JPH08249068A - オブザーバ制御演算装置 - Google Patents
オブザーバ制御演算装置Info
- Publication number
- JPH08249068A JPH08249068A JP8341195A JP8341195A JPH08249068A JP H08249068 A JPH08249068 A JP H08249068A JP 8341195 A JP8341195 A JP 8341195A JP 8341195 A JP8341195 A JP 8341195A JP H08249068 A JPH08249068 A JP H08249068A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- observer
- value
- arithmetic unit
- calculation
- axis
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロボットのような非線形な制御対象にオブザ
ーバを適用する際に、重力モーメントの変化によってバ
ネ定数が変動し、そのため推定精度の低下，制振効果の
不安定等の問題を解決する。 【構成】 バネ定数をリアルタイムに変えて、オブザー
バ推定行列を修正して行く場合、計算量が膨大になり、
制御装置に組み込むときに演算時間の余裕が無くなる実
用上の課題を、状態方程式の離散化をオイラ法で行い、
バネ定数を重力モーメントの有理関数で近似し、必要精
度に応じて代表点を増減させ、オブザーバのサンプリン
グ時間を位置・速度ループと独立に設定するようにして
成る。
ーバを適用する際に、重力モーメントの変化によってバ
ネ定数が変動し、そのため推定精度の低下，制振効果の
不安定等の問題を解決する。 【構成】 バネ定数をリアルタイムに変えて、オブザー
バ推定行列を修正して行く場合、計算量が膨大になり、
制御装置に組み込むときに演算時間の余裕が無くなる実
用上の課題を、状態方程式の離散化をオイラ法で行い、
バネ定数を重力モーメントの有理関数で近似し、必要精
度に応じて代表点を増減させ、オブザーバのサンプリン
グ時間を位置・速度ループと独立に設定するようにして
成る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットのような低剛
性な機械系を制御するディジタル制御装置にオブザーバ
演算機構を組み込む場合において、推定精度をできるだ
け落とさずに演算時間を短くでき、制振効果の安定性を
高くできるオブザーバ制御演算に関する。
性な機械系を制御するディジタル制御装置にオブザーバ
演算機構を組み込む場合において、推定精度をできるだ
け落とさずに演算時間を短くでき、制振効果の安定性を
高くできるオブザーバ制御演算に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロボットの機構部のような剛性の低い機
械系の制御を行う場合、振動問題の制御的解決手段の一
つとしてオブザーバ制御技術が利用されている。ロボッ
トのような非線形な制御対象を線形近似したモデルにオ
ブザーバを適用する際に、重力モーメント値の変動によ
る推定精度の悪化の問題があるが、計算した重力モーメ
ントとバネ定数を用いて推定行列成分の変更を行えばよ
いことが公知技術として知られている。［以下、これを
『従来例１』という］。また、従来例２として特公平6-
38212号がある。これは、電動機の軸に、回転速度検出
器及び回転角検出器が結合されると共に減速歯車が結合
され、該減速歯車の出力軸がトルク伝達機構を介してア
ームを駆動するような構造を有する産業用ロボットと、
前記アームの加速度指令値及び位置指令値を発生する手
段と演算部であって、前記発生手段から加速度指令値、
速度指令値及び位置指令値から、電動機出力トルクの指
令値と、電動機回転角速度の指令値との和を算出すると
共に、電動機回転速度の指令値を算出する前記演算部
と、前記回転角度の指令値から回転角度検出器によって
検出される電動機回転変位の出力を減算する第１減算器
と、電動機電流指令値を導出する第２減算器と、前記電
動機の回転子、減速歯車、トルク伝達機構およびアーム
によって構成される軸系をばねと剛体とから成る系と仮
定し、電動機電流指令値、電動機回転変位、及び電動機
回転速度から、前記ばねと剛体から成る系のねじれ角度
の推定値と、そのねじれ角度の時間微分値の推定値とを
求める状態観測器と、前記ねじれ角の推定値と前記時間
微分値の推定値とを加算する加算器とを含み、第２減算
器は、第１減算器の出力と、演算部からの電動機出力ト
ルクの指令値と電動機回転角速度の指令値との前記和と
を加算し、その加算値から、回転角度検出器の出力と前
記加算器の出力とを減算して前記電動機電流指令値を導
出して電動機に与えることを特徴とする物体の位置制御
装置である。
械系の制御を行う場合、振動問題の制御的解決手段の一
つとしてオブザーバ制御技術が利用されている。ロボッ
トのような非線形な制御対象を線形近似したモデルにオ
ブザーバを適用する際に、重力モーメント値の変動によ
