JPH0934504A - Motion controller for double inertia drive system - Google Patents

Motion controller for double inertia drive system

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JPH0934504A
JPH0934504A JP18547095A JP18547095A JPH0934504A JP H0934504 A JPH0934504 A JP H0934504A JP 18547095 A JP18547095 A JP 18547095A JP 18547095 A JP18547095 A JP 18547095A JP H0934504 A JPH0934504 A JP H0934504A
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JP
Japan
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disturbance
inertia
drive system
load
equation
Prior art date
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Pending
Application number
JP18547095A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichi Yoshida
耕一 吉田
Takenori Morimitsu
武則 森光
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH0934504A publication Critical patent/JPH0934504A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the motion controller which can perform the track and position control operations with high precision despite the variance of parameter by estimating and compensating the disturbance that affects a double inertia drive system by means of a disturbance observer which inputs the load side position and the motor output torque command of the drive system. SOLUTION: A motion controller of a double inertia drive system uses a disturbance observer and defines the moment of inertia of the actuator of a nominal model as Jmo, together with the moment of inertia of the load and the spring constant of an elastic element defined as Jio and Kso respectively. Under such conditions, an amplifier having its gain of JmoJio/Kso is used together with a disturbance observer that is designed to show the dynamics of a controlled system in quardruple integration as q1 =(v+d)/s<4> when the deviation between the load output and its target value, the normalized input, the normalized disturbance and the Laplacian operator are referred to as q1 , (v), (d) and (s) respectively. Thus, it is possible to obtain a track follow-up controller which can suppress both disturbance and system vibrations and also uses a model system as its base.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大型ロボットの関
節軸駆動系のようにアクチュエータと負荷の間に減速装
置や油空圧による伝達装置が介在するため2慣性駆動系
としての特性を有する2慣性駆動系の運動制御装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has characteristics as a two-inertia drive system because a speed reducer and a hydraulic / pneumatic transmission device are interposed between an actuator and a load like a joint axis drive system of a large robot. The present invention relates to a motion control device for an inertial drive system.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、ロボット、工作機械、自動車など
において対象物(負荷)を設定目標に追従して駆動させ
るため各種の運動制御系が使用されている。これらの運
動制御系としては、PID制御系が最も広く使われてい
る。しかし、PID制御系を重量や慣性モーメントなど
の物理パラメータが時間的に変化する駆動系に適用する
場合、安定性あるいは制御精度が確保しにくい問題があ
った。このような駆動系に適用することをねらいとし
て、外乱オブザーバを用いた制御系が開発されている。
2. Description of the Related Art Currently, various motion control systems are used in robots, machine tools, automobiles, etc. to drive an object (load) following a set target. The PID control system is most widely used as these motion control systems. However, when the PID control system is applied to a drive system in which physical parameters such as weight and moment of inertia change with time, there is a problem that it is difficult to secure stability or control accuracy. A control system using a disturbance observer has been developed aiming at application to such a drive system.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外乱オ
ブザーバが現在適用できる対象は、1慣性系としての特
性を有する駆動系であり、多慣性系(2個以上の慣性モ
ーメントとそれらを結合する弾性要素からなるモデルと
して表される)に適用した場合、大きな振動が発生する
という重大な欠陥があった。このため、外乱オブザーバ
を用いた制御系が多慣性系の制御系として実用に供し得
るものは現在のところ見当たらない。
However, the target to which the disturbance observer can be applied at present is a drive system having a characteristic as one inertial system, and a multi-inertial system (two or more inertia moments and elastic elements connecting them). It has a serious defect that a large vibration is generated. Therefore, at present, no control system using the disturbance observer can be put to practical use as a control system of a multi-inertia system.

