JPH08278821A - Damping method for servo control system - Google Patents

Damping method for servo control system

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JPH08278821A
JPH08278821A JP8099395A JP8099395A JPH08278821A JP H08278821 A JPH08278821 A JP H08278821A JP 8099395 A JP8099395 A JP 8099395A JP 8099395 A JP8099395 A JP 8099395A JP H08278821 A JPH08278821 A JP H08278821A
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JP
Japan
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acceleration
arm
motor
rotational angular
servo control
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JP8099395A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Honke
浩一 本家
Yoshio Inoue
喜雄 井上
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
株式会社神戸製鋼所
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To provide the damping method of a servo control system capable of damping the system without providing a mechanical detector for detecting the acceleration of an arm on the side of the arm. CONSTITUTION: In the servo control system 10, the rotational angular velocity θm' of the driving shaft of a motor 3 is detected by an originally provided velocity detector 6. In the meantime, the rotational angular acceleration θa"Λ of the arm 1 is estimated from the rotational angular acceleration θm" obtained by a differentiator 9 based on the rotxational angular velocity θm' by an acceleration estimation device 7. The rotational angular acceleration θa"Λ of the arm 1 is fed back to the control command amount side of the motor 3, phase inversion is performed and the system is clamped. Thus, the need of providing the mechanical detector for detecting the rotational angular acceleration of the arm 1 is eliminated and the constitution of the arm 1 is simplified.

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,サーボモータ等の駆動
部により操作されるロボットアーム等の被駆動部の加速
度を上記駆動部の制御指令量に帰還させることにより,
上記駆動部及び上記被駆動部を含んでなるサーボ制御系
の振動を抑制する制振方法に係り,特に機械的な構成が
簡素ですむサーボ制御系の制振方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention returns the acceleration of a driven part such as a robot arm operated by a drive part such as a servomotor to the control command amount of the drive part.
The present invention relates to a vibration control method for suppressing vibration of a servo control system including the drive section and the driven section, and more particularly to a vibration control method for a servo control system having a simple mechanical structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に,産業用ロボットにおいては,そ
の機構が不安定な片持梁構造,即ちアーム等の端部が自
由端になっているものが多い。又,上記ロボットのモー
タとアームとの間には,減速機等のように弾性を有する
動力伝達機構が存在する。加えて,上記ロボットの機構
系の固有振動数が低い場合が多い。その為,ロボットの
動作時にアームに大きな加減速を生じると,上記機構系
の固有振動数において振動が励起され,残留振動が残り
やすく,機能上問題となることがある,特にアームとモ
ータとの間の動力伝達機構に弾性変形が生じる場合に
は,この問題が顕著になる。又,上記したようなロボッ
トに限らず,ある慣性負荷としての被駆動部が弾性変形
を無視できない動力伝達機構を介してモータ等の駆動部
により駆動される系においても同様の振動の問題を生じ
る。このような振動に対して特公平2−33169号公
報に開示の技術では,慣性負荷側にその変位,速度,又
は加速度を検出する各検出器を設け,上記慣性負荷側の
加速度等の検出結果を上記駆動部側の制御指令量に帰還
させるようになっているが,この時帰還された例えば加
速度信号を慣性負荷の速度の交流成分とは逆位相になる
ように調整する構成がとられている。これによって,上
記機構系の振動の抑制が図られている。
2. Description of the Related Art Generally, most industrial robots have a cantilever structure in which the mechanism is unstable, that is, the ends of arms are free ends. Further, between the motor and the arm of the robot, there is a power transmission mechanism having elasticity such as a speed reducer. In addition, the natural frequency of the mechanical system of the robot is often low. Therefore, when a large acceleration / deceleration is generated in the arm during the operation of the robot, vibration is excited at the natural frequency of the above mechanical system and residual vibration is likely to remain, which may cause a functional problem, especially between the arm and the motor. This problem becomes noticeable when the power transmission mechanism between them undergoes elastic deformation. Further, not only the robot as described above, but also a system in which a driven part as an inertial load is driven by a driving part such as a motor through a power transmission mechanism in which elastic deformation cannot be ignored causes a similar vibration problem. . With respect to such vibration, the technique disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 2-33169 provides each detector for detecting its displacement, speed, or acceleration on the inertial load side, and detects the acceleration or the like on the inertial load side. Is fed back to the control command amount on the side of the drive unit. At this time, for example, the fed back acceleration signal is adjusted to have a phase opposite to the AC component of the velocity of the inertial load. There is. Thereby, the vibration of the mechanical system is suppressed.