る推定精度の悪化の問題があるが、計算した重力モーメ
ントとバネ定数を用いて推定行列成分の変更を行えばよ
いことが公知技術として知られている。［以下、これを
『従来例１』という］。また、従来例２として特公平6-
38212号がある。これは、電動機の軸に、回転速度検出
器及び回転角検出器が結合されると共に減速歯車が結合
され、該減速歯車の出力軸がトルク伝達機構を介してア
ームを駆動するような構造を有する産業用ロボットと、
前記アームの加速度指令値及び位置指令値を発生する手
段と演算部であって、前記発生手段から加速度指令値、
速度指令値及び位置指令値から、電動機出力トルクの指
令値と、電動機回転角速度の指令値との和を算出すると
共に、電動機回転速度の指令値を算出する前記演算部
と、前記回転角度の指令値から回転角度検出器によって
検出される電動機回転変位の出力を減算する第１減算器
と、電動機電流指令値を導出する第２減算器と、前記電
動機の回転子、減速歯車、トルク伝達機構およびアーム
によって構成される軸系をばねと剛体とから成る系と仮
定し、電動機電流指令値、電動機回転変位、及び電動機
回転速度から、前記ばねと剛体から成る系のねじれ角度
の推定値と、そのねじれ角度の時間微分値の推定値とを
求める状態観測器と、前記ねじれ角の推定値と前記時間
微分値の推定値とを加算する加算器とを含み、第２減算
器は、第１減算器の出力と、演算部からの電動機出力ト
ルクの指令値と電動機回転角速度の指令値との前記和と
を加算し、その加算値から、回転角度検出器の出力と前
記加算器の出力とを減算して前記電動機電流指令値を導
出して電動機に与えることを特徴とする物体の位置制御
装置である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来例１に
おいて、短い時間間隔でそのときどきの重力モーメント
値とバネ定数を計算して、その重力モーメント値とバネ
定数に応じて推定行列を計算し直すと、計算量が膨大に
なり、演算時間が不足する。新たにオブザーバ制御演算
機構を現状のディジタル制御装置に組み込む場合など、
演算時間の余裕がなく、従来技術では事実上、実現不可
能であった。また、従来例２は、重力モーメント変動な
どのダイナミクスを考慮した制御方式であるが、従来例
１で述べたような相当量の演算を必要とし、設備の膨大
化は避けられないという欠点があった。本発明では、現
実的な産業用ロボット等に適用して有効適切な手法とし
て、オブザーバ推定行列計算時の離散化手段を巧みに駆
使し、各従来例の問題点を払拭したオブザーバ制御演算
装置を提供することを目的とする。
おいて、短い時間間隔でそのときどきの重力モーメント
値とバネ定数を計算して、その重力モーメント値とバネ
定数に応じて推定行列を計算し直すと、計算量が膨大に
なり、演算時間が不足する。新たにオブザーバ制御演算
機構を現状のディジタル制御装置に組み込む場合など、
演算時間の余裕がなく、従来技術では事実上、実現不可
能であった。また、従来例２は、重力モーメント変動な
どのダイナミクスを考慮した制御方式であるが、従来例
１で述べたような相当量の演算を必要とし、設備の膨大
化は避けられないという欠点があった。本発明では、現
実的な産業用ロボット等に適用して有効適切な手法とし
て、オブザーバ推定行列計算時の離散化手段を巧みに駆
使し、各従来例の問題点を払拭したオブザーバ制御演算
装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、２軸以上の複数の制御軸を有する制御対
象に対し、各軸回りの重力モーメントを計算する演算機
構と、各軸のバネ定数を計算する演算機構と、バネ定数
計算値を用いて制御系の状態変数を推定するためのオブ
ザーバ推定行列を計算する演算機構と、オブザーバ推定
行列計算値の転送手段と、オブザーバ推定行列計算値を
用いて状態変数の推定を行うオブザーバ演算機構を持つ
ディジタル制御装置において、オブザーバ推定行列計算
時の離散化を状態方程式の段階で１次で終了させるオブ
ザーバ制御演算装置である。また好ましくは オブザーバ制御演算装置において、各軸のバネ定数は、
重力モーメント値の有理関数で近似し、必要精度に応じ
て代表点を増減して演算する前項に記載のオブザーバ制
御演算装置である。さらに望ましくは オブザーバ制御演算装置において、オブザーバ演算機構
は位置・速度ループ演算機構内にあって、位置、速度ル
ープのサンプリング時間と独立にサンプリング時間を設
定する前項または前々項に記載のオブザーバ制御演算装
置である。さらにまた好ましくは オブザーバ制御演算装置において、コントローラ上位側
でロボットの手先目標値から、各軸の関節角指令値を求
め、これをコントローラ下位側に転送し、各軸の位置、
速度のフィードバック制御を行うディジタル制御装置
に、オブザーバ制御演算装置を接続し、オブザーバ制御
演算装置の上位側では、ロボットアームの各部に設けら
れた質点の重さと回転軸からの距離、各軸の関節角をも
とに重力モーメント演算機構で重力モーメント値を求
め、その重力モーメント値を使ってバネ定数演算機構で
バネ定数を求め、重力モーメント値とバネ定数をもとに