【0004】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、2個の慣性モーメントとそれ
らを結合する弾性要素としてモデル化される2慣性駆動
系においてパラメータ変動があっても高精度の軌道制
御、位置制御が可能な2慣性駆動系の運動制御装置を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above,
The purpose of this is a two-inertia drive system capable of highly accurate trajectory control and position control even if there are parameter fluctuations in a two-inertia drive system modeled as two inertia moments and an elastic element connecting them. The purpose of the present invention is to provide a motion control device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の本発明は、外乱オブザーバを用いる
2慣性駆動系の運動制御装置において、ノミナルモデル
のアクチュエータの慣性モーメントをJm0、負荷の慣性
モーメントをJl0、弾性要素のバネ定数をKs0とすると
き、ゲインがJm0l0/Ks0の増幅器と、負荷の出力と
目標値の偏差をql 、正規化入力をv、正規化外乱を
d、ラプラス演算子をsとするとき、制御対象のダイナ
ミクスがql =(v+d)/s4 のように4重積分で表
されるとして設計された外乱オブザーバを用いることを
要旨とする。
In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is a two inertial drive system motion controller using a disturbance observer, wherein the inertial moment of the nominal model actuator is J m0 , the moment of inertia of the load J l0, when the spring constant of the elastic element and K s0, an amplifier gain J m0 J l0 / K s0, the deviation of the output and the target value of the load q l, normalized input v , normalization disturbance d, when the Laplace operator and s, the use of disturbance observer designed as the dynamics of the controlled object is represented by a quadruple integral as q l = (v + d) / s 4 Use as a summary.

【0006】請求項1記載の本発明にあっては、重量や
慣性モーメントなどの物理パラメータが時間的に変化す
る2慣性駆動系に適用可能であるとともに、不要な振動
が生じない良好な運動制御装置を実現することができ
る。
The present invention according to claim 1 can be applied to a two-inertia drive system in which physical parameters such as weight and moment of inertia change with time, and good motion control in which unnecessary vibration does not occur. The device can be realized.

【0007】また、請求項2記載の本発明は、請求項1
記載の発明において、外乱オブザーバの出力が正規化推
定外乱であることを要旨とする。
The present invention according to claim 2 is based on claim 1.
In the invention described above, the gist is that the output of the disturbance observer is a normalized estimated disturbance.

【0008】更に、請求項3記載の本発明は、請求項1
記載の発明において、外乱オブザーバの出力が正規化推
定外乱と負荷の出力と目標値の偏差の3次までの微分値
であることを要旨とする。
[0008] Further, the present invention according to claim 3 provides the present invention as claimed in claim 1.
In the invention described above, the gist is that the output of the disturbance observer is a differential value up to the third order of the deviation between the normalized estimated disturbance, the output of the load and the target value.

【0009】請求項4記載の本発明は、請求項1ないし
3のいずれかに記載の発明において、増幅器のゲインJ
m0l0/Ks0が負荷の慣性モーメントの変化に応じてそ
の推定値により実時間で変化させることを要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the gain J of the amplifier is set.
The gist is that m0 J l0 / K s0 is changed in real time by its estimated value according to the change of the load inertia moment.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は、一例としてモータと負荷がバネで
結合された2慣性系のモデルを示している。この2慣性
系の運動方程式は次式で表される。
As an example, FIG. 1 shows a model of a two-inertia system in which a motor and a load are coupled by a spring. The equation of motion of this two-inertia system is expressed by the following equation.

【0012】[0012]

【数1】 ただし、Jm ,Jl はそれぞれモータと負荷の慣性モー
メント、qm ,ql はそれぞれモータと負荷の回転角、
s はバネのバネ定数、Dm はモータの粘性摩擦
[Equation 1] Here, J m and J l are the moments of inertia of the motor and the load, respectively, and q m and q l are the rotation angles of the motor and the load, respectively.
K s is the spring constant of the spring, D m is the viscous friction of the motor

【外1】 分である。[Outside 1] Minutes.

