符号を切り換えることによって、バックラッ
シュ補正を行い、前記目的を達成するものである。
【００１９】本発明において、セミクローズド・ループ
制御はモータ駆動によって位置制御を行なう制御方式で
あり、モータの位置を制御することによって作業端の位
置を制御するものである。
制御はモータ駆動によって位置制御を行なう制御方式で
あり、モータの位置を制御することによって作業端の位
置を制御するものである。
【００２０】また、本発明の外乱オブザーバは、モータ
単体に加わる外力を推定するものであり、モータに印加
されるトルク指令とモータ速度とを入力として形成する
ことができるものである。
単体に加わる外力を推定するものであり、モータに印加
されるトルク指令とモータ速度とを入力として形成する
ことができるものである。
【００２１】
【作用】前記したように、モータ側と負荷側との接触位
置に応じてバックラッシュ補正量を加える方向を定める
ことができれば、適切なバックラッシュ補正が行なえ
る。そこで、本発明の方法では、外乱オブザーバを用い
てモータ側と負荷側との接触位置を求め、これによっ
て、バックラッシュ補正量の符号を設定するものであ
る。
置に応じてバックラッシュ補正量を加える方向を定める
ことができれば、適切なバックラッシュ補正が行なえ
る。そこで、本発明の方法では、外乱オブザーバを用い
てモータ側と負荷側との接触位置を求め、これによっ
て、バックラッシュ補正量の符号を設定するものであ
る。
【００２２】ここで、本発明の方法を適用する制御系に
おいては、負荷はモータによって力が作用され、このモ
ータからのフィードバックを受けるセミクローズド・ル
ープ制御によって制御が行なわれている。このモータに
加えられるトルク指令とモータの速度とを入力とする外
乱オブザーバを形成して、モータに加わる外力を推定す
る。この外乱オブザーバにおって推定される外力は、モ
ータに加わる外力と符号を含めて対応しており、推定外
力の正負の符号によってモータ側と負荷側との接触位置
の関係を知ることができる。
おいては、負荷はモータによって力が作用され、このモ
ータからのフィードバックを受けるセミクローズド・ル
ープ制御によって制御が行なわれている。このモータに
加えられるトルク指令とモータの速度とを入力とする外
乱オブザーバを形成して、モータに加わる外力を推定す
る。この外乱オブザーバにおって推定される外力は、モ
ータに加わる外力と符号を含めて対応しており、推定外
力の正負の符号によってモータ側と負荷側との接触位置
の関係を知ることができる。
【００２３】そこで、この外乱オブザーバから得られる
外力の正負の符号に応じてバックラッシュ補正の方向を
定めることにより、モータ側と負荷側との接触位置に応
じたバックラッシュ補正量の方向を定めることができ、
これによって、適切なバックラッシュ補正が行なえるこ
とになる。
外力の正負の符号に応じてバックラッシュ補正の方向を
定めることにより、モータ側と負荷側との接触位置に応
じたバックラッシュ補正量の方向を定めることができ、
これによって、適切なバックラッシュ補正が行なえるこ
とになる。
【００２４】
【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。
細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の外乱オブザーバを使用し
たバックラッシュ補正方法を実施する制御ブロック図で
ある。なお、図１は本発明のバックラッシュ補正方法を
説明するに必要な部分のみを示し、その他のセミクロー
ズド・ループ制御を形成する構成については、通常のセ
ミクローズド・ループ制御と同様であるため省略してい
る。
たバックラッシュ補正方法を実施する制御ブロック図で
ある。なお、図１は本発明のバックラッシュ補正方法を
説明するに必要な部分のみを示し、その他のセミクロー
ズド・ループ制御を形成する構成については、通常のセ
ミクローズド・ループ制御と同様であるため省略してい
る。
【００２６】図１において、位置指令とモータからの位
置フィードバックとにより得られる位置偏差に、バック
ラッシュ補正のブロック２からのバックラッシュ補正値
を加えることによって、バックラッシュ補正を行なって
いる。このバックラッシュ補正のブロック２は、バック
ラッシュ補正値をあらかじめ設定して格納しておくもの
である。従来のバックラッシュ補正においては、このブ
ロック２から加えるバックラッシュ補正量の正負の符号
を指令速度の向きに応じて定めているのに対して、本発
明のバックラッシュ補正方法では、外乱オブザーバ３か
ら得られる外力の正負の符号に応じて定めるものであ
る。
置フィードバックとにより得られる位置偏差に、バック
ラッシュ補正のブロック２からのバックラッシュ補正値