オブザーバ推定行列を求め、そのオブザーバ推定行列を
オブザーバ制御演算装置の下位側に転送すると共に、オ
ブザーバ制御演算装置の下位側では、上位側から転送さ
れたオブザーバ推定行列とコントローラ下位側からモー
タの速度検出信号とモータへのトルク指令値を受け取
り、位置・速度ループのサンプリング時間とは独立に、
ねじれ角及び負荷速度の推定を行い、それぞれのフィー
ドバックゲインと乗算し、位置・速度ループから出力さ
れたトルク指令値から減算するこれまでのいずれかの項
に記載のオブザーバ制御演算装置である。なおかつ望ま
しくは 制御対象は、ロボットであるこれまでのいずれかの項に
記載のオブザーバ制御演算装置である。
に、本発明は、２軸以上の複数の制御軸を有する制御対
象に対し、各軸回りの重力モーメントを計算する演算機
構と、各軸のバネ定数を計算する演算機構と、バネ定数
計算値を用いて制御系の状態変数を推定するためのオブ
ザーバ推定行列を計算する演算機構と、オブザーバ推定
行列計算値の転送手段と、オブザーバ推定行列計算値を
用いて状態変数の推定を行うオブザーバ演算機構を持つ
ディジタル制御装置において、オブザーバ推定行列計算
時の離散化を状態方程式の段階で１次で終了させるオブ
ザーバ制御演算装置である。また好ましくは オブザーバ制御演算装置において、各軸のバネ定数は、
重力モーメント値の有理関数で近似し、必要精度に応じ
て代表点を増減して演算する前項に記載のオブザーバ制
御演算装置である。さらに望ましくは オブザーバ制御演算装置において、オブザーバ演算機構
は位置・速度ループ演算機構内にあって、位置、速度ル
ープのサンプリング時間と独立にサンプリング時間を設
定する前項または前々項に記載のオブザーバ制御演算装
置である。さらにまた好ましくは オブザーバ制御演算装置において、コントローラ上位側
でロボットの手先目標値から、各軸の関節角指令値を求
め、これをコントローラ下位側に転送し、各軸の位置、
速度のフィードバック制御を行うディジタル制御装置
に、オブザーバ制御演算装置を接続し、オブザーバ制御
演算装置の上位側では、ロボットアームの各部に設けら
れた質点の重さと回転軸からの距離、各軸の関節角をも
とに重力モーメント演算機構で重力モーメント値を求
め、その重力モーメント値を使ってバネ定数演算機構で
バネ定数を求め、重力モーメント値とバネ定数をもとに
オブザーバ推定行列を求め、そのオブザーバ推定行列を
オブザーバ制御演算装置の下位側に転送すると共に、オ
ブザーバ制御演算装置の下位側では、上位側から転送さ
れたオブザーバ推定行列とコントローラ下位側からモー
タの速度検出信号とモータへのトルク指令値を受け取
り、位置・速度ループのサンプリング時間とは独立に、
ねじれ角及び負荷速度の推定を行い、それぞれのフィー
ドバックゲインと乗算し、位置・速度ループから出力さ
れたトルク指令値から減算するこれまでのいずれかの項
に記載のオブザーバ制御演算装置である。なおかつ望ま
しくは 制御対象は、ロボットであるこれまでのいずれかの項に
記載のオブザーバ制御演算装置である。
【０００５】
【作用】本発明は、上記したオブザーバ演算手段によ
り、推定精度をできるだけ落とさずに、しかも演算時間
を短くでき、制振効果の安定性を高くできるオブザーバ
制御演算装置を得ることができる。
り、推定精度をできるだけ落とさずに、しかも演算時間
を短くでき、制振効果の安定性を高くできるオブザーバ
制御演算装置を得ることができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説
明する。なお、各図面において、同一符号は同一もしく
は相当部材を表す。図１は、本発明の一実施例としての
オブザーバ演算装置を使用したディジタル制御装置の構
成を示すブロック図である。図１で使用した記号は次の
［数１］通りとし、右上の添字は時間微分の回数を示す
ものとする。
明する。なお、各図面において、同一符号は同一もしく
は相当部材を表す。図１は、本発明の一実施例としての
オブザーバ演算装置を使用したディジタル制御装置の構
成を示すブロック図である。図１で使用した記号は次の
［数１］通りとし、右上の添字は時間微分の回数を示す
ものとする。
【数１】
【０００７】 このロボットのディジタル制御装置での
一実施例では、コントローラ上位側２ａでロボット１の
手先目標値設定手段21で設定された手先目標値211,212,
…, 21 nを、逆変換手段22においてこれらを逆変換し、
各軸の関節角指令値221(θ1),222 (θ2), …, 22n ( θ
n ) を求め、それらをコントローラ下位側２ｂに転送
し、各軸の位置、速度のフィードバック制御を行うディ
ジタル制御装置２に、オブザーバ制御演算装置３を接続
して構成されている。すなわち、オブザーバ制御演算装
置３の上位側では、ロボットアームの各部に設けられた
質点の重さと回転軸からの距離、および各軸の関節角指
令値221(θ1),222 (θ2), …, 22n ( θn ) を基に、重
力モーメント演算機構31で各軸毎の重力モーメント値Ｍ
g1, Ｍg2, …, Ｍg n を求め、そのＭgを使ってバネ定