【0013】次に、本発明の実施の形態に係る2慣性駆
動系の運動制御装置の構成を図2を参照して説明する。
図2において、1は制御対象の2慣性駆動系であり、一
例としてモータにより負荷の角度を変化させる装置を構
成している。2は制御装置であり、外乱値を推定する処
理部である外乱オブザーバ21と、目標値と負荷の回転
角が一致するような指令値を発生させる位置決め制御部
22と、位置決め制御部22の出力と外乱オブザーバ2
1の出力の差に比例定数をかける増幅器23と、目標値
に対応したフィードフォワード入力を発生させるための
フィードフォワード入力生成部24とから構成されてい
る。なお、本制御装置2は、従来1慣性系の制御におい
ても適用されているものである。
Next, the configuration of the motion control device for the two-inertia drive system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a two-inertia drive system to be controlled, which constitutes, for example, a device that changes a load angle by a motor. Reference numeral 2 denotes a control device, which includes a disturbance observer 21 that is a processing unit that estimates a disturbance value, a positioning control unit 22 that generates a command value such that the target value and the rotation angle of the load match, and the output of the positioning control unit 22. And disturbance observer 2
It is composed of an amplifier 23 for multiplying the output difference of 1 by a proportional constant, and a feedforward input generation unit 24 for generating a feedforward input corresponding to a target value. The control device 2 is also applied to the control of the conventional one-inertia system.

【0014】本制御装置2は、外乱オブザーバ21を2
慣性系に適用するものであり、その特徴は外乱オブザー
バ21と増幅器23の構成にある。次にそれらについて
説明する。
The control device 2 includes a disturbance observer 21
It is applied to an inertial system, and its characteristic is the configuration of the disturbance observer 21 and the amplifier 23. Next, they will be described.

【0015】(1),(2)式をラプラス変換してql
について解けば次式が得られる。
The equations (1) and (2) are subjected to Laplace transform and q l
Solving for, we get

【0016】[0016]

【数2】 ここで、負荷に作用する外乱トルクをモータ回転軸に作
用する外乱トルクに変換したものをdm とおけば次式の
ように表現できる。
[Equation 2] Here, if the disturbance torque acting on the load is converted into the disturbance torque acting on the motor rotation shaft, d m can be expressed as the following equation.

【0017】[0017]

【数3】 ただし、dl はdm がプロパとなるようなクラスの外乱
を仮定するものとする。このとき、(3)式から次式が
導かれる。
(Equation 3) However, d l is assumed to be a class disturbance in which d m is proper. At this time, the following equation is derived from the equation (3).

【0018】[0018]

【数4】 この式は入力uと出力ql が最小位相系として表される
こと、言い換えれば制御系の構成に必要な安定な逆関数
が実現できることを示している。
(Equation 4) This equation shows that the input u and the output q l are expressed as a minimum phase system, in other words, a stable inverse function required for the configuration of the control system can be realized.

【0019】なお、従来、出力としてモータの回転角を
とることが一般に行われているが、この場合、制御系の
構成に必要な安定な逆関数が実現できない問題が生じる
ことが本発明者らによって明らかにされている。
Incidentally, conventionally, the rotation angle of the motor is generally taken as the output, but in this case, the present inventors have a problem that a stable inverse function necessary for the configuration of the control system cannot be realized. Has been revealed by.

【0020】次に、外乱オブザーバ21を構成するため
のノミナルモデルについて説明する。本発明では入力u
と出力ql の関係を示すノミナルモデルとして次式を用
いる。
Next, a nominal model for constructing the disturbance observer 21 will be described. In the present invention, input u
The following equation is used as a nominal model showing the relationship between the output and the output q l .

【0021】[0021]

【数5】 ここで、Jm0,Jl0,Ks0はそれぞれ実駆動系のJm
l ,Ks に対するノミナル値である。
(Equation 5) Here, J m0 , J l0 , and K s0 are J m and J m of the actual drive system, respectively.
It is a nominal value for J l and K s .

【0022】(7)式は、外乱トルクdm が0でJm
l ,Ks がそのノミナル値と等しいとき、高周波領域
において(6)式の特性と一致するように定めたもので
ある。
Equation (7) shows that when the disturbance torque d m is 0, J m ,
When J l and K s are equal to their nominal values, they are determined so as to agree with the characteristics of equation (6) in the high frequency region.