を加えることによって、バックラッシュ補正を行なって
いる。このバックラッシュ補正のブロック２は、バック
ラッシュ補正値をあらかじめ設定して格納しておくもの
である。従来のバックラッシュ補正においては、このブ
ロック２から加えるバックラッシュ補正量の正負の符号
を指令速度の向きに応じて定めているのに対して、本発
明のバックラッシュ補正方法では、外乱オブザーバ３か
ら得られる外力の正負の符号に応じて定めるものであ
る。
【００２７】外乱オブザーバ３はモータ４へのトルク指
令とモータの速度とを入力として、モータに加わる外力
を推定するものである。外乱オブザーバ３が推定するモ
ータに加わる外力は、図３に示すモータ側と負荷側との
関係において、モータに加わる外力Ａであり、この外力
Ａは負荷に加わる力Ｂと作用反作用の関係にある。そし
て、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、この外力Ａ
と負荷に加わる力Ｂの移動方向に対するそれぞれの方向
は、モータ側と負荷側との接触位置に対応している。し
たがって、外力Ａの移動方向に対する方向を知ることに
よって、モータ側と負荷側との接触位置の関係を知るこ
とができる。
令とモータの速度とを入力として、モータに加わる外力
を推定するものである。外乱オブザーバ３が推定するモ
ータに加わる外力は、図３に示すモータ側と負荷側との
関係において、モータに加わる外力Ａであり、この外力
Ａは負荷に加わる力Ｂと作用反作用の関係にある。そし
て、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、この外力Ａ
と負荷に加わる力Ｂの移動方向に対するそれぞれの方向
は、モータ側と負荷側との接触位置に対応している。し
たがって、外力Ａの移動方向に対する方向を知ることに
よって、モータ側と負荷側との接触位置の関係を知るこ
とができる。
【００２８】そして、外力Ａと外乱オブザーバが推定す
るモータの外力とは対応しているため、外乱オブザーバ
によって求めた外力の正負の符号を知ることによってモ
ータ側と負荷側との接触位置の関係を知ることができ、
この外力の正負の符号にしたがってバックラッシュ補正
量の正負の符号を定めることにより、接触位置の関係に
応じた適切なバックラッシュ補正を行なうことができ
る。
るモータの外力とは対応しているため、外乱オブザーバ
によって求めた外力の正負の符号を知ることによってモ
ータ側と負荷側との接触位置の関係を知ることができ、
この外力の正負の符号にしたがってバックラッシュ補正
量の正負の符号を定めることにより、接触位置の関係に
応じた適切なバックラッシュ補正を行なうことができ
る。
【００２９】図４は本発明のバックラッシュ補正に適用
する外乱オブザーバの概念を説明するためのブロック図
である。図４に示す外乱オブザーバは、モータに加えら
れるトルク指令Ｉとモータ速度ｖを入力とするオブザー
バであり、トルク指令Ｉ〔Ａ〕にトルク定数Ｋｔ〔Ｋｇ
ｆｃｍ／Ａ〕を乗じた値から、モータ速度ｖ〔ｒａｄ／
ｓ〕を微分して得られるモータ加速度α〔ｒａｄ／ｓ2
〕にロータイナーシャＪｍ〔Ｋｇｆｃｍｓ2 〕を乗じ
た値を減じて得られる値（Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）を外乱
τｄとして推定するものである。
する外乱オブザーバの概念を説明するためのブロック図
である。図４に示す外乱オブザーバは、モータに加えら
れるトルク指令Ｉとモータ速度ｖを入力とするオブザー
バであり、トルク指令Ｉ〔Ａ〕にトルク定数Ｋｔ〔Ｋｇ
ｆｃｍ／Ａ〕を乗じた値から、モータ速度ｖ〔ｒａｄ／
ｓ〕を微分して得られるモータ加速度α〔ｒａｄ／ｓ2
〕にロータイナーシャＪｍ〔Ｋｇｆｃｍｓ2 〕を乗じ
た値を減じて得られる値（Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）を外乱
τｄとして推定するものである。
【００３０】そして、この推定した外乱の正負の符号
は、前記したようにモータ側と負荷側との接触の位置関
係と対応しており、この符号の正負に応じて前記図１に
示すバックラッシュ補正２が加えるバックラッシュ補正
量の正負の符号を切り換えることによって、適切なバッ
クラッシュ補正を行なう。
は、前記したようにモータ側と負荷側との接触の位置関
係と対応しており、この符号の正負に応じて前記図１に
示すバックラッシュ補正２が加えるバックラッシュ補正
量の正負の符号を切り換えることによって、適切なバッ
クラッシュ補正を行なう。
【００３１】図５は、モータ側と負荷側との接触位置
と、外乱オブザーバによって推定した外力との関係を説
明する図である。なお、図５において、モータ側及び負
荷側は図の右から左に向かって移動しているものとし、
トルク指令Ｉにトルク定数Ｋｔを乗じた値（Ｉ・Ｋｔ）