数演算機構32でバネ定数Ｋsを求め、重力モーメント値
Ｍgとバネ定数Ｋsを使ってオブザーバ推定行列演算機構
33でオブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌを求める。その
オブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌを転送手段を介し
て、オブザーバ制御演算装置３の下位側に転送する。オ
ブザーバ制御演算装置３の下位側では、上位側から転送
されたオブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌとコントロー
ラ下位側から速度信号281,282,…, 28n とトルク指令29
1,292,…, 29n を受け取り、位置・速度ループ24のサン
プリング時間とは独立に、ねじれ角の推定34a 及び負荷
速度の推定34b を行い、それぞれのフィードバックゲイ
ンＫωs 及びＫθL と乗算し、位置・速度ループから出
力されたトルク指令値29から、減算器25で減算した値と
トルク定数30を乗算することで、各軸の電流指令Ｉ1,Ｉ
2,…, Ｉn となる。なお、26は位置信号27から速度信号
28への変換手段［図１はｎ軸について表しているが第１
軸から（ｎ−１）軸まで同様］である。また、重力モー
メント演算に関節角指令値221(θ1),222 (θ2), …, 22
n (θn ) を用いているが、位置信号271,272 …, 27n
［図１で点線矢印で示す］を用いてもよい。
一実施例では、コントローラ上位側２ａでロボット１の
手先目標値設定手段21で設定された手先目標値211,212,
…, 21 nを、逆変換手段22においてこれらを逆変換し、
各軸の関節角指令値221(θ1),222 (θ2), …, 22n ( θ
n ) を求め、それらをコントローラ下位側２ｂに転送
し、各軸の位置、速度のフィードバック制御を行うディ
ジタル制御装置２に、オブザーバ制御演算装置３を接続
して構成されている。すなわち、オブザーバ制御演算装
置３の上位側では、ロボットアームの各部に設けられた
質点の重さと回転軸からの距離、および各軸の関節角指
令値221(θ1),222 (θ2), …, 22n ( θn ) を基に、重
力モーメント演算機構31で各軸毎の重力モーメント値Ｍ
g1, Ｍg2, …, Ｍg n を求め、そのＭgを使ってバネ定
数演算機構32でバネ定数Ｋsを求め、重力モーメント値
Ｍgとバネ定数Ｋsを使ってオブザーバ推定行列演算機構
33でオブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌを求める。その
オブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌを転送手段を介し
て、オブザーバ制御演算装置３の下位側に転送する。オ
ブザーバ制御演算装置３の下位側では、上位側から転送
されたオブザーバ推定行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌとコントロー
ラ下位側から速度信号281,282,…, 28n とトルク指令29
1,292,…, 29n を受け取り、位置・速度ループ24のサン
プリング時間とは独立に、ねじれ角の推定34a 及び負荷
速度の推定34b を行い、それぞれのフィードバックゲイ
ンＫωs 及びＫθL と乗算し、位置・速度ループから出
力されたトルク指令値29から、減算器25で減算した値と
トルク定数30を乗算することで、各軸の電流指令Ｉ1,Ｉ
2,…, Ｉn となる。なお、26は位置信号27から速度信号
28への変換手段［図１はｎ軸について表しているが第１
軸から（ｎ−１）軸まで同様］である。また、重力モー
メント演算に関節角指令値221(θ1),222 (θ2), …, 22
n (θn ) を用いているが、位置信号271,272 …, 27n
［図１で点線矢印で示す］を用いてもよい。
【０００８】 具体的に、数式を用いて説明する。以下
使用する記号は次の［数２］通りとする。
使用する記号は次の［数２］通りとする。
【数２】 この連続系の状態方程式に対し、離散化を施すと、次の
［数３］ようになる。
［数３］ようになる。
【数３】 一般的にはＡd、Ｂdの値が十分収束するようにＮを大き
くとるが、本発明では、Ｎ＝１で離散化を終了させるこ
とによって、Ａd、Ｂdを次の［数４］ように求める。
くとるが、本発明では、Ｎ＝１で離散化を終了させるこ
とによって、Ａd、Ｂdを次の［数４］ように求める。
【数４】 この離散化状態方程式に対し、例えば「線形制御系の設
計理論（計測自動学会編；１９７８）」で述べられてい
るように最小次元オブザーバを設計すると、次の［数
５］ようになる。
計理論（計測自動学会編；１９７８）」で述べられてい
るように最小次元オブザーバを設計すると、次の［数
５］ようになる。
【数５】
【０００９】 ここで使用されている行列Ｊ，Ｆ，Ｇ，
Ｌは図１のものと同じである。具体的に、Ｊ，Ｆ，Ｇ，
Ｌの行列成分を書き出すと、次の［数６］ように、バネ
定数や重力モーメントに無関係な行列成分（Ｆ11, Ｆ