【0003】上記開示の技術とほぼ等価のサーボ制御系
を図6に示す。同図に示したサーボ制御系10d では,
一般的な速度制御型サーボモータドライバ11の構成と
同様に,モータ3に回転角速度θm ′を検出する, 例え
ばタコジェネレータ等よりなる速度検出器6が設けられ
ている。又,慣性負荷としてのアーム1側には,アーム
1の回転角加速度θa ″を検出する検出器8が設けられ
ている。上記検出されたアーム1の回転角加速度θa
は,速度検出器6により検出されたモータ3の回転角速
度に基づく信号により補正された後,速度制御器の入力
側に帰還されて上記モータ3の回転角速度の目標値を補
償する。そこで,上記サーボ制御系10d では,速度検
出器6により検出されたモータ3の回転角速度θm ′が
予め設定された回転角速度の目標値θd ′になるように
, 回転速度操作量が上記補償された回転角速度の目標値
に基づいて速度制御器により演算される。そして,この
回転角速度操作量に基づいて,制御指令量としてのトル
クTがトルク制御器により演算されモータ3に入力され
る。この時,上記速度制御器は,例えば上記補償後のモ
ータ3の回転角速度の目標値に係る信号をアーム1の回
転角速度の交流成分と逆位相となるように調整して,上
記トルクTの演算に供する。こうして,上記したように
上記機構系の振動が抑制される。以下,各符号の右肩に
付した′(ダッシュ)はその符号についての1次時間微
分値を,″(2ダッシュ)は2次時間微分値を,^(ハ
ット)は推定値をそれぞれ示す。
Servo control system almost equivalent to the technology disclosed above
Is shown in FIG. Servo control system 10 shown in FIG.dThen,
The structure of a general speed control type servo motor driver 11
Similarly, the rotation angular velocity θmDetect ′,example
If a speed detector 6 consisting of a tacho generator etc. is provided
ing. Also, the arm 1 side as an inertial load has an arm
Rotational angular acceleration of 1aIs provided with a detector 8 for detecting
ing. The rotational angular acceleration θ of the arm 1 detected abovea
Is the rotational angular velocity of the motor 3 detected by the speed detector 6.
Input of the speed controller after being corrected by a signal based on degrees
The target value of the rotational angular velocity of the motor 3 is supplemented by being fed back to
To compensate. Therefore, the servo control system 10dThen, speed check
Rotational angular velocity θ of the motor 3 detected by the output device 6m'But
Predetermined target value of rotational angular velocity θdTo become '
,Target value of rotational angular velocity with the rotational speed manipulated variable compensated above
Is calculated by the speed controller based on And this
Based on the rotational angular velocity operation amount, the torque as the control command amount
Torque T is calculated by the torque controller and input to the motor 3.
It At this time, the speed controller may operate, for example, after the compensation.
The signal related to the target value of the rotational angular velocity of the motor 3
Adjust so that the phase is opposite to the AC component of the angular velocity,
It is used for calculation of the torque T. Thus, as mentioned above
Vibration of the mechanical system is suppressed. Below, on the right shoulder of each code
The attached ‘(dash) is the first-order time
The minute value, ″ (2 dashes) is the second-order time derivative, ^ (ha
Indicates the estimated value.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで,上記開示の
従来技術によれば,ロボットのアーム側に,上記回転角
加速度を検出するための機械的な検出器8を取り付けて
おく必要があった。しかしながら,上記ロボットのアー
ム内は一般的にスペースが狭く,組み込む部品の数を出
来るだけ少なくしたほうが好ましい。又,上記検出器8
をアーム内に取り付けた場合にモータ側との間の電気的
配線も複雑になるという問題もあった。そこで,本発明
の目的は,被駆動部にこの被駆動部の加速度を検出する
機械的な検出器を設けることなく,系の制振を行うこと
のできるサーボ制御系の制振方法を提供することであ
る。
By the way, according to the conventional technique disclosed above, it is necessary to mount a mechanical detector 8 for detecting the rotational angular acceleration on the arm side of the robot. However, since the space inside the arm of the robot is generally small, it is preferable to reduce the number of parts to be incorporated as much as possible. Also, the detector 8
There is also a problem in that the electrical wiring between the motor side and the motor side becomes complicated when it is mounted in the arm. Therefore, an object of the present invention is to provide a damping method for a servo control system capable of damping the system without providing a mechanical detector for detecting the acceleration of the driven part on the driven part. That is.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に,本発明が採用する主たる手段は,その要旨とすると
ころが,駆動部により操作される被駆動部の加速度を上
記駆動部への制御指令量に帰還させることにより,上記
駆動部及び上記被駆動部を含んでなるサーボ制御系の振
動を抑制する制振方法において,少なくとも上記駆動部
への制御指令量,上記駆動部からの操作量,上記駆動部
のイナーシャ及び上記被駆動部のイナーシャから上記被
駆動部の加速度を求める関係を予め設定しておき,上記
駆動部への制御指令量及び上記駆動部からの操作量か
ら,上記設定された関係に基づいて,上記被駆動部の加
速度を演算することを特徴とするサーボ制御系の制振方
法として構成されている。
In order to achieve the above-mentioned object, the main means adopted by the present invention is the gist of the invention, in which the acceleration of a driven part operated by a drive part is controlled to the drive part. In a vibration damping method for suppressing vibration of a servo control system including the drive unit and the driven unit by returning to the command amount, at least a control command amount to the drive unit and an operation amount from the drive unit. , The relationship for obtaining the acceleration of the driven part from the inertia of the driving part and the inertia of the driven part is set in advance, and the setting is made from the control command amount to the driving part and the operation amount from the driving part. It is configured as a vibration control method for a servo control system, which is characterized in that the acceleration of the driven part is calculated based on the relationship thus established.