を実線の矢印で示し、モータ加速度αにロータイナーシ
ャＪｍを乗じた値（Ｊｍ・α）を破線の矢印で示し、ま
た、（Ｉ・Ｋｔ）から（Ｊｍ・α）を減じた値を白抜き
の矢印で示している。
と、外乱オブザーバによって推定した外力との関係を説
明する図である。なお、図５において、モータ側及び負
荷側は図の右から左に向かって移動しているものとし、
トルク指令Ｉにトルク定数Ｋｔを乗じた値（Ｉ・Ｋｔ）
を実線の矢印で示し、モータ加速度αにロータイナーシ
ャＪｍを乗じた値（Ｊｍ・α）を破線の矢印で示し、ま
た、（Ｉ・Ｋｔ）から（Ｊｍ・α）を減じた値を白抜き
の矢印で示している。
【００３２】図５の（ａ）は、前記図４において外力τ
ｄ（＝Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）の符号が正の場合である。
この場合には、モータ側の先行端が負荷側と接触する位
置関係にあり、モータ側から負荷側に加える力Ｉ・Ｋｔ
が負荷側からモータ側に加える力Ｊｍ・αより大きいた
め、モータ側の移動を阻止する方向に外力τｄが加えら
れている。
ｄ（＝Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）の符号が正の場合である。
この場合には、モータ側の先行端が負荷側と接触する位
置関係にあり、モータ側から負荷側に加える力Ｉ・Ｋｔ
が負荷側からモータ側に加える力Ｊｍ・αより大きいた
め、モータ側の移動を阻止する方向に外力τｄが加えら
れている。
【００３３】また、図５の（ｂ）は、前記図４において
外力τｄ（＝Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）の符号が負の場合で
ある。この場合には、モータ側の後方端が負荷側と接触
する位置関係にあり、モータ側から負荷側に加える力Ｉ
・Ｋｔが負荷側からモータ側に加える力Ｊｍ・αより小
さいため、モータ側の移動を促進する方向に外力τｄが
加えられている。
外力τｄ（＝Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）の符号が負の場合で
ある。この場合には、モータ側の後方端が負荷側と接触
する位置関係にあり、モータ側から負荷側に加える力Ｉ
・Ｋｔが負荷側からモータ側に加える力Ｊｍ・αより小
さいため、モータ側の移動を促進する方向に外力τｄが
加えられている。
【００３４】したがって、（Ｉ・Ｋｔ−Ｊｍ・α）によ
って得られる外力τｄの正負の符号を判定することによ
って、モータ側と負荷側との接触の位置関係を求めるこ
とができる。
って得られる外力τｄの正負の符号を判定することによ
って、モータ側と負荷側との接触の位置関係を求めるこ
とができる。
【００３５】図６は、前記図４の外乱オブザーバのより
詳細な構成を説明するためのブロック図である。図５に
おいて、ブロック２１はモータのトルク定数Ｋｔの伝達
関数、ブロック２２はモータのイナーシャＪｍと負荷の
イナーシャＪL の伝達関数、及びブロック２３は積分項
は、モータにおけるオブザーバ対象のモデルブロックで
あり、また、Ｉは入力としてのトルク指令、ｖ，ＴL は
状態変数としての速度，外乱トルクである。
詳細な構成を説明するためのブロック図である。図５に
おいて、ブロック２１はモータのトルク定数Ｋｔの伝達
関数、ブロック２２はモータのイナーシャＪｍと負荷の
イナーシャＪL の伝達関数、及びブロック２３は積分項
は、モータにおけるオブザーバ対象のモデルブロックで
あり、また、Ｉは入力としてのトルク指令、ｖ，ＴL は
状態変数としての速度，外乱トルクである。
【００３６】上記モデルブロックにおいて、オブザーバ
を組む一般的な手法によって、速度ｖと外乱ＴL を推定
する同一次元オブザーバを組むと、図５中の３０で示さ
れるオブザーバとなる。
を組む一般的な手法によって、速度ｖと外乱ＴL を推定
する同一次元オブザーバを組むと、図５中の３０で示さ
れるオブザーバとなる。
【００３７】外乱オブザーバ３０の項３２，３３のＫ
３，Ｋ４は外乱オブザーバのパラメータであり、項３１
は実際にモータに出力されるトルク指令としての電流Ｉ
を乗じるパラメータの値であって、モータのトルク定数
の推定値Ｋｔ＊をモータのイナーシャＪｍで除した値で
ある。また、項３４は積分項である。
３，Ｋ４は外乱オブザーバのパラメータであり、項３１
は実際にモータに出力されるトルク指令としての電流Ｉ
を乗じるパラメータの値であって、モータのトルク定数
の推定値Ｋｔ＊をモータのイナーシャＪｍで除した値で
ある。また、項３４は積分項である。
【００３８】この図５のブロック図をＫｔ＝Ｋｔ＊とし