12, Ｆ21,Ｆ22)とそうでないものに分けることができ
る。バネ定数や重力モーメントに無関係な行列成分は予
め計算しておくことと、リアルタイム演算の必要な部分
でさえも、非常に簡単な数式であることから、演算負荷
を軽減したオブザーバ推定行列を得ることができる。次
にバネ定数の計算について述べる。予めいくつかの重力
モーメント値（Ｍg1, Ｍg2, …, Ｍ gm ）におけるバネ
定数（Ｋs1, Ｋs2, …, Ｋ sm ）を実験等で求めてお
く。ロボットの実動作時には、逐次計算される重力モー
メント値をもとに、例えば次の［数７］ような１次のラ
グランジェ補間を行うことで、そのときどきの重力モー
メント値におけるバネ定数を求める。
Ｌは図１のものと同じである。具体的に、Ｊ，Ｆ，Ｇ，
Ｌの行列成分を書き出すと、次の［数６］ように、バネ
定数や重力モーメントに無関係な行列成分（Ｆ11, Ｆ
12, Ｆ21,Ｆ22)とそうでないものに分けることができ
る。バネ定数や重力モーメントに無関係な行列成分は予
め計算しておくことと、リアルタイム演算の必要な部分
でさえも、非常に簡単な数式であることから、演算負荷
を軽減したオブザーバ推定行列を得ることができる。次
にバネ定数の計算について述べる。予めいくつかの重力
モーメント値（Ｍg1, Ｍg2, …, Ｍ gm ）におけるバネ
定数（Ｋs1, Ｋs2, …, Ｋ sm ）を実験等で求めてお
く。ロボットの実動作時には、逐次計算される重力モー
メント値をもとに、例えば次の［数７］ような１次のラ
グランジェ補間を行うことで、そのときどきの重力モー
メント値におけるバネ定数を求める。
【数７】
【００１０】 図３のように、得られたバネ定数列（Ｋ
s1, Ｋs2, …,Ｋ sm ）でバネ定数曲線を多項式近似す
る際、代表点数ｍの数［この図３では代表点数を４点］
によっては精度の悪い近似となってしまうことがあり、
制振効果が不安定になる問題を引き起こす。本発明で
は、バネ定数演算機構に、得られたバネ定数曲線の形に
応じて、代表点数をパラメータで可変にする構造を持た
せる。これによって、本発明においては図４のようにバ
ネ定数曲線［この図４では代表点数を８点］を高い精度
で近似できる。
s1, Ｋs2, …,Ｋ sm ）でバネ定数曲線を多項式近似す
る際、代表点数ｍの数［この図３では代表点数を４点］
によっては精度の悪い近似となってしまうことがあり、
制振効果が不安定になる問題を引き起こす。本発明で
は、バネ定数演算機構に、得られたバネ定数曲線の形に
応じて、代表点数をパラメータで可変にする構造を持た
せる。これによって、本発明においては図４のようにバ
ネ定数曲線［この図４では代表点数を８点］を高い精度
で近似できる。
【００１１】 以上の方法で、コントローラ上位側の演
算周期毎に得られる各軸毎のオブザーバ推定行列（Ｊ，
Ｆ，Ｇ，Ｌ）を所定の方法でコントローラ下位側が受け
取り、コントローラ下位側で状態推定演算を行う。その
場合、すでに位置・速度ループ演算や各種アラーム検出
処理のために、コントローラ下位側のＣＰＵがサンプリ
ング時間内で使用できる演算時間が短く、同じサンプリ
ング周期ではオブザーバの演算が終了できない場合があ
る。このような問題に対し、本発明では位置・速度ルー
プのサンプリング時間とは独立にオブザーバ演算用のサ
ンプリング時間を設け、コントローラ下位側ＣＰＵの僅
かな空き時間に少しづつオブザーバ演算を行う。これを
図５のタイムチャートに示す。本発明の一実施例におけ
るタイムチャートを表す図５の中で、ｉは位置・速度の
サンプリング時間、Ｐ(i),Ｐ(i+1),…は位置・速度ルー
プ演算や各種アラーム検出処理に使用する時間、ｋはオ
ブザーバのサンプリング時間、Ｏ（k)i,Ｏ（k)i+1,…は
オブザーバ演算に使用する時間を示す。この例では、位
置・速度ループの５サンプリング時間がオブザーバの１
サンプリング時間となっている。式(13)、(14)、(15)を
それぞれのＯ（k)に合わせて分割して演算させる。この
ような演算時間の操作から、極めて短い時間で、オブザ
ーバ推定行列（Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌ）をオブザーバ推定行列
演算機構33で算出でき、さらにオブザーバ演算機構34で
ねじれ角および負荷速度が、より真値に近くして、演算
推定可能となる。
算周期毎に得られる各軸毎のオブザーバ推定行列（Ｊ，
Ｆ，Ｇ，Ｌ）を所定の方法でコントローラ下位側が受け
取り、コントローラ下位側で状態推定演算を行う。その
場合、すでに位置・速度ループ演算や各種アラーム検出
処理のために、コントローラ下位側のＣＰＵがサンプリ
ング時間内で使用できる演算時間が短く、同じサンプリ
ング周期ではオブザーバの演算が終了できない場合があ
る。このような問題に対し、本発明では位置・速度ルー
プのサンプリング時間とは独立にオブザーバ演算用のサ
ンプリング時間を設け、コントローラ下位側ＣＰＵの僅
かな空き時間に少しづつオブザーバ演算を行う。これを
図５のタイムチャートに示す。本発明の一実施例におけ
るタイムチャートを表す図５の中で、ｉは位置・速度の