【0006】[0006]
【作用】本発明に係るサーボ制御系の制振方法において
は,少なくとも被駆動部を操作する駆動部への制御指令
量,上記駆動部からの操作量,上記駆動部のイナーシ
ャ,上記被駆動部のイナーシャ及び上記被駆動部のイナ
ーシャから上記被駆動部の加速度を求める関係が予め設
定されている。そして,上記被駆動部の加速度は上記駆
動部への制御指令量及び駆動部からの操作量から,上記
予め設定された関係に基づいて演算される。従って,上
記被駆動部にこの被駆動部の加速度を検出する為の機械
的な検出器を必要とすることがなく,被駆動部の構成が
極めて簡素になる。
In the damping method of the servo control system according to the present invention, at least the control command amount to the drive unit for operating the driven unit, the operation amount from the drive unit, the inertia of the drive unit, the driven unit. The relationship for obtaining the acceleration of the driven part from the inertia of the above and the inertia of the driven part is set in advance. Then, the acceleration of the driven portion is calculated from the control command amount to the driving portion and the operation amount from the driving portion based on the preset relationship. Therefore, the driven part does not need a mechanical detector for detecting the acceleration of the driven part, and the structure of the driven part becomes extremely simple.
【0007】[0007]
【実施例】以下添付図面を参照して,本発明を具体化し
た実施例につき説明し,本発明の理解に供する。尚,以
下の実施例は,本発明を具体化した一例であって,本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に,図1は本発明の一実施例に係るサーボ制御系の制振
方法を適用するために用いられるロボットを示す模式
図,図2は上記ロボットの振動を抑制しつつアームの動
作を制御するサーボ制御系の構成を示すブロック図,図
3は本発明の別の実施例に係りオブザーバ回路及び微分
器を用いてアームの加速度を推定するサーボ制御系の構
成を示すブロック図,図4は図3のサーボ制御系の変形
例を示すブロック図,図5は図3のサーボ制御系の別の
変形例を示すブロック図である。但し,図6に示した上
記従来のサーボ制御系10d と共通する要素には,同一
の符号を使用すると共に,その詳細な説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings for the understanding of the present invention. The following embodiments are examples of embodying the present invention and are not intended to limit the technical scope of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing a robot used for applying a vibration control method of a servo control system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 controls the operation of an arm while suppressing the vibration of the robot. 3 is a block diagram showing the configuration of a servo control system according to another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a servo control system for estimating arm acceleration using an observer circuit and a differentiator according to another embodiment of the present invention. 3 is a block diagram showing a modified example of the servo control system shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a block diagram showing another modified example of the servo control system shown in FIG. However, the same reference numerals are used for the same elements as those of the conventional servo control system 10 d shown in FIG. 6, and the detailed description thereof will be omitted.
【0008】本発明のサーボ制御系が適用されるロボッ
ト等の機構系では,図1に示すように,モータ3が弾性
を有する動力伝達機構としての減速機2を介してアーム
1と機械的に連結され,上記アーム1を回転駆動するよ
うになっている。上記モータ3は図2に示す本実施例の
サーボ制御系10により制御される。尚,図2中の破線
で囲まれた部分は一般的な速度制御型サーボモータドラ
イバ11と等価の構成である。この構成において,電流
マイナループは十分に早い応答性を有しており,上記モ
ータ3は制御指令値(トルクT)通りのトルクを出力す
るものと仮定する。そして,上記モータ3は,回転角速
度θm ′を検出する速度検出器6を元来備えている。そ
して,上記サーボ制御系10は上記サーボ制御系10d
と基本的構造をほぼ同様とし,この従来のサーボ制御系
10d との相違点はアーム1(被駆動部の一例)の回転
角加速度θa ″を検出する機械的な検出器8(図6)を
省略した構成がとられ,この検出器8に代えて,上記モ
ータ3へのトルクT,上記モータ3からの回転角加速度
θm ″(操作量の一例),上記モータ3の慣性モーメン
トIm(イナーシャ)及び上記アーム1の慣性モーメン
トIa (イナーシャ;モータ3の駆動軸換算値)及び上
記減速機2のモータ3側とアーム1側との減速比Nとか
ら,上記アーム1の回転角加速度θa ″^を演算する微
分器9及び加速度推定器7が設けられたことである。
In a mechanical system such as a robot to which the servo control system of the present invention is applied, as shown in FIG. 1, a motor 3 mechanically interacts with an arm 1 via a speed reducer 2 as a power transmission mechanism having elasticity. The arm 1 is connected to drive the arm 1 in rotation. The motor 3 is controlled by the servo control system 10 of this embodiment shown in FIG. The portion surrounded by the broken line in FIG. 2 has a configuration equivalent to that of a general speed control type servo motor driver 11. In this configuration, it is assumed that the current minor loop has a sufficiently fast response and the motor 3 outputs a torque according to the control command value (torque T). The motor 3 originally has a speed detector 6 for detecting the rotational angular speed θ m ′. The servo control system 10 is connected to the servo control system 10 d.
