JPH0962363A - 電動機の位置決め制御方法 - Google Patents
電動機の位置決め制御方法Info
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- JPH0962363A JPH0962363A JP7211893A JP21189395A JPH0962363A JP H0962363 A JPH0962363 A JP H0962363A JP 7211893 A JP7211893 A JP 7211893A JP 21189395 A JP21189395 A JP 21189395A JP H0962363 A JPH0962363 A JP H0962363A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御対象の負荷の状態値が変動しても正確で
安定した制御が可能なスライディングモード制御を用い
た駆動電動機の位置決め制御方法を提供する。 【構成】 オブザーバブロック１１３では電動機への加
速度指令Ｕref と電動機の出力である電動機角θm よ
り、負荷あるいは電動機角と負荷角の差であるねじれ角
等の状態量を推定する。スライディングモード制御ブロ
ック１１５では推定された状態量と、電動機からの回転
位置情報θm と、電動機位置指令θmrefとから複数の状
態量を選択組合わせてスライディングモード制御切換面
を設定し、これらの状態量から計算された値の正負によ
りスライディングモード補償量を切換えてフィードバッ
ク制御系に加算する。負荷の状態量がスライディングモ
ード切換面に拘束されるので、制御対象のパラメータが
変動しても負荷の応答は目標の応答に一致する。
安定した制御が可能なスライディングモード制御を用い
た駆動電動機の位置決め制御方法を提供する。 【構成】 オブザーバブロック１１３では電動機への加
速度指令Ｕref と電動機の出力である電動機角θm よ
り、負荷あるいは電動機角と負荷角の差であるねじれ角
等の状態量を推定する。スライディングモード制御ブロ
ック１１５では推定された状態量と、電動機からの回転
位置情報θm と、電動機位置指令θmrefとから複数の状
態量を選択組合わせてスライディングモード制御切換面
を設定し、これらの状態量から計算された値の正負によ
りスライディングモード補償量を切換えてフィードバッ
ク制御系に加算する。負荷の状態量がスライディングモ
ード切換面に拘束されるので、制御対象のパラメータが
変動しても負荷の応答は目標の応答に一致する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，ロボット、ＮＣ等の駆
動用電動機の位置決め制御に関し、特に制御対象の条件
の変動に対して正確で安定した制御を行なうためのスラ
イディングモード制御を用いた位置決め制御に関する。
動用電動機の位置決め制御に関し、特に制御対象の条件
の変動に対して正確で安定した制御を行なうためのスラ
イディングモード制御を用いた位置決め制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来用いられていたこの種の位置決め制
御は、一般に図２のブロック図にて示す構成のものが採
用されていた。即ち図２において符号２０１で示される
ものは位置ゲインブロックであり、電動機角指令θmref
と電動機の出力である電動機角θm との偏差に位置ゲイ
ンｋｐを乗算する。２０２は速度ゲインブロックで、位
置ゲインブロック２０１の出力から電動機角速度（電動
機角θm の微分値）を減算した値に速度ゲインｋｖを乗
算する。２０３は電流アンプを含むトルク制御ブロック
で、速度ゲインブロック２０２で計算された電動機角加
速度指令Ｕref を電動機への電流指令Ｉref に変換して
出力する。２０４はトルク定数ブロック、２０５は電動
機イナーシャブロック、２０６は積分部で電動機角速度
を電動機角に変換する。２０７は減速比ブロックで電動
機出力である電動機角を減角する。２０８は減速機のバ
ネ定数ブロックで減速比ブロック２０７の出力から負荷
角θL を減算した値が入力される。２０９は負荷イナー
シャブロック、２１０は積分ブロックで負荷角加速度を
負荷角θL に変換して出力する。２１１は電動機角を電
動機角速度に変換する微分ブロック、２１２は減速比で
表されるブロックで負荷から電動機へ働く軸ねじれトル
クを表している。
御は、一般に図２のブロック図にて示す構成のものが採
用されていた。即ち図２において符号２０１で示される
ものは位置ゲインブロックであり、電動機角指令θmref