サンプリング時間、Ｐ(i),Ｐ(i+1),…は位置・速度ルー
プ演算や各種アラーム検出処理に使用する時間、ｋはオ
ブザーバのサンプリング時間、Ｏ（k)i,Ｏ（k)i+1,…は
オブザーバ演算に使用する時間を示す。この例では、位
置・速度ループの５サンプリング時間がオブザーバの１
サンプリング時間となっている。式(13)、(14)、(15)を
それぞれのＯ（k)に合わせて分割して演算させる。この
ような演算時間の操作から、極めて短い時間で、オブザ
ーバ推定行列（Ｊ，Ｆ，Ｇ，Ｌ）をオブザーバ推定行列
演算機構33で算出でき、さらにオブザーバ演算機構34で
ねじれ角および負荷速度が、より真値に近くして、演算
推定可能となる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、２軸以
上の複数の制御軸を有する制御対象に対し、各軸回りの
重力モーメントを計算する演算機構と、各軸のバネ定数
を計算する演算機構と、前記バネ定数計算値を用いて制
御系の状態変数を推定するためのオブザーバ推定行列を
計算する演算機構と、前記オブザーバ推定行列計算値の
転送手段と、オブザーバ推定行列計算値と重力モーメン
ト計算値を用いて状態変数の推定を行うオブザーバ演算
機構を持つディジタル制御装置において、オブザーバ推
定行列計算時の離散化を状態方程式の段階で１次で終了
させ、各軸のバネ定数は、重力モーメント値の有理関数
で近似し、必要精度に応じて代表点を増減して演算し、
オブザーバ演算機構は位置、速度ループのサンプリング
時間と独立にサンプリング時間を設定することにより、
推定精度をできるだけ落とさずに演算時間を短くでき、
制振効果の安定性を高くできるオブザーバ制御演算装置
を得ることが可能であるという特段の効果を得ることが
できる。例えば、産業用ロボットのような非線形な制御
対象に適用すれば、実用的なオブザーバによる推定状態
フィードバック制御を行うことができる。
上の複数の制御軸を有する制御対象に対し、各軸回りの
重力モーメントを計算する演算機構と、各軸のバネ定数
を計算する演算機構と、前記バネ定数計算値を用いて制
御系の状態変数を推定するためのオブザーバ推定行列を
計算する演算機構と、前記オブザーバ推定行列計算値の
転送手段と、オブザーバ推定行列計算値と重力モーメン
ト計算値を用いて状態変数の推定を行うオブザーバ演算
機構を持つディジタル制御装置において、オブザーバ推
定行列計算時の離散化を状態方程式の段階で１次で終了
させ、各軸のバネ定数は、重力モーメント値の有理関数
で近似し、必要精度に応じて代表点を増減して演算し、
オブザーバ演算機構は位置、速度ループのサンプリング
時間と独立にサンプリング時間を設定することにより、
推定精度をできるだけ落とさずに演算時間を短くでき、
制振効果の安定性を高くできるオブザーバ制御演算装置
を得ることが可能であるという特段の効果を得ることが
できる。例えば、産業用ロボットのような非線形な制御
対象に適用すれば、実用的なオブザーバによる推定状態
フィードバック制御を行うことができる。
【図１】本発明のオブザーバ制御演算装置を含むロボッ
トコントローラの一実施例の回路構成を示すブロック図
トコントローラの一実施例の回路構成を示すブロック図
【図２】ロボット動特性モデルの説明図
【図３】バネ定数曲線の粗い近似例［従来例］
【図４】本発明によるバネ定数曲線の高精度な近似例
【図５】図１における実施例のコントローラ下位側ＣＰ
Ｕのタイムチャート
Ｕのタイムチャート
１ ロボット ２ ディジタル制御装置 ２ａ コントローラ上位側 ２ｂ コントローラ下位側 21 ロボットの手先目標値設定手段 22 逆変換手段 231 第１番目のフィードバック制御 232 第２番目のフィードバック制御 23n 第ｎ番目のフィードバック制御 24 位置・速度ループ 25 減算器 26 位置信号を速度信号に変換する変換手段 27 位置信号 28 速度信号 29 トルク指令 ３ オブザーバ制御演算装置 30 トルク定数 31 重力モーメント演算装置 32 バネ定数演算機構 33 オブザーバ推定行列演算機構 34 オブザーバ演算機構
【数６】
Claims (5)
- 【請求項１】 ２軸以上の複数の制御軸を有する制御対
象に対し、各軸回りの重力モーメントを計算する演算機
構と、各軸のバネ定数を計算する演算機構と、前記バネ
定数計算値を用いて制御系の状態変数を推定するための
オブザーバ推定行列を計算する演算機構と、前記オブザ
ーバ推定行列計算値の転送手段と、オブザーバ推定行列
計算値を用いて状態変数の推定を行うオブザーバ演算機
構とを持ち、オブザーバ推定行列計算時の離散化を状態
方程式の段階で１次で終了させることを特徴とするオブ
ザーバ制御演算装置。 - 【請求項２】 各軸のバネ定数は、重力モーメント値の
有理関数で近似し、必要精度に応じて代表点を増減して
演算することを特徴とする請求項１記載のオブザーバ制
御演算装置。 - 【請求項３】 オブザーバ演算機構は位置・速度ループ
演算機構内にあって、位置、速度ループのサンプリング
時間と独立にサンプリング時間を設定することを特徴と
する請求項１または請求項２記載のオブザーバ制御演算
