JPH09265301A - フィードバック制御系の防振方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータの出力軸の根元を検出位置と
してフィードバック制御を行った場合にも、フィードバ
ック制御に起因する振動や制御不安定を制御対象に生じ
させないフィードバック制御系の防振方法およびその装
置を提供する。 【解決手段】 制御対象をフィードバック制御する主制
御手段１０と、補助制御手段４０とを用いて、制御対象
に振動または制御不安定を引き起こしているフィードバ
ック制御による指令値を相殺する補正指令値を補助制御
手段４０により生成し、その補正指令値をフィードバッ
ク制御による指令値に加算してフィードバック制御に起
因する振動や制御不安定を防止するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィードバック制御
系の防振方法およびその装置に関する。さらに詳しく
は、制御対象のモデル化が困難な場合にあっても、フィ
ードバック制御に起因する制御系の振動や制御不安定が
防止できるフィードバック制御系の防振方法およびその
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ロボットのアームや磁気ディ
スク装置などにおいてアーム先端の位置やディスクの位
置を制御する場合、センサの取り付けの都合上や検出信
号の伝送の都合上あるいはコスト軽減の都合上、図５に
示すように、アームや駆動軸の根元を検出位置に用いて
フィードバック制御がなされている。

【０００３】しかしながら、ロボットのアームやディス
ク駆動軸などは完全剛体ではなく、多少の剛性を有して
いるので、アームや駆動軸の根本を検出位置としてフィ
ードバック制御を行った場合、アームの撓みや駆動軸の
捩などによる先端と根本との間の位相遅れのため、フィ
ードバック制御に起因する振動や制御不安定が発生す
る。例えば、自動車組立用アームロボットなど一般に高
応答性・高位置制御が必要とされるアクチュエータの場
合、この位相遅れのため数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの範囲にお
いて剛体捩じれによる振動が発生する。また、かかるア
クチュエータはモデル化が困難な場合が多いために、モ
デル化を行ってそのモデルを用いてフィードバック制御
による振動や制御不安定を解消するという手法は採用が
困難であるという問題もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、制御対象のモデ
ル化が困難な場合にあっても、ロボットのアームや磁気
ディスクなどの位置制御をアームや駆動軸の根元、すな
わちアクチュエータの出力軸の根元を検出位置としてフ
ィードバック制御を行った場合にも、フィードバック制
御に起因する振動や制御不安定を制御対象に生じさせな
いフィードバック制御系の防振方法およびその装置を提
供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のフィードバック
制御系の防振方法は、フィードバック制御がなされてい
る制御系の防振方法であって、制御対象にフィードバッ
ク制御に起因する振動または制御不安定が発生する場
合、そのフィードバック制御による指令値を相殺するよ
うに制御することを特徴とする。

【０００６】すなわち、本発明のフィードバック制御系
の防振方法は、前記指令値を補正する補正指令値をフィ
ードバック制御による指令値に加算することにより、前
記フィードバック制御による指令値の相殺がなされる。

【０００７】より具体的には、本発明のフィードバック
制御系の防振方法は、制御対象をフィードバック制御す
る主制御手段と、補助制御手段とを用いるフィードバッ
ク制御系の防振方法であって、制御対象に振動または制
御不安定を引き起こしているフィードバック制御による
指令値を相殺する補正指令値を補助制御手段により生成
する手順と、前記補正指令値をフィードバック制御によ
る指令値に加算する手順とを含んでなることを特徴とす
る。

【０００８】本発明のフィードバック制御系の防振方法
においては、例えば、前記補正指令値の生成が、フィー
ドバック制御による指令値を生成するための検出値およ
びそれと対応関係が明確な検出値を用いてなされる。

【０００９】ここで、前記フィードバック制御による指
令値を生成するための検出値は、例えば位置検出値また
は角度検出値とされ、前記対応関係が明確な検出値は、
例えば歪量とされる。

【００１０】一方、本発明のフィードバック制御系の防
振装置は、制御対象のフィードバック制御のための主指
令値を生成する主制御手段と、前記主指令値を補正して
フィードバック制御に起因する振動または制御不安定を
防止する補正指令値を生成する補助制御手段と、前記主
指令値と補正指令値とを演算処理して制御対象の制御量
を生成して出力する調整手段とを備えてなることを特徴
とする。

【００１１】本発明のフィードバック制御系の防振装置
においては、さらに制御対象の回転角や位置などの動作
量を検出する主検出手段と、前記主検出手段の検出値と
対応関係が明確な検出値を検出する補助検出手段とを備
え、前記主検出手段による検出値が、主制御手段に入力
されてフィードバック制御のための指令値が生成され、
前記補助検出手段および主検出手段による検出値が、補
助制御手段に入力されて、前記フィードバック制御のた
めの指令値による制御対象の振動または制御不安定を相
殺する補正指令値が生成されるのが好ましい。