と電動機の出力である電動機角θm との偏差に位置ゲイ
ンｋｐを乗算する。２０２は速度ゲインブロックで、位
置ゲインブロック２０１の出力から電動機角速度（電動
機角θm の微分値）を減算した値に速度ゲインｋｖを乗
算する。２０３は電流アンプを含むトルク制御ブロック
で、速度ゲインブロック２０２で計算された電動機角加
速度指令Ｕref を電動機への電流指令Ｉref に変換して
出力する。２０４はトルク定数ブロック、２０５は電動
機イナーシャブロック、２０６は積分部で電動機角速度
を電動機角に変換する。２０７は減速比ブロックで電動
機出力である電動機角を減角する。２０８は減速機のバ
ネ定数ブロックで減速比ブロック２０７の出力から負荷
角θL を減算した値が入力される。２０９は負荷イナー
シャブロック、２１０は積分ブロックで負荷角加速度を
負荷角θL に変換して出力する。２１１は電動機角を電
動機角速度に変換する微分ブロック、２１２は減速比で
表されるブロックで負荷から電動機へ働く軸ねじれトル
クを表している。
【０００３】さらに、低剛性対象に対しては負荷の振動
特性を向上させるため、電動機への角加速度指令Ｕref
と電動機の出力である電動機角θm より、負荷あるいは
電動機角と負荷角の差であるねじれ角等の状態量を推定
し、その値にフィードバックゲインＫｓを乗算して電動
機角速度指令から減算するオブザーバフィードバックが
用いられている。図中２１３はオブザーバブロックで２
１４は推定した状態量のフィードバックゲインブロック
である。ここで「オブザーバ」とは一つの線形動的シス
テムでシステムの入力と出力の測定値とを入力として、
もとのシステムの全状態をを復元する機能を持つ動的装
置となっており、一般に公知のものである（「動的シス
テム入門」Ｄ．Ｇ．ルーエンバーガ著）。なお、位置ゲ
インブロック２０１、速度ゲインブロック２０２、およ
び微分ブロック２１１はフィードバック制御器に属し、
トルク制御ブロック２０３はトルク制御器に属し、トル
ク定数ブロック２０４、電動機イナーシャブロック２０
５、積分部は電動機に属し、減速比ブロック２０７、バ
ネ定数ブロック２０８、負荷イナーシャブロック２０
９、積分ブロック２１０、および減速比ブロック２１２
は負荷に属し、オブザーバブロック２１３およびフィー
ドバックゲインブロック２１４はオブザーバに属する。
特性を向上させるため、電動機への角加速度指令Ｕref
と電動機の出力である電動機角θm より、負荷あるいは
電動機角と負荷角の差であるねじれ角等の状態量を推定
し、その値にフィードバックゲインＫｓを乗算して電動
機角速度指令から減算するオブザーバフィードバックが
用いられている。図中２１３はオブザーバブロックで２
１４は推定した状態量のフィードバックゲインブロック
である。ここで「オブザーバ」とは一つの線形動的シス
テムでシステムの入力と出力の測定値とを入力として、
もとのシステムの全状態をを復元する機能を持つ動的装
置となっており、一般に公知のものである（「動的シス
テム入門」Ｄ．Ｇ．ルーエンバーガ著）。なお、位置ゲ
インブロック２０１、速度ゲインブロック２０２、およ
び微分ブロック２１１はフィードバック制御器に属し、
トルク制御ブロック２０３はトルク制御器に属し、トル
ク定数ブロック２０４、電動機イナーシャブロック２０
５、積分部は電動機に属し、減速比ブロック２０７、バ
ネ定数ブロック２０８、負荷イナーシャブロック２０
９、積分ブロック２１０、および減速比ブロック２１２
は負荷に属し、オブザーバブロック２１３およびフィー
ドバックゲインブロック２１４はオブザーバに属する。
【０００４】図中の各ブロック内の記号は、ロボットの
アーム制御の例について同図中に説明されている。以下
に図２に示すオブザーバの計算式を示す。このオブザー
バは、電動機角θm 、電動機角速度
アーム制御の例について同図中に説明されている。以下
に図２に示すオブザーバの計算式を示す。このオブザー
バは、電動機角θm 、電動機角速度
【０００５】
【外１】
【０００６】、ねじれ角θs 、ねじれ角速度
【０００７】
【外２】
【０００８】、外乱ｄを推測する全次元オブザーバの構
成としている。
成としている。
【０００９】
【数１】
【００１０】ただし、
【００１１】
【数２】
【００１２】ただし、Ｕref は電動機の角加速度指令、
Ｇはオブザーバフィードバックゲインである。＾は状態
変数の推定値、 Tは転置行列を表す。このオブザーバを
ＤＳＰ等で計算する場合には、Ａ、Ｂ行列を離散化した
行列、また離散値系の極配置より決定したＧ行列に変形