【0023】ここで、モータの駆動トルクuに代わる変
数として次式で定義されるvを新たに導入し、正規化入
力と呼ぶ。
Here, v defined by the following equation is newly introduced as a variable in place of the driving torque u of the motor and is called a normalized input.

【0024】[0024]

【数6】 従って、増幅器23のゲインはJm0l0/Ks0で与えら
れることになる。
(Equation 6) Therefore, the gain of the amplifier 23 is given by J m0 J l0 / K s0 .

【0025】次式により正規化外乱dを定義する。The normalized disturbance d is defined by the following equation.

【0026】[0026]

【数7】 このとき、(6)式から負荷の回転角ql はvとdを用
いて次式のように表される。
(Equation 7) At this time, the rotation angle q l of the load is expressed by the following equation using v and d from the equation (6).

【0027】[0027]

【数8】 この式は、上記定義による外乱dを導入したことによっ
て本制御対象が4重積分形のダイナミクスを有する系と
して表現できるようになったことを示している。
(Equation 8) This equation shows that the control target can be expressed as a system having quadruple integral type dynamics by introducing the disturbance d defined above.

【0028】いま、qr を負荷の回転角に対する目標値
とするとき、上式の両辺よりこれを引き算して時間領域
での表現式に書き直せば次式を得る。
Now, when q r is the target value for the rotation angle of the load, this is subtracted from both sides of the above equation and rewritten into the expression in the time domain to obtain the following equation.

【0029】[0029]

【数9】 ただし、Δql =ql −qr は負荷の回転角と目標値と
の偏差角、Δv=v−qr (4) は正規化入力vとフィー
ドフォワード入力との差で表される正規化補正入力であ
る。dは直接求められないので、Δql とΔvを用いて
オブザーバにより
[Equation 9] Here, Δq l = q l −q r is the deviation angle between the rotation angle of the load and the target value, and Δv = v−q r (4) is the normalization expressed by the difference between the normalized input v and the feedforward input. It is a correction input. Since d cannot be obtained directly, an observer using Δq l and Δv

【外2】 明の外乱オブザーバは制御対象を4重積分形のダイナミ
クスを有するものとみなして外乱dを推定することに特
徴がある。
[Outside 2] The Ming disturbance observer is characterized by estimating the disturbance d by regarding the controlled object as having quadruple integration type dynamics.

【0030】以上、外乱のみを推定する外乱オブザーバ
を用いる制御系について説明した。次に、外乱の他に状
態ベクトルも同時に推定する外乱オブザーバを用いる制
御装置について説明する。図3はこの場合の制御装置の
構成を示したものである。この構成も、増幅器のゲイン
がJm0l0/Ks0で与えられることと4重積分形のダイ
ナミクスをモデルにして外乱オブザーバを設計すること
を除けば従来の1慣性系の場合と基本構造は同じであ
る。図2の制御装置との相違点は、外乱オブザーバが外
乱・状態オブザーバ31として外乱の推定と位置決め制
御に有用な状態ベクトルΔql (i) (i≦3)の推定を
同時に行うことにより、全体の制御装置の構成がコンパ
クトになるという利点を有することである。
The control system using the disturbance observer for estimating only the disturbance has been described above. Next, a control device using a disturbance observer that simultaneously estimates a state vector in addition to the disturbance will be described. FIG. 3 shows the configuration of the control device in this case. Also in this configuration, except for the fact that the gain of the amplifier is given by J m0 J l0 / K s0 and the disturbance observer is designed based on the quadruple integral type dynamics, the conventional one-inertia system and the basic structure are the same. Is the same. The difference from the control device of FIG. 2 is that the disturbance observer simultaneously estimates the disturbance as the disturbance / state observer 31 and the state vector Δq l (i) (i ≦ 3) useful for positioning control. This has the advantage that the configuration of the control device is compact.