て解析すると、 （Ｉ・Ｋｔ＋ＴL ）｛１／（Ｊｍ＋ＪL ）・ｓ｝＝ｖ …（１） ｛Ｉ・（Ｋｔ／Ｊｍ）＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ４／ｓ）｝・ （１／ｓ） …（２） なお、ｖａは積分項３４の出力であって、推定速度であ
る。
て解析すると、 （Ｉ・Ｋｔ＋ＴL ）｛１／（Ｊｍ＋ＪL ）・ｓ｝＝ｖ …（１） ｛Ｉ・（Ｋｔ／Ｊｍ）＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ４／ｓ）｝・ （１／ｓ） …（２） なお、ｖａは積分項３４の出力であって、推定速度であ
る。
【００３９】前記式（１）から次式（３）が得られる。
【００４０】 Ｉ＝｛ｖ（Ｊｍ＋ＪL ）・ｓ−ＴL ｝／Ｋｔ …（３） 式（２）に式（３）を代入して整理すると、 ｛ｖ（Ｊｍ＋ＪL ）・ｓ−ＴL ）／Ｊｍ｝＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ４／ｓ）＝ｖａ・ｓ …（４） ｓ｛（ｖ−ｖａ）＋ＪL ／Ｊｍ｝＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ４／ｓ）＝ＴL ／Ｊｍ …（５） となる。式（５）から Ｖｅｒｒ＝（ｖ−ｖａ） ＝｛（ＴL −ＪL ）／Ｊｍ｝・｛ｓ／（ｓ＋Ｋ３＋Ｋ４／ｓ）｝ …（６） 上記式（６）から、項３３の出力Ｔｄ１は次式（７）に
よって表される。
よって表される。
【００４１】 Ｔｄ１＝Ｖｅｒｒ・（Ｋ４／ｓ） ＝｛（ＴL −ＪL ）／Ｊｍ｝・｛Ｋ４ｓ／（ｓ2 ＋Ｋ３ｓ＋Ｋ４）｝ …（７） 式（７）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 −ＪL ）／Ｊｍ …（８） と近似することができ、項３５によってパラメータＪｍ
／Ｋｔを乗じて、（ＴL−ＪL ）／Ｋｔを求め、外力ＴL
を推定することができる。なお、ｋ・ｖは摩擦トルク
相当分である。
るように選択すると、 Ｔｄ１＝（ＴL −ＪL ）／Ｊｍ …（８） と近似することができ、項３５によってパラメータＪｍ
／Ｋｔを乗じて、（ＴL−ＪL ）／Ｋｔを求め、外力ＴL
を推定することができる。なお、ｋ・ｖは摩擦トルク
相当分である。
【００４２】図７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７において、４１
は工作機械やロボットを制御する制御装置で、該制御装
置から移動指令、各種制御信号が共有メモリ４２を介し
てデジタルサーボ回路４３に出力される。デジタルサー
ボ回路４３は、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成さ
れ、位置，速度等のサーボ制御をデジタル的に制御し、
トランジスタインバータ等で構成されるサーボアンプ４
４に電流指令を出力し、各軸のサーボモータ４５を制御
するものである。また、４６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、デジタルサーボ回路４３
に位置，速度フィードバック信号を出力している。な
お、図７には、１軸のサーボ系のみを記載しているが、
各軸毎に同様な構成を有しており、これらの構成は、従
来から公知のデジタルサーボ回路の構成と同一である。
タ制御系の要部ブロック図である。図７において、４１
は工作機械やロボットを制御する制御装置で、該制御装
置から移動指令、各種制御信号が共有メモリ４２を介し
てデジタルサーボ回路４３に出力される。デジタルサー
ボ回路４３は、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成さ
れ、位置，速度等のサーボ制御をデジタル的に制御し、
トランジスタインバータ等で構成されるサーボアンプ４
４に電流指令を出力し、各軸のサーボモータ４５を制御
するものである。また、４６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、デジタルサーボ回路４３
に位置，速度フィードバック信号を出力している。な
お、図７には、１軸のサーボ系のみを記載しているが、
各軸毎に同様な構成を有しており、これらの構成は、従
来から公知のデジタルサーボ回路の構成と同一である。
【００４３】図８はデジタルサーボ回路４３のプロセッ
サが実施するバックラッシュ補正処理のフローチャート
である。なお、オブザーバを構成する定数Ｋ３，Ｋ４、
トルク定数推定値Ｋｔ＊、イナーシャＪｍ，ＪL 、及係
数ｋはあらかじめ設定しておく。
サが実施するバックラッシュ補正処理のフローチャート
である。なお、オブザーバを構成する定数Ｋ３，Ｋ４、
トルク定数推定値Ｋｔ＊、イナーシャＪｍ，ＪL 、及係
数ｋはあらかじめ設定しておく。
【００４４】バックラッシュ補正を行なう場合、まず、
位置速度検出器４６から送られてくるサーボモータの実