し逐次計算を行なう必要がある。また、スライディング
モード制御を用いた電動機の制御方法として、特開平３
−１１８６１８号公報で開示された方式がある。これ
は、電動機と電動機により駆動される負荷の制御を行な
うもので、電動機角と負荷角の差であるねじれ角とその
微分値のねじれ角速度からなるスライディングモード切
換面を設定してスライディングモード制御を行ない負荷
応答の制振効果を向上させたものである。
Ｇはオブザーバフィードバックゲインである。＾は状態
変数の推定値、 Tは転置行列を表す。このオブザーバを
ＤＳＰ等で計算する場合には、Ａ、Ｂ行列を離散化した
行列、また離散値系の極配置より決定したＧ行列に変形
し逐次計算を行なう必要がある。また、スライディング
モード制御を用いた電動機の制御方法として、特開平３
−１１８６１８号公報で開示された方式がある。これ
は、電動機と電動機により駆動される負荷の制御を行な
うもので、電動機角と負荷角の差であるねじれ角とその
微分値のねじれ角速度からなるスライディングモード切
換面を設定してスライディングモード制御を行ない負荷
応答の制振効果を向上させたものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところがオブザーバフ
ィードバックにより制御性能を向上させる場合、オブザ
ーバの計算に用いる制御対象モデルを正確に同定する必
要がある。ところが、実機の制御対象をモデル化する時
に粘性摩擦を無視したり、ロボットのように姿勢による
負荷イナーシャの変動や減速機バネ定数の変動により、
オブザーバの制御対象モデルが実機とずれるという問題
がある。このようにモデル化誤差や制御対象のパラメー
タ変動等により、オブザーバにより推定した状態量が実
機の状態量とずれるため、これをフィードバックするこ
とにより制御系が当初目標とした応答ができない、ある
いは制御系が不安定になるという問題がある。
ィードバックにより制御性能を向上させる場合、オブザ
ーバの計算に用いる制御対象モデルを正確に同定する必
要がある。ところが、実機の制御対象をモデル化する時
に粘性摩擦を無視したり、ロボットのように姿勢による
負荷イナーシャの変動や減速機バネ定数の変動により、
オブザーバの制御対象モデルが実機とずれるという問題
がある。このようにモデル化誤差や制御対象のパラメー
タ変動等により、オブザーバにより推定した状態量が実
機の状態量とずれるため、これをフィードバックするこ
とにより制御系が当初目標とした応答ができない、ある
いは制御系が不安定になるという問題がある。
【００１４】また、上述の従来のスライディングモード
制御を用いた制御方法では、負荷応答の制振効果は向上
しているが、可変ゲインがフィードバックゲインのみで
あるため負荷の振動を完全に抑制することはできず、モ
ータへの移動指令に対する対象機械の位置の伝達関数に
はバネ定数や負荷イナーシャが含まれているため、バネ
定数や負荷イナーシャが変動すれば応答が変動し、オー
バーシュートを発生する等の問題がある。本発明の目的
は、制御対象の負荷の状態値が変動しても正確で安定し
た制御が可能なスライディングモード制御を用いた駆動
電動機の位置決め制御方法を提供することにある。
制御を用いた制御方法では、負荷応答の制振効果は向上
しているが、可変ゲインがフィードバックゲインのみで
あるため負荷の振動を完全に抑制することはできず、モ
ータへの移動指令に対する対象機械の位置の伝達関数に
はバネ定数や負荷イナーシャが含まれているため、バネ
定数や負荷イナーシャが変動すれば応答が変動し、オー
バーシュートを発生する等の問題がある。本発明の目的
は、制御対象の負荷の状態値が変動しても正確で安定し
た制御が可能なスライディングモード制御を用いた駆動
電動機の位置決め制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のスライディング
モードを用いた位置決め制御方法は、負荷を駆動する電
動機と、外部からの電動機角指令と電動機からの回転位
置情報とにより電動機への加速度指令の制御を行なうフ
ィードバック制御器と、フィードバック制御器からの加
速度指令により、電動機への電力を供給するトルク制御
器と、電動機への加速度指令と電動機からの回転位置情
報とより、電動機と負荷の状態量を推定するオブザーバ
とを備えた負荷駆動システムの電動機位置決め制御方法
において、電動機角指令と、電動機からの回転位置情報
と、オブザーバで推定された電動機と負荷との状態量と
から複数の状態量を選定し、選定された複数の状態量か
らなる基準状態量面を用いて、該複数の状態量より計算