The basic structure is substantially the same as that of the conventional servo control system 10 d, and the difference from the conventional servo control system 10 d is that a mechanical detector 8 (FIG. 6) for detecting the rotational angular acceleration θ a ″ of the arm 1 (an example of a driven part). ) Is omitted. Instead of the detector 8, torque T to the motor 3, rotational angular acceleration θ m ″ from the motor 3 (an example of operation amount), and an inertia moment I of the motor 3 are used. Based on m (inertia), the inertia moment I a of the arm 1 (inertia; drive shaft conversion value of the motor 3), and the reduction ratio N between the motor 3 side of the reduction gear 2 and the arm 1 side, the rotation of the arm 1 is performed. That is, the differentiator 9 and the acceleration estimator 7 for calculating the angular acceleration θ a ″ ^ are provided.
【0009】ところで,図1に示したロボットの機構系
の振動の減衰率は,非常に小さいものと仮定し,この減
衰率を無視すると,上記機構系の運動方程式は次式のよ
うに導かれる。 Ia θa ″+K{θa −(θm /N)}=T ・・・(1) Im θm ″+K{(θm /N)−θa }=0 ・・・(2) ここで, Ia :アーム1の慣性モーメント(イナーシャ:モータ
3の駆動軸換算値) Im :モータ3の慣性モーメント(イナーシャ) θa :アーム1の回転角度(モータ3の駆動軸換算値) θm :モータ3の回転角度 K :減速機2のバネ定数(モータ3の回転軸換算値) N :減速機2の減速比 T :モータ3へのトルク である。
By the way, assuming that the damping rate of vibration of the mechanical system of the robot shown in FIG. 1 is very small, and ignoring this damping rate, the equation of motion of the mechanical system is derived as follows. . I a θ a ″ + K {θ a − (θ m / N)} = T (1) I m θ m ″ + K {(θ m / N) −θ a } = 0 (2) Where I a : moment of inertia of arm 1 (inertia: converted value of motor 3 drive axis) I m : moment of inertia of motor 3 (inertia) θ a : rotation angle of arm 1 (converted value of motor 3 drive axis) θ m : Rotation angle of the motor 3 K: Spring constant of the speed reducer 2 (rotation axis conversion value of the motor 3) N: Reduction ratio of the speed reducer 2 T: Torque to the motor 3.
【0010】上記した構成において,モータ3の回転角
速度θm ′は従来より備えている速度検出器6により検
出可能である。一方,この実施例の機構によれば,減速
機2よりも動力伝達方向下流側のアーム1の回転角加速
度を求めるために必要な回転角度θa 又は回転角速度θ
a ′はこれらを検出するための機械的な検出器を備えて
いない為, 実際に検出することはできないが, 上記した
(1)式及び(2)式で表される運動方程式から変形さ
れた次の(3)式より,上記アーム1の回転角加速度を
求めることができる。 θa ″^=N(T−Im θm ″)/Ia ・・・(3) ここで, θa ″^:推定されたアーム1の回転角加速度 である。尚,上記(1)式〜(3)式で示した関係は,
モデル式として,何れも上記加速度推定器7の図示せぬ
メモリにプログラムとして予め設定され記憶されてい
る。
In the above structure, the rotational angular velocity θ m ′ of the motor 3 can be detected by the velocity detector 6 which is conventionally provided. On the other hand, according to the mechanism of this embodiment, the rotation angle θ a or the rotation angular velocity θ required to obtain the rotation angular acceleration of the arm 1 on the downstream side of the speed reducer 2 in the power transmission direction.
Since a 'is not provided with a mechanical detector for detecting these, can not be actually detected, it is deformed from the equation of motion represented by the above formula (1) and (2) The rotational angular acceleration of the arm 1 can be obtained from the following equation (3). θ a ″ ^ = N (T−I m θ m ″) / I a (3) where θ a ″ ^ is the estimated rotational angular acceleration of the arm 1. The above (1) The relationships shown in equations (3) are:
As a model formula, each is preset and stored as a program in a memory (not shown) of the acceleration estimator 7.