【００１２】ここで、前記主検出手段は、例えば位置セ
ンサまたは角度センサとされ、前記補助検出手段は、例
えば歪ゲージとされる。

【００１３】

【作用】本発明は前記のごとく構成されているので、フ
ィードバック制御に起因する制御対象の振動や制御不安
定が、制御対象のモデル化が困難な場合においても防止
される。そのため、モデル化が困難な制御対象に対して
も高応答性や高位置制御を実現できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明を実施の形態を制御対象としてアクチュエータを
例に採り説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに
限定されるものではない。

【００１５】本発明の一実施の形態にかかわる防振方法
に用いられる防振装置のブロック図を図１に示し、この
防振装置Ｃは、アクチュエータ１により駆動系２を介し
て負荷３を駆動する系を制御するものであって、アクチ
ュエータ１に指令信号（主指令値）を出力する主制御手
段（フィードバック制御手段）１０と、アクチュエータ
１の位置や回転角などを検出する主検出手段２０と、主
検出手段２０の検出値を補足する補助検出手段３０と、
補助検出手段３０の検出値および主検出値を処理して主
指令値を補正する補正指令値を出力する補助制御手段４
０と、主指令値と補正指令値とを演算処理してアクチュ
エータ１への制御量を出力する調整手段５０とを主要部
としてなる。

【００１６】ここで、補助検出手段３０の検出値は、主
検出手段２０の検出値に基づく主制御手段１０のフィー
ドバック制御による、アクチュエータ１を含む制御対象
の振動を相殺する信号を補助制御手段４０により生成さ
せるために、主検出手段２０の検出値と対応関係が明確
である必要がある。そのため、補助検出手段３０はかか
る特性を有する検出値を生成するものとされる。例え
ば、主検出手段２０が位置センサ２１や角度センサ２２
である場合、補助検出手段３０は歪ゲージ３１、３２と
される（図３および図４参照）。

【００１７】しかして、この防振装置Ｃは、前記のごと
く構成されているので、主検出手段２０からの検出値に
より主制御手段１０がアクチュエータ１をフィードバッ
ク制御している最中に、アクチュエータ１と負荷３との
間の剛性によりそのフィードバック制御に起因する振動
や制御不安定がアクチュエータ１を含む制御対象に発生
しそうになると、補助制御手段４０により生成されてい
る補正指令値により主制御手段１０からアクチュエータ
１への主指令値を調整手段５０で相殺して、アクチュエ
ータ１を含む制御対象のフィードバック制御に起因する
振動や制御不安定が防止される。

【００１８】この原理を例をあげて説明すれば、例えば
主検出手段２０として位置センサ２１を用い、補助検出
手段３０としてこの位置センサ２１との時間遅れが明確
にモデル化可能な歪ゲージ３１を用いてアクチュエータ
１と負荷３との間の振動の位相を捕らえ、その位相に応
じて補助制御手段４０により主制御手段１０におけるフ
ィードバック演算結果を相殺するような制御量（補正指
令値）２を生成し、この制御量（補正指令値）２と主制
御手段１０からの制御量（主指令値）１とを調整手段５
０に入力し、これらの制御量１および制御量２を調整手
段５０により演算処理してアクチュエータ１を含む制御
対象の振動、すなわち制御不安定を防止するものであ
る。例えば、主制御手段１０におけるフィードバック演
算結果により、位置もしくは角度に対しての指令値と検
出位置の偏差という制御量１が生成され、一方補助制御
手段４０における防振演算結果により、位置に依存する
歪量という制御量２が生成された場合、その制御量２が
主制御手段１０によるフィードバック演算結果に加算さ
れるという処理が調整手段５０によりなされてアクチュ
エータ１への制御量が生成されて、アクチュエータ１を
含む制御対象のフィードバック制御に起因する振動や制
御不安定が防止される。

【００１９】なお、かかる構成を有する防振装置Ｃは、
具体的には、例えば図２に示すようにＣＰＵを中心とし
てＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースなどからな
るものに、所望のプログラムを格納することにより構成
される。

【００２０】このように、この実施の形態によれば、制
御対象をモデル化することなくフィードバック制御に起
因する制御対象の振動や制御不安定が防止されるので、
モデル化が困難な制御対象についても高応答性や高位置
制御が実現される。