速度を読み取るとともに、速度ループ処理によって求め
られたトルク指令Ｉを読む（ステップＳ１，ステップＳ
２）。次に、ステップＳ１で読み取った実速度ｖからレ
ジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａを減じて、実
速度と推定速度との差Ｖｅｒｒを求める（ステップＳ
３）。さらに、該速度差にＶｅｒｒに設定定数Ｋ４を乗
じた値を外乱推定値Ｔｄ１を記憶するアキュムレータに
加算し、該処理における外乱推定値Ｔｄ１を求める（ス
テップＳ４）。
位置速度検出器４６から送られてくるサーボモータの実
速度を読み取るとともに、速度ループ処理によって求め
られたトルク指令Ｉを読む（ステップＳ１，ステップＳ
２）。次に、ステップＳ１で読み取った実速度ｖからレ
ジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａを減じて、実
速度と推定速度との差Ｖｅｒｒを求める（ステップＳ
３）。さらに、該速度差にＶｅｒｒに設定定数Ｋ４を乗
じた値を外乱推定値Ｔｄ１を記憶するアキュムレータに
加算し、該処理における外乱推定値Ｔｄ１を求める（ス
テップＳ４）。
【００４５】次に、ステップＳ２で読み込んだトルク指
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）に格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた外乱推定値Ｔｄ１から摩擦トルク
を減じた値にモータのイナーシャＪｍと推定トルク定数
Ｋｔ＊の比（Ｊｍ／Ｋｔ＊）を乗じて外乱推定値Ｔｄ２
を求める（ステップＳ７）。
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）に格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた外乱推定値Ｔｄ１から摩擦トルク
を減じた値にモータのイナーシャＪｍと推定トルク定数
Ｋｔ＊の比（Ｊｍ／Ｋｔ＊）を乗じて外乱推定値Ｔｄ２
を求める（ステップＳ７）。
【００４６】求めた外乱推定値Ｔｄ２の正負の符号を判
定し（ステップＳ８）、その符号に応じてバックラッシ
ュ補正量の符号の正負を定める。この外乱推定値Ｔｄ２
の符号とバックラッシュ補正量の符号との関係は、モー
タ側と負荷側及びそれらの移動方向との関係であらかじ
め設定しておく。
定し（ステップＳ８）、その符号に応じてバックラッシ
ュ補正量の符号の正負を定める。この外乱推定値Ｔｄ２
の符号とバックラッシュ補正量の符号との関係は、モー
タ側と負荷側及びそれらの移動方向との関係であらかじ
め設定しておく。
【００４７】そして、前記ステップＳ９で定めた符号に
応じてバックラッシュ補正量を位置指令に加えて、バッ
クラッシュ補正を行なう（ステップＳ１０）。
応じてバックラッシュ補正量を位置指令に加えて、バッ
クラッシュ補正を行なう（ステップＳ１０）。
【００４８】次に、図９〜図１１を用いて、バックラッ
シュ補正の実例を示す。ここでは、モータ側と負荷側と
の間に、モータ位置に換算して０．１〔ｒａｄ〕のバッ
クラッシュが存在する場合を示しており、作業端に対す
る位置指令として図９に示す指令を用いるものとする。
シュ補正の実例を示す。ここでは、モータ側と負荷側と
の間に、モータ位置に換算して０．１〔ｒａｄ〕のバッ
クラッシュが存在する場合を示しており、作業端に対す
る位置指令として図９に示す指令を用いるものとする。
【００４９】なお、作業端にはモータのトルクに換算し
て８．３〔Ｋｇｆ ｃｍ〕の静摩擦、２．５〔Ｋｇｆ
ｃｍ〕の動摩擦が存在し、負荷の作業端側のイナーシャ
はモータ換算で０．３２〔Ｋｇｆ ｃｍｓ2 〕、モータ
と作業端との間にはモータ換算で３１０〔Ｋｇｆ ｃｍ
／ｒａｄ〕のバネ、０．５６〔Ｋｇｆ ｃｍ／（ｒａｄ
／ｓ）〕のダンパが存在するものとする。
て８．３〔Ｋｇｆ ｃｍ〕の静摩擦、２．５〔Ｋｇｆ
ｃｍ〕の動摩擦が存在し、負荷の作業端側のイナーシャ
はモータ換算で０．３２〔Ｋｇｆ ｃｍｓ2 〕、モータ
と作業端との間にはモータ換算で３１０〔Ｋｇｆ ｃｍ
／ｒａｄ〕のバネ、０．５６〔Ｋｇｆ ｃｍ／（ｒａｄ
／ｓ）〕のダンパが存在するものとする。
【００５０】前記した条件のもとで、本発明のバックラ
ッシュ補正を行なった場合の指令位置と作業端位置の位
置偏差を図１０に示し、従来のバックラッシュ補正を行
なった場合の指令位置と作業端位置の位置偏差を図１１
に示す。
ッシュ補正を行なった場合の指令位置と作業端位置の位
置偏差を図１０に示し、従来のバックラッシュ補正を行
なった場合の指令位置と作業端位置の位置偏差を図１１
に示す。
【００５１】したがって、本発明の実施例によれば、モ
ータ側が移動方向に対して負荷側の何れの側に接してい