【0011】そこで,上記サーボ制御系10において,
トルク制御器からのトルクT(制御指令量の一例)によ
りモータ3が駆動され,その駆動軸の回転角速度θm
が速度検出器6により検出される。上記回転角速度
θm ′は微分器9により微分されて回転角加速度θm
として加速度推定器7に入力される。一方,上記トルク
制御器からのトルクTも加速推定器7に入力される。そ
こで,上記加速度推定器7は,上記入力されたトルクT
及び回転角加速度θm ″を(3)式の関係に適用し上記
アーム1の回転角加速度θa ″^を推定する。上記推定
されたアーム1の回転角加速度θa ″^はモータ3の回
転角速度θm ′に基づく信号により補正された後モータ
3の目標値θd ′に帰還される。上記補正後のアーム1
の回転角加速度により補償されたモータ3の回転角速度
の目標値は速度制御器に入力され,従来同様にアーム1
の回転角速度の交流成分とは逆位相となるように調整さ
れた後トルクTの演算に供される。これによって,上記
ロボットの機構系の振動が抑制される。即ち,本実施例
方法を適用したサーボ制御系10によれば,被駆動部で
あるアーム1に,このアーム1の回転角加速度を実際に
検出する機械的な検出器を設ける必要がなく,上記微分
器及び加速度推定器7における演算によって,上記アー
ム1の回転角加速度を推定することが可能で,この推定
された回転角加速度を用いることによって,上記機構系
の振動を抑制することができる。従って,上記アーム1
内部の構造を簡素化することができる。
Therefore, in the servo control system 10,
The motor 3 is driven by the torque T (an example of the control command amount) from the torque controller, and the rotational angular velocity θ m ′ of the drive shaft is driven.
Is detected by the speed detector 6. The rotational angular velocity θ m ′ is differentiated by the differentiator 9 to obtain the rotational angular acceleration θ m ″.
Is input to the acceleration estimator 7. On the other hand, the torque T from the torque controller is also input to the acceleration estimator 7. Therefore, the acceleration estimator 7 uses the input torque T
And the rotational angular acceleration θ m ″ are applied to the relationship of the equation (3) to estimate the rotational angular acceleration θ a ″ ^ of the arm 1. The estimated rotational angular acceleration θ a ″ of the arm 1 is corrected by a signal based on the rotational angular velocity θ m ′ of the motor 3 and then fed back to the target value θ d ′ of the motor 3. The corrected arm 1
The target value of the rotational angular velocity of the motor 3, which is compensated by the rotational angular acceleration of, is input to the velocity controller, and the arm 1
Is adjusted to have a phase opposite to that of the AC component of the rotational angular velocity, and is used for calculation of the torque T. As a result, vibration of the mechanical system of the robot is suppressed. That is, according to the servo control system 10 to which the method of the present embodiment is applied, it is not necessary to provide a mechanical detector for actually detecting the rotational angular acceleration of the arm 1 which is the driven part, and the above-mentioned method is adopted. The rotational angular acceleration of the arm 1 can be estimated by the calculation in the differentiator and acceleration estimator 7, and the vibration of the mechanical system can be suppressed by using the estimated rotational angular acceleration. Therefore, the arm 1
The internal structure can be simplified.
【0012】ところで,産業用ロボットにおいては,そ
の姿勢によってアーム1(慣性負荷)の慣性モーメント
a が大きく変わる場合がある。このような場合は,
(3)式から明らかなように推定されたアーム1の回転
角加速度θa ″^のゲインが変化することを意味する。
そこで,上記回転角加速度θa ″^のフィードバック用
のゲインに相当する加速度推定器7下流側の増幅器のゲ
インを上記ロボットの姿勢に応じて可変とすることによ
り,上記した如くアーム1の慣性モーメントIaが変化
する機構系についても制振効果を得ることが可能とな
る。尚, 上記実施例では,速度検出器6により検出され
たモータ3の回転角速度θ m ′を微分器9により微分す
ることによって,モータ3の回転角加速度θm ″を求め
たが,これに限定されず,モータ3の駆動軸の回転角度
を例えばエンコーダ等を用いて直接に検出し,検出され
た回転角度θm の値を2階微分することにより,上記モ
ータ3の回転角加速度θm ″を演算してもよい。
By the way, in the industrial robot,
Moment of inertia of arm 1 (inertial load)
IaMay change significantly. In such cases,
Rotation of the arm 1 estimated from equation (3)
Angular acceleration θaIt means that the gain of ″ ^ changes.
Therefore, the rotational angular acceleration θaFor "" feedback
Of the amplifier on the downstream side of the acceleration estimator 7 corresponding to the gain of
By making the IN variable according to the posture of the robot,
As described above, the moment of inertia I of the arm 1aChanges
It is possible to obtain the damping effect for the mechanical system that
It still,In the above-mentioned embodiment, it is detected by the speed detector 6.
Rotational angular velocity θ of the motor 3 m′ Is differentiated by differentiator 9
The rotational angular acceleration θ of the motor 3mFor ″
However, the rotation angle of the drive shaft of the motor 3 is not limited to this.