された値の正負によって計算されたスライディングモー
ド補償量を切換え、フィードバック制御器にスライディ
ングモード制御を行なう。
モードを用いた位置決め制御方法は、負荷を駆動する電
動機と、外部からの電動機角指令と電動機からの回転位
置情報とにより電動機への加速度指令の制御を行なうフ
ィードバック制御器と、フィードバック制御器からの加
速度指令により、電動機への電力を供給するトルク制御
器と、電動機への加速度指令と電動機からの回転位置情
報とより、電動機と負荷の状態量を推定するオブザーバ
とを備えた負荷駆動システムの電動機位置決め制御方法
において、電動機角指令と、電動機からの回転位置情報
と、オブザーバで推定された電動機と負荷との状態量と
から複数の状態量を選定し、選定された複数の状態量か
らなる基準状態量面を用いて、該複数の状態量より計算
された値の正負によって計算されたスライディングモー
ド補償量を切換え、フィードバック制御器にスライディ
ングモード制御を行なう。
【００１６】スライディングモード制御の切換面を、次
の状態量の組合せとしてもよい。 １．負荷角偏差、負荷角速度、および負荷角加速度 ２．負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度 ３．負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度
偏差 ４．負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、および負
荷角加速度の微分値 ５．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、およ
び負荷角加速度の微分値 ６．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、
および負荷角加速度の微分値 ７．負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角加
速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値 ８．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負荷
角加速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値 ９．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、
負荷角加速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分
値 また、負荷の状態量が、スライディングモード制御の切
換面から所定の範囲内にある場合には、スライディング
モード制御の補償量を等価制御入力としてもよい。
の状態量の組合せとしてもよい。 １．負荷角偏差、負荷角速度、および負荷角加速度 ２．負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度 ３．負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度
偏差 ４．負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、および負
荷角加速度の微分値 ５．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、およ
び負荷角加速度の微分値 ６．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、
および負荷角加速度の微分値 ７．負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角加
速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値 ８．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負荷
角加速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値 ９．負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、
負荷角加速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分
値 また、負荷の状態量が、スライディングモード制御の切