【００２１】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をより具体的
に説明する。

【００２２】実施例１ 図３に本発明の実施例１の防振装置Ｃ１をブロック図で
示し、この実施例１の防振装置Ｃ１はステッピングモー
タ１Ａをフィードバック制御することにより、ディスク
３Ａを指令された位置とする制御系において、位置指令
値と、位置制御フィードバック部１１からのフィードバ
ック指令値と、防振制御フィードバック部４１からの補
正指令値とを調整部５１にて処理することにより、フィ
ードバック制御に起因する振動がステッピングモータ１
Ａに発生する場合、フィードバック指令値が相殺される
ようにしてなるものである。

【００２３】これをより具体的に説明すれば、ディスク
駆動軸２Ａの根本には、この駆動軸２Ａの位置を検出し
ている主検出手段２０としての位置センサ２１、例えば
差動変圧器（ＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅｒ Ｖａｒｉａｂｌｅ
ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＴｒａｎｓｆｏｒｍｅ
ｒ））が設けられており、この位置センサ２１によりデ
ィスク駆動軸２Ａの位置が検出され、ついでその検出値
は位置制御フィードバック部１１に入力される。位置制
御フィードバック部１１は、入力された検出値を演算処
理してフィードバック指令値を算出して調整部５１に入
力する。

【００２４】また、ディスク駆動軸２Ａの位置センサ２
１による位置が検出されている個所には、補助検出手段
３０としての歪ゲージ３１が貼り付けられており、この
歪ゲージ３１により駆動軸２Ａの歪量が検出され、つい
でその検出値は防振制御フィードバック部４１に入力さ
れる。防振制御フィードバック部４１は、入力された歪
量と、別途入力されている前記位置センサ２１からの検
出値とを演算処理して補正指令値を算出して調整部５１
に入力する。

【００２５】ここで、この防振制御フィードバック部４
１での補正指令値の算出は次のようにしてなされる。

【００２６】例えば、位置センサ２１からの検出値と位
置指令値とからなる位置制御フィードバック部１１にお
いて調整される制御ゲインにより振動が励起されるとす
る。その場合、この振動をステッピングモータ１Ａとデ
ィスク３Ａとの位相差でとらえ、先の制御ゲインの効果
を打ち消すようなフィードバックゲインに歪量を乗じ、
さらにディスク駆動軸２Ａの剛性率で割ることにより補
正指令値が算出される。

【００２７】しかして、調整部５１はこれら入力された
フィードバック指令値および補正指令値と、別途入力さ
れている位置指令値とを演算処理してステッピングモー
タ１Ａの制御量を生成してステッピングモータ１Ａに入
力する。この調整部５１における演算処理は、例えば主
制御手段１０としてのフィードバック制御部１１を用い
てある位置指令値と位置センサからの位置検出値との偏
差に調整された制御ゲインを乗じて得られたものと、前
述した補助制御手段４０としての防振制御フィードバッ
ク部４１から調整された補正指令値とを加算するように
してなされる。

【００２８】このように、この実施例１では、防振制御
フィードバック部４１において、位置センサ２１からの
検出値と歪ゲージ３１による駆動軸２Ａとの歪量に基づ
いて補正指令値を算出し、これを用いて調整部５１によ
りフィードバック指令値を補正しているので、フィード
バック制御に起因するステッピングモータ１Ａの振動が
防止される。すなわち、ステッピングモータ１Ａを含む
制御対象の制御不安定が防止される。

【００２９】実施例２ 図４に本発明の実施例２の防振装置Ｃ２をブロック図で
示し、この実施例２の防振装置Ｃ２は、ロボットの関節
アクチュエータ１Ｂをフィードバック制御することによ
り、アーム２Ｂを介してハンド３Ｂを指令された位置と
する制御系において、角度指令値と、角度制御フィード
バック部１２からのフィードバック指令値と、防振制御
フィードバック部４２からの補正指令値とを調整部５２
により演算処理することにより、フィードバック制御に
よりアーム２Ｂに振動が発生する場合、フィードバック
指令値が相殺されるようにしてなるものである。

【００３０】すなわち、アーム２Ｂの根本には、このア
ーム２Ｂの角度を検出している主検出手段２０としての
角度センサ２２、例えばレゾルバが設けられており、こ
の角度センサ２２によりアーム２Ｂの角度が検出され、
ついでその検出値は角度制御フィードバック部１２に入
力される。角度制御フィードバック部１２は、入力され
た検出値を演算処理してフィードバック指令値を算出し
て調整部５２に入力する。

【００３１】また、アーム２Ｂの角度センサ２２による
角度が検出されている個所には、補助検出手段３０とし
ての歪ゲージ３２が貼り付けられており、この歪ゲージ
３２によりアーム２Ｂの歪量が測定され、ついでその測
定値は防振制御フィードバック部４２に入力される。防
振制御フィードバック部４２は、入力された歪量と、別
途入力されている前記角度センサ２２からの検出値とを
演算処理して補正指令値を算出して調整部５２に入力す
る。この防振制御フィードバック部４２での補正指令値
の算出は、実施例１とほぼ同様にしてなされる。