Is detected directly using, for example, an encoder,
Rotation angle θmThe second-order differentiation of the value of
Rotational angular acceleration of the motor 3m″ May be calculated.
【0013】一方,本発明の別の実施例に係るサーボ制
御系10a を図3に示す。上記サーボ制御系10a
は,上記従来のサーボ制御系10a に配備されたアーム
1側の機械的な検出器8(図6参照)に代えて,特に,
モータ3側に配備された位置検出器5からのモータ3の
回転角度θm (操作量の一例),上記速度検出器6から
のモータ3の回転角速度θm ′(操作量の一例),及び
上記モータ3の回転角度θm を制御するために設定入力
された回転角度の目標値θt (制御指令量の一例)に基
づいて,上記アーム1の回転角度θa ^及び回転角速度
θa ′^を推定するオブザーバ回路12と,上記推定さ
れたアーム1の回転角速度θa ′^から回転角加速度θ
a ″^を演算する微分器13とが配備されている。但
し,上記アーム1の回転角度θa ^は上記オブザーバ回
路12により推定され得るが,この実施例についてはほ
とんど関係しないので,説明を容易にするために図3乃
至図5において図示されていない。
On the other hand, FIG. 3 shows a servo control system 10a according to another embodiment of the present invention. In the servo control system 10 a , in place of the mechanical detector 8 (see FIG. 6) on the arm 1 side provided in the conventional servo control system 10 a , in particular,
A rotation angle θ m of the motor 3 from the position detector 5 provided on the motor 3 side (an example of an operation amount), a rotation angular velocity θ m ′ of the motor 3 from the speed detector 6 (an example of an operation amount), and Based on the target value θ t (an example of the control command amount) of the rotation angle set and input to control the rotation angle θ m of the motor 3, the rotation angle θ a ^ and the rotation angular velocity θ a ′ of the arm 1 are set. The observer circuit 12 for estimating ^ and the rotational angular acceleration θ from the estimated rotational angular velocity θ a ′ ^ of the arm 1 above.
A differentiator 13 for calculating a ″ is provided. However, although the rotation angle θ a ^ of the arm 1 can be estimated by the observer circuit 12, this embodiment has almost no relation to this embodiment, so the description will be given. Not shown in FIGS. 3-5 for simplicity.
【0014】上記オブザーバ回路12は,周知の状態観
測器であって,モータ3(駆動部)の制御指令量(制御
入力)とモータ3(駆動部)からの操作量(制御出力)
とに基づいて,測定不可能な状態変数(例えばここでは
アーム1の回転角度や回転角速度が該当する)を推定す
る機能を有しており,このオブザーバ回路12に入力さ
れる制御入力の数及び制御出力の数により(3)式を基
に変形された状態観測式に用いられる係数行列の次数が
決定される。そして,上記係数行列を構成するパラメー
タとしては,上記アーム1の回転角度や回転角速度を精
度良く推定し得るある程度正確な値が,多数の実験結果
を基に一般的なパラメータ同定手法により求められ設定
されている。そこで,上記サーボ制御系10a によれ
ば,上記オブザーバ回路12及び微分器13における演
算によってアーム1の回転角加速度θa ″^を比較的精
度良く推定することができる。そして,上記推定された
回転角加速度θa ″^は,速度検出器6から増幅器(ゲ
イン=K2)を介して出力されたモータ3の回転角速度
を付加された後,モータ3の回転角度の目標値θt にフ
ィードバックされて上記機構系の制振に供される。それ
により,上記サーボ制御系10a においても,上記機構
系の振動を抑制する上で,上記アーム1の回転角加速度
を検出するため機械的な検出器を設ける必要がない。従
って,上記アーム1内部の構造を簡素化することができ
る。
The observer circuit 12 is a well-known state observer, and is a control command amount (control input) of the motor 3 (driving unit) and an operation amount (control output) from the motor 3 (driving unit).
Has a function of estimating an unmeasurable state variable (for example, the rotation angle and the rotation angular velocity of the arm 1 here), and determines the number of control inputs input to the observer circuit 12 and The number of control outputs determines the order of the coefficient matrix used in the state observation formula modified based on the formula (3). As the parameters forming the coefficient matrix, a certain degree of accurate value capable of accurately estimating the rotation angle and the rotation angular velocity of the arm 1 is obtained and set by a general parameter identification method based on a large number of experimental results. Has been done. Therefore, according to the servo control system 10 a , the rotational angular acceleration θ a ″ ^ of the arm 1 can be estimated relatively accurately by the calculation in the observer circuit 12 and the differentiator 13. The rotational angular acceleration θ a ″ ^ is added to the rotational angular velocity of the motor 3 output from the speed detector 6 via the amplifier (gain = K2), and then fed back to the target value θ t of the rotational angle of the motor 3. Is used for damping the above mechanical system. Thereby, also in the servo control system 10 a, in suppressing vibration of the mechanical system, it is not necessary to provide a mechanical detector for detecting a rotation angular acceleration of the arm 1. Therefore, the internal structure of the arm 1 can be simplified.