装置。 - 【請求項４】 コントローラ上位側でロボットの手先目
標値から、各軸の関節角指令値を求め、これをコントロ
ーラ下位側に転送し、各軸の位置、速度のフィードバッ
ク制御を行うディジタル制御装置に、 オブザーバ制御演算装置を接続し、 オブザーバ制御演算装置の上位側では、ロボットアーム
の各部に設けられた質点の重さと回転軸からの距離、各
軸の関節角をもとに重力モーメント演算機構で重力モー
メント値を求め、その重力モーメント値を使ってバネ定
数演算機構でバネ定数を求め、前記重力モーメント値と
前記バネ定数をもとにオブザーバ推定行列を求め、その
オブザーバ推定行列をオブザーバ制御演算装置の下位側
に転送すると共に、 オブザーバ制御演算装置の下位側では、上位側から転送
されたオブザーバ推定行列とコントローラ下位側からモ
ータの速度検出信号とモータへのトルク指令値を受け取
り、位置・速度ループのサンプリング時間とは独立に、
ねじれ角及び負荷速度の推定を行い、それぞれのフィー
ドバックゲインと乗算し、位置・速度ループから出力さ
れたトルク指令値から減算することを特徴とする請求項
１ないし請求項３までのいずれかの項に記載のオブザー
バ制御演算装置。 - 【請求項５】 前記制御対象は、ロボットであることを
特徴とする請求項１ないし請求項４までのいずれかの項
に記載のオブザーバ制御演算装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341195A JP3599127B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | オブザーバ制御演算装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8341195A JP3599127B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | オブザーバ制御演算装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08249068A true JPH08249068A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3599127B2 JP3599127B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=13801700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8341195A Expired - Lifetime JP3599127B2 (ja) | 1995-03-14 | 1995-03-14 | オブザーバ制御演算装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3599127B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011014031A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ゲインスケジュール制御装置及び制御方法 |
| CN106094520A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 西南交通大学 | 一种基于状态反馈精确线性化的受电弓主动控制方法 |
| CN107932502A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-20 | 陕西科技大学 | 一种基于双目立体视觉的scara机器人轨迹规划方法 |
| CN114619446A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-14 | 广东工业大学 | 基于双观测器的轨迹跟踪控制方法及系统 |
-
1995
- 1995-03-14 JP JP8341195A patent/JP3599127B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011014031A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ゲインスケジュール制御装置及び制御方法 |
| CN106094520A (zh) * | 2016-06-29 | 2016-11-09 | 西南交通大学 | 一种基于状态反馈精确线性化的受电弓主动控制方法 |
| CN106094520B (zh) * | 2016-06-29 | 2019-01-22 | 西南交通大学 | 一种基于状态反馈精确线性化的受电弓主动控制方法 |
| CN107932502A (zh) * | 2017-11-07 | 2018-04-20 | 陕西科技大学 | 一种基于双目立体视觉的scara机器人轨迹规划方法 |
| CN114619446A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-14 | 广东工业大学 | 基于双观测器的轨迹跟踪控制方法及系统 |