るかに応じて適切なバックラッシュ補正を行なうことが
できる。また、その補正は、外乱オブザーバに使用によ
って、複雑な演算を要することなく行なうことができ
る。
ータ側が移動方向に対して負荷側の何れの側に接してい
るかに応じて適切なバックラッシュ補正を行なうことが
できる。また、その補正は、外乱オブザーバに使用によ
って、複雑な演算を要することなく行なうことができ
る。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
適切なバックラッシュ補正を行なうことができるバック
ラッシュ補正方法を提供することができる。
適切なバックラッシュ補正を行なうことができるバック
ラッシュ補正方法を提供することができる。
【図１】本発明の外乱オブザーバを使用したバックラッ
シュ補正方法を実施する制御ブロック図である。
シュ補正方法を実施する制御ブロック図である。
【図２】セミクローズド・ループ制御を説明するブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】制御側と負荷側との関係を示す図である。
【図４】本発明のバックラッシュ補正に適用する外乱オ
ブザーバの概念を説明するためのブロック図である。
ブザーバの概念を説明するためのブロック図である。
【図５】モータ側と負荷側との接触位置と、外乱オブザ
ーバによって推定した外力との関係を説明する図であ
る。
ーバによって推定した外力との関係を説明する図であ
る。
【図６】外乱オブザーバのより詳細な構成を説明するた
めのブロック図である。
めのブロック図である。
【図７】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。
要部ブロック図である。
【図８】本発明のデジタルサーボ回路のプロセッサが実
施するバックラッシュ補正処理のフローチャートであ
る。
施するバックラッシュ補正処理のフローチャートであ
る。
【図９】作業端に対する位置指令の例である。
【図１０】本発明のバックラッシュ補正を行なった場合
の指令位置と作業端位置の位置偏差である。
の指令位置と作業端位置の位置偏差である。
【図１１】従来のバックラッシュ補正を行なった場合の
指令位置と作業端位置の位置偏差である。
指令位置と作業端位置の位置偏差である。
【図１２】セミクローズド・ループ制御におけるバック
ラッシュ補正を説明するブロック図である。
ラッシュ補正を説明するブロック図である。
【図１３】モータ側と負荷側の位置関係を示す図であ
る。
る。
【図１４】従来のバックラッシュ補正によるモータ側と
負荷側との位置関係を説明する図である。
負荷側との位置関係を説明する図である。
１ フィードフォワードの項 ２ バックラッシュ補正の項 ３ 外乱オブザーバの項 ４ モータの項 ５ トルク定数の項 ６ イナーシャの項 ７ 微分の項 ３０ 外乱オブザーバのブロック
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｃ 9131−3Ｈ
Claims (2)
- 【請求項１】 モータ駆動によるセミクローズド・ルー
プ制御において、モータに加わる外乱を推定する外乱オ
ブザーバを形成し、該外乱オブザーバによってモータに
加わる外力を推定し、該推定外力の符号に応じて位置指
令に加えるバックラッシュ補正量の符号を切り換えるこ
とを特徴とする外乱オブザーバを使用したバックラッシ
ュ補正方法。 - 【請求項２】 前記外乱オブザーバの入力は、モータに
印加されるトルク指令とモータ速度であることを特徴と
する請求項１記載の外乱オブザーバを使用したバックラ
ッシュ補正方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03592495A JP3481004B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法 |
| US08/593,336 US5742144A (en) | 1995-02-02 | 1996-01-29 | Backlash compensation method for semi-closed-loop type servo control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03592495A JP3481004B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08211943A true JPH08211943A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3481004B2 JP3481004B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=12455591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03592495A Expired - Fee Related JP3481004B2 (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 外乱オブザーバを使用したバックラッシュ補正方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5742144A (ja) |