【0015】尚,先の実施例で述べたサーボ制御系10
(図2参照)は,加速度推定器7における演算次数が小
さいので,小さな演算容量しか必要でないと言う利点を
有する反面,高周波のノイズをカットする機能を有して
いない。これに対し,状態推定器であるオブザーバ回路
12は,一般的に数多くのフィルタを使用している為,
高周波のノイズをカットする機能を有している。従っ
て,上記サーボ制御系10a のオブザーバ回路12及び
微分器13は,上記サーボ制御系10の微分器9及び加
速度推定器7と比べて大きな演算容量を必要とするが,
高周波のノイズがカットされることによりアーム1の回
転角加速度θa ″^を推定精度良く得ることができる。
他方,モータ3側にその回転角速度θm ′を検出する速
度検出器6が設けられていない場合,図4に示したサー
ボ制御系10b のように, 微分器14を設け,この微分
器14により位置検出器5からのモータ3の回転角度θ
m を微分処理して得た回転角速度θm ′を, 上記オブザ
ーバ回路12の入力とすることも可能である。
The servo control system 10 described in the above embodiment is used.
Since the acceleration estimator 7 has a small calculation order (see FIG. 2), it has the advantage that only a small calculation capacity is required, but it does not have a function of cutting high frequency noise. On the other hand, the observer circuit 12, which is a state estimator, generally uses many filters,
It has the function of cutting high frequency noise. Therefore, the servo control system 10 a of the observer circuit 12 and differentiator 13 may require a large computation capacity than the differentiator 9 and acceleration estimator 7 of the servo control system 10,
The rotational angular acceleration θ a ″ ^ of the arm 1 can be obtained with high estimation accuracy by cutting off high-frequency noise.
On the other hand, when the speed detector 6 for detecting the rotational angular speed θ m ′ is not provided on the motor 3 side , the differentiator 14 is provided like the servo control system 10 b shown in FIG. The rotation angle θ of the motor 3 from the position detector 5
The rotation angular velocity theta m 'obtained by differentiating the m, it is also possible to input the observer circuit 12.
【0016】又,上記速度検出器6や微分器14を省略
した構成であっても,図5に示したサーボ制御系10c
のように,入力されたモータ3の回転角度θm と目標値
θtとに基づいて, 上記アーム1の回転角度θa ″^及
び回転角速度θa ′^は基よりモータ3の回転角速度θ
m ′^をも推定できるオブザーバ回路12a を用いるこ
とにより,上記アーム1の回転角加速度を機械的に検出
する検出器をアーム1側に設けることなく,上記機構系
の振動を抑制することができる。この場合,上記モータ
3の回転角速度を測定不可能な状態変数として取り扱い
得るように,上記状態観測式及び係数行列が組み換えら
れる。
[0016] Further, even in a configuration in which omitted the speed detector 6 and the differentiator 14, the servo control system 10 c shown in FIG. 5
As in, based on the rotational angle theta m and the target value theta t of the motor 3 is input, the rotational angle of the arm 1 θ a "^ and the rotational angular velocity theta a '^ the rotation angular velocity of the motor 3 from the group theta
By using the observer circuit 12 a that can also estimate m ′ ^, it is possible to suppress the vibration of the mechanical system without providing a detector for mechanically detecting the rotational angular acceleration of the arm 1 on the arm 1 side. it can. In this case, the state observation formula and the coefficient matrix are rearranged so that the rotational angular velocity of the motor 3 can be treated as an unmeasurable state variable.
【0017】[0017]
【発明の効果】本発明によれば,駆動部により操作され
る被駆動部の加速度を上記駆動部への制御指令量に帰還
させることにより,上記駆動部及び上記被駆動部を含ん
でなるサーボ制御系の振動を抑制する制振方法におい
て,少なくとも上記駆動部への制御指令量,上記駆動部
からの操作量,上記駆動部のイナーシャ及び上記被駆動
部のイナーシャから上記被駆動部の加速度を求める関係
を予め設定しておき,上記駆動部への制御指令量及び上
記駆動部からの操作量から,上記設定された関係に基づ
いて,上記被駆動部の加速度を演算することを特徴とす
るサーボ制御系の制振方法が提供される。それにより,
上記比駆動部の加速度は演算により求められるので,サ
ーボ制御系の制振を行う上で,被駆動部にこの被駆動部
の加速度を検出する機械的な検出器を特に設ける必要が
ない。従って,上記被駆動部における構成を極めて簡素
化することができる。
According to the present invention, by returning the acceleration of the driven portion operated by the driving portion to the control command amount to the driving portion, a servo including the driving portion and the driven portion is provided. In a vibration damping method for suppressing vibration of a control system, at least a control command amount to the drive unit, an operation amount from the drive unit, an inertia of the drive unit and an acceleration of the driven unit from the inertia of the driven unit. The relationship to be obtained is set in advance, and the acceleration of the driven part is calculated from the control command amount to the drive part and the operation amount from the drive part based on the set relationship. A damping method for a servo control system is provided. Thereby,
Since the acceleration of the specific drive unit is obtained by calculation, it is not necessary to provide a mechanical detector for detecting the acceleration of the driven unit on the driven unit when damping the servo control system. Therefore, the configuration of the driven portion can be extremely simplified.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】 本発明の一実施例に係るサーボ制御系の制振
方法を適用するために用いられるロボットを示す模式
図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a robot used for applying a vibration suppression method for a servo control system according to an embodiment of the present invention.