| CN114619446B (zh) * | 2022-03-11 | 2023-11-03 | 广东工业大学 | 基于双观测器的轨迹跟踪控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3599127B2 (ja) | 2004-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3506157B2 (ja) | 電動機の位置制御装置 | |
| JP2014136260A (ja) | 制御装置 | |
| JP3981773B2 (ja) | ロボット制御装置 | |
| CN110955192B (zh) | 伺服控制装置、机器人及伺服控制方法 | |
| JP3239789B2 (ja) | 制御装置および制御方法 | |
| Ramirez-Neria et al. | Design of ADRC for second-order mechanical systems without time-derivatives in the tracking controller | |
| JP4192780B2 (ja) | ロボットの制御装置 | |
| CN113283090B (zh) | 基于蜂群算法的飞机舵机电动伺服系统摩擦补偿方法 | |
| JPH0962363A (ja) | 電動機の位置決め制御方法 | |
| JPH08249068A (ja) | オブザーバ制御演算装置 | |
| JPH10217173A (ja) | ロボットの非干渉化制御装置 | |
| US5723965A (en) | Velocity control method and apparatus for servo motors | |
| JP2838578B2 (ja) | モータ制御装置、外乱負荷トルク推定装置 | |
| JPH07121239A (ja) | ロボット装置の制御方法 | |
| JP3341498B2 (ja) | オブザーバ制御演算装置 | |
| JP4038659B2 (ja) | サーボ制御装置 | |
| JP2958600B2 (ja) | モータ制御装置 | |
| JP3972151B2 (ja) | 負荷トルクのオブザーバ | |
| JP3026173B2 (ja) | モールドオシレーション駆動制御装置 | |
| JP3374592B2 (ja) | ロボットの制御パラメータ推定方法 | |
| Madill et al. | A nonlinear observer for minimizing quantization effects in virtual walls | |
| CN113093549B (zh) | 一种多轴数控装备的复合控制方法 | |
| JP3200496B2 (ja) | 多関節型ロボット制御装置 | |
| Ito et al. | Robust decoupling control for articulated robot | |
| JP2790634B2 (ja) | 運動機械系の制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040315 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040318 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20040513 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040826 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Effective date: 20040908 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070924 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080924 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 5 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090924 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 6 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100924 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110924 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110924 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120924 Year of fee payment: 8 |