| JP (1) | JP3481004B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100573716B1 (ko) * | 1997-08-25 | 2006-11-30 | 도시바 기카이 가부시키가이샤 | 위치제어장치와 그 방법, 수치제어 프로그램 작성장치와그 방법 및, 수치제어 공작기계의 제어방법 |
| JP2014014257A (ja) * | 2012-06-06 | 2014-01-23 | Thk Co Ltd | モータ制御装置、およびモータ制御方法 |
| KR20190021053A (ko) * | 2017-08-22 | 2019-03-05 | 두산공작기계 주식회사 | 공작기계의 백래쉬 보정장치 및 보정방법 |
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| JP3351990B2 (ja) * | 1997-05-27 | 2002-12-03 | オークマ株式会社 | ボールネジ駆動系の位置制御装置 |
| DE10305332B4 (de) * | 2003-02-06 | 2008-07-03 | Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn | Verfahren zur Steuerung von Ventilklappen in Klimaregeleinrichtungen |
| CN101989081B (zh) * | 2009-08-07 | 2013-03-13 | 新代科技股份有限公司 | 伺服落后补偿方法及其装置 |
| US8251484B2 (en) | 2010-05-14 | 2012-08-28 | Xerox Corporation | Method and system for measuring and compensating for sensitivity and backlash in electrical motors that laterally move printheads in a continuous web inkjet printer |
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| US11385139B2 (en) | 2018-11-21 | 2022-07-12 | Martin E. Best | Active backlash detection methods and systems |
| CN114024473B (zh) * | 2020-07-15 | 2023-09-22 | 东南大学 | 一种基于齿隙补偿的永磁同步电机伺服系统的抗干扰复合控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS63148314A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-21 | Fanuc Ltd | セミクロ−ズドル−プサ−ボ制御系の制御装置 |
| JPS63148315A (ja) * | 1986-12-12 | 1988-06-21 | Fanuc Ltd | サ−ボモ−タ制御装置 |
| JPS63190583A (ja) * | 1987-01-29 | 1988-08-08 | Fanuc Ltd | 速度制御方式 |
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1995
- 1995-02-02 JP JP03592495A patent/JP3481004B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-01-29 US US08/593,336 patent/US5742144A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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