【００３２】しかして、調整部５２はこれら入力された
フィードバック指令値および補正指令値と、別途入力さ
れている角度指令値とを演算処理して関節アクチュエー
タ１Ｂの制御量を生成して関節アクチュエータ１Ｂに入
力する。この調整部５２における演算処理も実施例１と
同様にしてなされる。

【００３３】このように、この実施例２では、防振制御
フィードバック部４２において、角度センサ２２からの
検出値と歪ゲージ３２によるアーム２Ｂ根本の歪量とに
基づいて補正指令値を算出し、これを用いて調整部５２
によりフィードバック指令値を補正しているので、フィ
ードバック制御に起因するアーム２Ｂを含む制御対象の
振動が防止される。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば制
御対象のフィードバック制御に起因する振動や制御不安
定が制御対象をモデル化することなく防止されるので、
モデル化が困難な制御対象についても高応答性や高位置
制御を実現できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の防振装置のブロック図である。

【図２】同防振装置の構成の概略図である。

【図３】本発明の実施例１の防振装置のブロック図であ
る。

【図４】本発明の実施例２の防振装置のブロック図であ
る。

【図５】従来のフィードバック制御装置のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１ アクチュエータ １Ａ ステッピングモータ １Ｂ 関節アクチュエータ ２ 駆動系 ２Ａ ディスク駆動軸 ２Ｂ アーム ３ 負荷 ３Ａ ディスク ３Ｂ ハンド １０ 主制御手段 １１ 位置制御フィードバック部 １２ 角度制御フィードバック部 ２０ 主検出手段 ２１ 位置センサ ２２ 角度センサ ３０ 補助検出手段 ３１、３２ 歪ゲージ ４０ 補助制御手段 ４１、４２ 防振制御フィードバック部 ５０ 調整手段 ５１、５２ 調整部 Ｃ 防振装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィードバック制御がなされている制御
   系の防振方法であって、制御対象にフィードバック制御
   に起因する振動または制御不安定が発生する場合、その
   フィードバック制御による指令値を相殺するように制御
   することを特徴とするフィードバック制御系の防振方
   法。
2. 【請求項２】 前記指令値を補正する補正指令値をフィ
   ードバック制御による指令値に加算することにより、前
   記フィードバック制御による指令値の相殺がなされるこ
   とを特徴とする請求項１記載のフィードバック制御系の
   防振方法。
3. 【請求項３】 制御対象をフィードバック制御する主制
   御手段と、補助制御手段とを用いるフィードバック制御
   系の防振方法であって、 制御対象に振動または制御不安定を引き起こしているフ
   ィードバック制御による指令値を相殺する補正指令値を
   補助制御手段により生成する手順と、 前記補正指令値をフィードバック制御による指令値に加
   算する手順とを含んでなることを特徴とするフィードバ
   ック制御系の防振方法。
4. 【請求項４】 前記補正指令値の生成が、フィードバッ
   ク制御による指令値を生成するための検出値およびそれ
   と対応関係が明確な検出値を用いてなされることを特徴
   とする請求項３記載のフィードバック制御系の防振方
   法。
5. 【請求項５】 前記フィードバック制御による指令値を
   生成するための検出値が位置検出値または角度検出値と
   され、前記対応関係が明確な検出値が歪量とされること
   を特徴とする請求項４記載のフィードバック制御系の防
   振方法。
6. 【請求項６】 制御対象のフィードバック制御のための
   主指令値を生成する主制御手段と、前記主指令値を補正
   してフィードバック制御に起因する振動または制御不安
   定を防止する補正指令値を生成する補助制御手段と、前
   記主指令値と補正指令値とを演算処理して制御対象の制
   御量を生成して出力する調整手段とを備えてなることを
   特徴とするフィードバック制御系の防振装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のフィードバック制御系の
   防振装置において、さらに制御対象の回転角や位置など
   の動作量を検出する主検出手段と、前記主検出手段の検
   出値と対応関係が明確な検出値を検出する補助検出手段
   とを備え、 前記主検出手段による検出値が、主制御手段に入力され
   てフィードバック制御のための指令値が生成され、 前記補助検出手段および主検出手段による検出値が、補
   助制御手段に入力されて、前記フィードバック制御のた
   めの指令値による制御対象の振動または制御不安定を相
   殺する補正指令値が生成されることを特徴とする請求項
   ６記載のフィードバック制御系の防振装置。
8. 【請求項８】 前記主検出手段が位置センサまたは角度
   センサとされ、前記補助検出手段が歪ゲージとされてな
   ることを特徴とする請求項７記載のフィードバック制御
   系の防振装置。