【0031】次に、図3の制御装置において、外乱と状
態ベクトルの推定を同時に行う外乱・状態オブザーバの
設計法の一例について説明する。これは図2に示す制御
装置に用いられる外乱オブザーバの設計例の1つにもな
っている。
Next, an example of a method of designing a disturbance / state observer for simultaneously estimating the disturbance and the state vector in the control device of FIG. 3 will be described. This is one of the design examples of the disturbance observer used in the control device shown in FIG.

【0032】(11)式において、外乱dをステップ外
乱と仮定し、ds で表せば次式が得られる。
In the equation (11), the disturbance d is assumed to be a step disturbance, and is represented by d s , the following equation is obtained.

【0033】[0033]

【数10】 このとき、標準的なオブザーバ構成法の1つである同一
次元オブザーバを用いて、外乱・状態オブザーバを次の
ように設計する。
(Equation 10) At this time, the disturbance / state observer is designed as follows using the same-dimensional observer, which is one of the standard observer construction methods.

【0034】[0034]

【数11】 [Equation 11]

【外3】 4)式の同一次元オブザーバが安定性を保つ範囲で推定
の収束速度を調整できる。例えば、極配置法と呼ばれる
設計方法を用いれば、ωf を適当な正の定数としてKf
を次のように設計できる。
[Outside 3] The convergence speed of the estimation can be adjusted within the range where the same-dimensional observer of the equation (4) maintains stability. For example, if a design method called the pole placement method is used, ω f is an appropriate positive constant and K f
Can be designed as follows.

【0035】[0035]

【数12】 これは、ωf より低い周波数領域では十分な外乱推定が
可能であることを示している。従って、少なくとも2慣
性系の共振周波数
(Equation 12) This indicates that sufficient disturbance estimation is possible in the frequency region lower than ω f . Therefore, the resonance frequency of at least two inertial systems

【数13】 のような外乱補償を行えば制御対象である2慣性系の固
有の振動モードが抑制され、正規化されたノミナルモデ
ル(=1/s4 )で表される。4重積分形のダイナミク
スが実現されると考えられる。
(Equation 13) If such a disturbance compensation is performed, the vibration mode peculiar to the two-inertia system to be controlled is suppressed, and it is represented by a normalized nominal model (= 1 / s 4 ). It is considered that quadruple integration type dynamics will be realized.

【0036】vc は負荷回転角が目標値に到達するよう
な位置サーボ系が構成されるために与える位置決め指令
入力である。推定された状態ベクトルを用いて状態フィ
ードバックを行うことを考えれば次式が成立する。
V c is a positioning command input given to the position servo system so that the load rotation angle reaches the target value. Considering that state feedback is performed using the estimated state vector, the following equation holds.

【0037】[0037]

【数14】 以上、外乱と状態ベクトル推定を同時に行う外乱・状態
オブザーバによる制御系の設計法の一例を説明した。次
に制御対象に具体的な物理パラメータを与えたときの設
計例とシミュレーション結果について説明する。
[Equation 14] In the above, an example of the design method of the control system by the disturbance / state observer that simultaneously estimates the disturbance and the state vector has been described. Next, design examples and simulation results when specific physical parameters are given to the controlled object will be described.

【0038】具体的な2慣性系の物理パラメータのノミ
ナル値として次の値を仮定する。
The following values are assumed as specific nominal values of the physical parameters of the two-inertia system.

【0039】[0039]

【数15】 Jm0=0.004Kgm2 ,Jl0=0.031Kgm2 , Ks0=5Nm/rad,Dm0=0.05Nms/rad (21) また、これらのノミナル値は実際の負荷の慣性モーメン
トやバネ定数から10〜20%程度の誤差を有し、モー
タ入力には2msecの無駄時間が伴うものと仮定す
る。
Equation 15] J m0 = 0.004Kgm 2, J l0 = 0.031Kgm 2, K s0 = 5Nm / rad, D m0 = 0.05Nms / addition rad (21), the inertia of these nominal values are the actual load It is assumed that there is an error of about 10 to 20% from the moment and the spring constant, and the motor input is accompanied by a dead time of 2 msec.