【図2】 上記ロボットの振動を抑制しつつアームの動
作を制御するサーボ制御系の構成を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a servo control system that controls the operation of the arm while suppressing the vibration of the robot.
【図3】 本発明の別の実施例に係りオブザーバ回路及
び微分器を用いてアームの加速度を推定するサーボ制御
系の構成を示すブロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a servo control system that estimates an arm acceleration by using an observer circuit and a differentiator according to another embodiment of the present invention.
【図4】 図3のサーボ制御系の変形例を示すブロック
図。
FIG. 4 is a block diagram showing a modified example of the servo control system of FIG.
【図5】 図3のサーボ制御系の別の変形例を示すブロ
ック図
5 is a block diagram showing another modification of the servo control system of FIG.
【図6】 本発明の背景の一例となる従来のサーボ制御
系の構成を示すブロック図。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo control system as an example of the background of the present invention.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1…アーム(被駆動部) 3…モータ(駆動部) 7…加速度推定器 9…微分器 10,10a ,10b ,10c ,10d …サーボ制御系 12,12a …オブザーバ回路 13…微分器 T…トルク(制御指令量) θt …位置指令値(制御指令量) θm ″…モータの駆動軸の回転角加速度 θa ″^…アームの回転角加速度の推定値 Im …モータの慣性モーメント(イナーシャ) Ia …アームの慣性モーメント(イナーシャ)1 ... arm (driven portion) 3 ... motor (drive unit) 7 ... acceleration estimator 9 ... differentiator 10,10 a, 10 b, 10 c , 10 d ... servo control system 12, 12 a ... observer circuit 13 ... estimate I m ... motor differentiator T ... torque (control instruction amount) theta t ... position command value (control command amount) theta m "... rotational angular acceleration theta a drive shaft of the motor" ^ ... rotational angular acceleration of the arm Moment of inertia (inertia) I a ... Arm inertia moment (inertia)
───────────────────────────────────────────────────── 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 G05D 3/00 G05D 3/00 X 13/62 13/62 E 19/02 19/02 D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location G05D 3/00 G05D 3/00 X 13/62 13/62 E 19/02 19/02 D

Claims (3)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 駆動部により操作される被駆動部の加速
    度を上記駆動部への制御指令量に帰還させることによ
    り,上記駆動部及び上記被駆動部を含んでなるサーボ制
    御系の振動を抑制する制振方法において,少なくとも上
    記駆動部への制御指令量,上記駆動部からの操作量,上
    記駆動部のイナーシャ及び上記被駆動部のイナーシャか
    ら上記被駆動部の加速度を求める関係を予め設定してお
    き,上記駆動部への制御指令量及び上記駆動部からの操
    作量から,上記設定された関係に基づいて,上記被駆動
    部の加速度を演算することを特徴とするサーボ制御系の
    制振方法。
    1. The vibration of a servo control system including the driving unit and the driven unit is suppressed by returning the acceleration of the driven unit operated by the driving unit to the control command amount to the driving unit. In the vibration damping method described above, a relationship for obtaining the acceleration of the driven part from at least the control command amount to the driving part, the operation amount from the driving part, the inertia of the driving part and the inertia of the driven part is preset. The acceleration of the driven part is calculated from the control command amount to the drive part and the operation amount from the drive part on the basis of the set relationship. Method.
  2. 【請求項2】 上記駆動部の加速度を求める関係が,上
    記駆動部への制御指令量及び上記駆動部からの操作量よ
    り上記駆動部の加速度を演算するためのモデル式により
    表される請求項1に記載のサーボ制御系の制振方法。
    2. The relationship for obtaining the acceleration of the drive unit is represented by a model formula for calculating the acceleration of the drive unit from the control command amount to the drive unit and the operation amount from the drive unit. 1. The vibration control method for the servo control system according to 1.
  3. 【請求項3】 上記駆動部の加速度を求める関係が,上
    記駆動部への制御指令量及び上記駆動部からの操作量よ
    り上記駆動部の加速度を演算するための状態観測式によ
    り表される請求項1に記載のサーボ制御系の制振方法。
    3. The relationship for obtaining the acceleration of the drive unit is expressed by a state observation formula for calculating the acceleration of the drive unit from the control command amount to the drive unit and the operation amount from the drive unit. The vibration control method for a servo control system according to Item 1.
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