換面から所定の範囲内にある場合には、スライディング
モード制御の補償量を等価制御入力としてもよい。
【００１７】
【作用】上述の解決手段によって、負荷の状態量がスラ
イディングモード切換面に拘束されるため、負荷の応答
をあらかじめ設定した切換面で表される目標応答に一致
させることができ、高速で振動のない応答が実現でき
る。また、制御対象のパラメータが変動しても負荷の状
態量がスライディングモード切換面に拘束されるため負
荷の応答は目標応答に一致してロバストな制御系とする
ことができる。さらに、フィードバック制御系に加算す
るスライディングモード補償量を等価制御入力とするこ
とによって、スライディングモード制御で問題となるチ
ャタリングを回避でき、安定で滑らかな制御が可能とな
る。
イディングモード切換面に拘束されるため、負荷の応答
をあらかじめ設定した切換面で表される目標応答に一致
させることができ、高速で振動のない応答が実現でき
る。また、制御対象のパラメータが変動しても負荷の状
態量がスライディングモード切換面に拘束されるため負
荷の応答は目標応答に一致してロバストな制御系とする
ことができる。さらに、フィードバック制御系に加算す
るスライディングモード補償量を等価制御入力とするこ
とによって、スライディングモード制御で問題となるチ
ャタリングを回避でき、安定で滑らかな制御が可能とな
る。
【００１８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の実施例の構成ブロック図で
あり、符号１０１で示されるものは位置ゲインブロック
であり、電動機角指令θmrefと電動機の出力である電動
機角θm との偏差に位置ゲインｋｐを乗算する。１０２
は速度ゲインブロックで、位置ゲインブロック１０１の
出力から電動機角速度（電動機角θm の微分値）を減算
した値に速度ゲインｋｖを乗算する。１０３は電流アン
プを含むトルク制御ブロックで、速度ゲインブロック１
０２で計算された電動機角加速度指令Ｕref を電動機へ
の電流指令Ｉref に変換して出力する。１０４はトルク
定数ブロック、１０５は電動機イナーシャブロック、１
０６は積分部で電動機角速度を電動機角に変換する。１
０７は減速比ブロックで電動機出力である電動機角を減
角する。１０８は減速機のバネ定数ブロックで減速比ブ
ロック１０７の出力から負荷角θL を減算した値が入力
される。１０９は負荷イナーシャブロック、１１０は積
分ブロックで負荷角加速度を負荷角θL に変換して出力
する。１１１は電動機角を電動機角速度に変換する微分
ブロック、１１２は減速比で表されるブロックで負荷か
ら電動機へ働く軸ねじれトルクを表している。
て説明する。図１は本発明の実施例の構成ブロック図で
あり、符号１０１で示されるものは位置ゲインブロック
であり、電動機角指令θmrefと電動機の出力である電動
機角θm との偏差に位置ゲインｋｐを乗算する。１０２
は速度ゲインブロックで、位置ゲインブロック１０１の
出力から電動機角速度（電動機角θm の微分値）を減算
した値に速度ゲインｋｖを乗算する。１０３は電流アン
プを含むトルク制御ブロックで、速度ゲインブロック１
０２で計算された電動機角加速度指令Ｕref を電動機へ
の電流指令Ｉref に変換して出力する。１０４はトルク
定数ブロック、１０５は電動機イナーシャブロック、１
０６は積分部で電動機角速度を電動機角に変換する。１
０７は減速比ブロックで電動機出力である電動機角を減
角する。１０８は減速機のバネ定数ブロックで減速比ブ
ロック１０７の出力から負荷角θL を減算した値が入力
される。１０９は負荷イナーシャブロック、１１０は積
分ブロックで負荷角加速度を負荷角θL に変換して出力
する。１１１は電動機角を電動機角速度に変換する微分
ブロック、１１２は減速比で表されるブロックで負荷か
ら電動機へ働く軸ねじれトルクを表している。
【００１９】図中１１３は、低剛性対象に対しての負荷
の振動特性を向上させるため、電動機への角加速度指令
Ｕref と電動機の出力である電動機角θm より、負荷あ
るいは電動機角と負荷角の差であるねじれ角等の状態量
を推定するオブザーバブロックである。本実施例ではこ
の２慣性系制御において、負荷イナーシャや減速機バネ
定数等のパラメータの変動に対して、図中１１５で示す
ようなスライディングモード制御ブロックを付加し、以
下に示す計算式によりスライディングモード補償量Ｔco
mpを求め電動機加速度指令に加算する構成となってい
る。スライディングモード制御の理論面については、例
えば「使える非線形制御の理論３、スライディングモー