【0040】(21)式のノミナルパラメータに対応す
る2慣性系の共振周波数は37.6rad/sである。
外乱オブザーバのゲインKf は共振周波数より十分速い
応答性を得ることを考慮して、(15)式のωf を30
0rad/sに選んで次のように設計した。
The resonance frequency of the two-inertia system corresponding to the nominal parameter of the equation (21) is 37.6 rad / s.
Considering that the gain K f of the disturbance observer is sufficiently quicker than the resonance frequency, ω f in Eq. (15) is set to 30
It was selected as 0 rad / s and designed as follows.

【0041】[0041]

【数16】 Kf =[1.5×103 9×105 2.8×108 4.1×1010 2.4×1012T (22)K f = [1.5 × 10 3 9 × 10 5 2.8 × 10 8 4.1 × 10 10 2.4 × 10 12 ] T (22)

【数17】 次に、位置決め制御のための状態フィードバックゲイン
r を設計する。ここでは、(23)式において次の2
次形式の評価関数
[Equation 17] Next, the state feedback gain K r for positioning control is designed. Here, in equation (23), the following 2
Evaluation function of the form

【数18】 を最小化する最適レギュレータを構成して求める。重み
関数Q,pをそれぞれ
(Equation 18) The optimum regulator that minimizes Weighting functions Q and p are

【数19】 Q=diag(106 ,103 ,25,0.5),p=5.63×10-5 (25) と選び、フィードバックゲインKr を次のように設計し
た。
[Equation 19] Q = diag (10 6 , 10 3 , 25, 0.5), p = 5.63 × 10 -5 (25) was selected, and the feedback gain K r was designed as follows.

【0042】[0042]

【数20】 Kr =[1.33×105 2.63×104 2.5×103 1.2×102 ] (26) 次に、設計したゲインを用いて図4に示す位置制御装置
によるシミュレーションについて説明する。目標角度に
は1radのステップ入力を与える。プレフィルタFは
フィードフォワード入力生成フィルタs4 Fがプロパー
となるように次式を用いた。
K r = [1.33 × 10 5 2.63 × 10 4 2.5 × 10 3 1.2 × 10 2 ] (26) Next, using the designed gain, the position shown in FIG. 4 is obtained. The simulation by the control device will be described. A step input of 1 rad is given to the target angle. As the pre-filter F, the following equation is used so that the feedforward input generation filter s 4 F becomes proper.

【0043】[0043]

【数21】 図5はシミュレーション結果を示す。慣性モーメントや
バネ定数には10〜20%程度のパラメータ変動、モー
タ入力には2msecの無駄時間、モータの粘性摩擦に
m =0.05Nmsec/radをそれぞれ仮定して
いる。また、t=0.5secで負荷に
(Equation 21) FIG. 5 shows the simulation result. It is assumed that the inertia moment and the spring constant have a parameter fluctuation of about 10 to 20%, the motor input has a dead time of 2 msec, and the viscous friction of the motor has D m = 0.05 Nmsec / rad. Also, at t = 0.5 sec, the load

【数22】 で表される外乱トルクが作用している。同図より、パラ
メータ変動や外乱トルクが作用する場合でも負荷回転角
を目標角度に安定に追従させることができることが確認
できる。
(Equation 22) The disturbance torque represented by is acting. From the figure, it can be confirmed that the load rotation angle can be made to follow the target angle in a stable manner even when parameter fluctuations or disturbance torques are applied.

【0044】以上、外乱と状態ベクトルを同時に推定す
る外乱オブザーバを用いた制御装置について、その構成
法とシミュレーション結果について説明した。
The configuration method and the simulation result of the control device using the disturbance observer for simultaneously estimating the disturbance and the state vector have been described above.

【0045】次に、2慣性駆動系の負荷の慣性が大きく
変動する場合の運動制御について先述のシミュレーショ
ンモデルを用いて説明する。制御対象がロボットマニピ
ュレータの関節軸のような駆動系の場合、負荷側の慣性
モーメントはマニピュレータの姿勢によって大きく変動
する。この場合、実際の負荷の慣性モーメントとそのノ
ミナル値に大きな誤差が生じ、運転制御性能が著しく劣
化することが予想される。一方、ロボットマニピュレー
タのような複雑なメカニカルシステムにおいて、そのダ
イナミクスモデルの厳密な定式化と物理パラメータの精
密な同定は困難であるにしても、おおよその構造と物理
パラメータの近似値を推定できる場合が少なからず存在
する。図2および図3の制御装置において制御対象の物
理パラメータが陽に反映されているのは増幅器のゲイン
m0l0/Ks0だけであることから、負荷がマニピュレ
ータのリンクである場合などはその慣性行列モデルに基
づいて変更することが可能である。この効果を確認する
ため次のシミュレーションを行う。
Next, the motion control when the load inertia of the two-inertia drive system fluctuates greatly will be described using the above-mentioned simulation model. When the controlled object is a drive system such as a joint shaft of a robot manipulator, the moment of inertia on the load side largely varies depending on the posture of the manipulator. In this case, it is expected that a large error will occur between the actual moment of inertia of load and its nominal value, and the operational control performance will be significantly deteriorated. On the other hand, in a complicated mechanical system such as a robot manipulator, even if it is difficult to formulate its dynamics model and identify physical parameters precisely, there are cases where it is possible to estimate approximate values of the structure and physical parameters. Not a few exist. In the control device of FIGS. 2 and 3, the physical parameter to be controlled is reflected positively only in the gain J m0 J l0 / K s0 of the amplifier. It can be changed based on the inertia matrix model. The following simulation is performed to confirm this effect.

【0046】図6は負荷の慣性モーメントが10倍程度
に変化した場合に、これに応じて何らかのモデルに従っ
て(21)式のパラメータのJl0を10倍の(0.31
Kgm2 )に変更したと仮定したときのシミュレーショ
ン結果を示す。ここでも慣性モーメントやバネ定数には
10〜20%程度のパラメータ変動、モータ入力には2
msecの無駄時間、負荷に(28)式の外乱トルクが
加わることを仮定している。ただし、制御装置に用いら
れているオブザーバおよび状態フィードバックゲインは
変更していない。負荷の慣性モーメントが10倍程度変
化しているにもかかわらず図5の場合と同じ目標角度を
与えているのでモータ側と負荷側のねじり角が立ち上が
りのところで大きくなっているものの、やはり安定な軌
道追従制御装置が実現されていることがわかる。
FIG. 6 shows that when the load inertia moment changes about 10 times, the parameter J 10 of the equation (21) is increased 10 times (0.31) according to some model.
Kgm 2 ) is assumed and the simulation result is shown. Again, parameter fluctuations of about 10-20% for moment of inertia and spring constant, 2 for motor input
It is assumed that the disturbance torque of the formula (28) is applied to the load and the dead time of msec. However, the observer and state feedback gain used in the controller are not changed. Although the moment of inertia of the load changes about 10 times, the same target angle as in the case of FIG. 5 is given, so the torsion angle on the motor side and the load side increases at the rising edge, but it is still stable. It can be seen that the track following control device is realized.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
2慣性系の負荷側の位置とモータ出力トルク指令を入力
とする外乱オブザーバを用いてシステムに作用する外乱
を推定/補償することによりモータあるいは負荷に作用
する外乱の抑圧とシステムの振動を抑制することができ
るとともに、モデルシステムをベースにした軌道追従制
御装置を構成することが可能になる。また、マニピュレ
ータの慣性行列や負荷重量に関する情報を外乱オブザー
バのノミナルモデルとして反映させることによって、大
きな負荷/慣性変動の影響を受けにくくすることができ
るという効果がある。
As described above, according to the present invention,
2 Suppression of disturbance acting on the motor or load and suppression of system vibration by estimating / compensating for disturbance acting on the system by using the disturbance observer that receives the position of the load side of the inertial system and the motor output torque command In addition, it is possible to configure a trajectory tracking control device based on the model system. Further, by reflecting the information about the inertia matrix of the manipulator and the load weight as the nominal model of the disturbance observer, it is possible to reduce the influence of a large load / inertia change.

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

【図1】本発明の2慣性駆動系の運動制御装置の制御対
象である2慣性系のモデルを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a model of a two-inertia system that is a control target of a motion control device for a two-inertia drive system according to the present invention.

【図2】本発明の実施の形態に係る2慣性駆動系の運動
制御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a motion control device for a two-inertia drive system according to an embodiment of the present invention.

【図3】外乱オブザーバで外乱と状態ベクトルを同時に
推定する2慣性駆動系の運動制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a motion control device of a two-inertia drive system in which a disturbance observer simultaneously estimates a disturbance and a state vector.

【図4】シミュレーションに用いた軌道追従制御系の構
成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a trajectory tracking control system used for simulation.

【図5】2慣性駆動システムの軌道追従シミュレーショ
ン結果を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a trajectory following simulation result of a two-inertia drive system.

【図6】負荷の慣性モーメントが10倍に変化した場合
の2慣性駆動システムの軌道追従シミュレーション結果
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a trajectory following simulation result of the two-inertia drive system when the load inertia moment changes ten times.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 2慣性駆動系 2 制御装置 21 外乱オブザーバ 22 位置決め制御部 23 増幅器 24 フィードフォワード入力生成部 1 2 Inertial drive system 2 Controller 21 Disturbance observer 22 Positioning controller 23 Amplifier 24 Feedforward input generator

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外乱オブザーバを用いる2慣性駆動系の
運動制御装置において、ノミナルモデルのアクチュエー
タの慣性モーメントをJm0、負荷の慣性モーメントをJ
l0、弾性要素のバネ定数をKs0とするとき、ゲインがJ
m0l0/Ks0の増幅器と、負荷の出力と目標値の偏差を
l 、正規化入力をv、正規化外乱をd、ラプラス演算
子をsとするとき、制御対象のダイナミクスがql
(v+d)/s4 のように4重積分で表されるとして設
計された外乱オブザーバを用いることを特徴とする2慣
性駆動系の運動制御装置。
1. In a motion control system for a two-inertia drive system using a disturbance observer, the inertial moment of the nominal model actuator is J m0 and the inertial moment of the load is J m0 .
l0 and the spring constant of the elastic element are K s0 , the gain is J
When the amplifier of m0 J l0 / K s0 and the output of the load and the deviation of the target value are q l , the normalized input is v, the normalized disturbance is d, and the Laplace operator is s, the dynamics of the controlled object is q l. =
A motion control device for a two-inertia drive system, which uses a disturbance observer designed as represented by quadruple integration such as (v + d) / s 4 .
【請求項2】 外乱オブザーバの出力が正規化推定外乱
であることを特徴とする請求項1記載の2慣性駆動系の
運動制御装置。
2. The motion control device for a two-inertia drive system according to claim 1, wherein the output of the disturbance observer is a normalized estimated disturbance.
【請求項3】 外乱オブザーバの出力が正規化推定外乱
と負荷の出力と目標値の偏差の3次までの微分値である
ことを特徴とする請求項1記載の2慣性駆動系の運動制
御装置。
3. The motion control apparatus for a two-inertia drive system according to claim 1, wherein the output of the disturbance observer is a differential value up to the third order of the deviation between the normalized estimated disturbance, the output of the load and the target value. .
【請求項4】 増幅器のゲインJm0l0/Ks0が負荷の
慣性モーメントの変化に応じてその推定値により実時間
で変化させることを特徴とする請求項1ないし3のいず
れかに記載の2慣性駆動系の運動制御装置。
4. The gain J m0 J l0 / K s0 of the amplifier is changed in real time according to the estimated value of the gain J m0 J l0 / K s0 according to the change of the moment of inertia of the load. Two-inertia drive system motion controller.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107263478A (en) * 2017-07-11 2017-10-20 西南科技大学 The computational methods and mechanical paw control method of teleoperation robot mechanical paw chucking power

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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