ド制御（橋本秀紀著、システム制御情報学会、１９９３
年３７巻６号）」等で公知である。
の振動特性を向上させるため、電動機への角加速度指令
Ｕref と電動機の出力である電動機角θm より、負荷あ
るいは電動機角と負荷角の差であるねじれ角等の状態量
を推定するオブザーバブロックである。本実施例ではこ
の２慣性系制御において、負荷イナーシャや減速機バネ
定数等のパラメータの変動に対して、図中１１５で示す
ようなスライディングモード制御ブロックを付加し、以
下に示す計算式によりスライディングモード補償量Ｔco
mpを求め電動機加速度指令に加算する構成となってい
る。スライディングモード制御の理論面については、例
えば「使える非線形制御の理論３、スライディングモー
ド制御（橋本秀紀著、システム制御情報学会、１９９３
年３７巻６号）」等で公知である。
【００２０】なお、位置ゲインブロック１０１、速度ゲ
インブロック１０２、および微分ブロック１１１はフィ
ードバック制御器に属し、トルク制御ブロック１０３は
トルク制御器に属し、トルク定数ブロック１０４、電動
機イナーシャブロック１０５、積分部は電動機に属し、
減速比ブロック１０７、バネ定数ブロック１０８、負荷
イナーシャブロック１０９、積分ブロック１１０、およ
び減速比ブロック１１２は負荷に属し、オブザーバブロ
ック１１３およびフィードバックゲインブロック１１４
はオブザーバに属する。図中の各ブロック内の記号は、
ロボットのアーム制御の例について同図中に説明されて
いる。本発明では、負荷駆動システムの位置決め方法
に、測定値と推定値による状態量によりスライディング
モード切換面を設定し、計算された補償量をフィードバ
ック系に加算することによって目標応答に一致したロバ
ストな制御を行なう。
インブロック１０２、および微分ブロック１１１はフィ
ードバック制御器に属し、トルク制御ブロック１０３は
トルク制御器に属し、トルク定数ブロック１０４、電動
機イナーシャブロック１０５、積分部は電動機に属し、
減速比ブロック１０７、バネ定数ブロック１０８、負荷
イナーシャブロック１０９、積分ブロック１１０、およ
び減速比ブロック１１２は負荷に属し、オブザーバブロ
ック１１３およびフィードバックゲインブロック１１４
はオブザーバに属する。図中の各ブロック内の記号は、
ロボットのアーム制御の例について同図中に説明されて
いる。本発明では、負荷駆動システムの位置決め方法
に、測定値と推定値による状態量によりスライディング
モード切換面を設定し、計算された補償量をフィードバ
ック系に加算することによって目標応答に一致したロバ
ストな制御を行なう。
【００２１】この駆動システムは、電動機と、電動機に
よって駆動される負荷と、外部からの位置指令と電動機
からの出力信号により電動機の制御を行なうフィードバ
ック制御系と、このフィードバック制御機構からの指令
により電動機への電力を供給する電流アンプを備えた電
動機の制御機構を有し、外部からの位置指令に対応して
負荷の移動と位置決めとを行なう。この負荷駆動システ
ムの位置決め方法に、電動機への加速度指令と、電動機
の出力である電動機角とより、負荷の状態量を推定する
オブサーバを設け、スライディングモード制御器におい
て、位置指令と電動機からの出力信号とオブザーバの推
定値とからスライディングモード制御切換面を設定し、
これらの状態量から計算された値の正負によりスライデ
ィングモード補償量を切換えてフィードバック制御系に
加算する。
よって駆動される負荷と、外部からの位置指令と電動機
からの出力信号により電動機の制御を行なうフィードバ
ック制御系と、このフィードバック制御機構からの指令
により電動機への電力を供給する電流アンプを備えた電
動機の制御機構を有し、外部からの位置指令に対応して
負荷の移動と位置決めとを行なう。この負荷駆動システ
ムの位置決め方法に、電動機への加速度指令と、電動機
の出力である電動機角とより、負荷の状態量を推定する
オブサーバを設け、スライディングモード制御器におい
て、位置指令と電動機からの出力信号とオブザーバの推
定値とからスライディングモード制御切換面を設定し、
これらの状態量から計算された値の正負によりスライデ
ィングモード補償量を切換えてフィードバック制御系に
加算する。
【００２２】この制御方法によって、負荷の状態がスラ
イディングモード切換面に拘束されるため、負荷の応答
をあらかじめ設定した切換面で表される目標応答に一致
させることができ、高速で振動のない応答が実現でき
る。また、制御対象のパラメータが変動しても、負荷の
状態がスライディングモード切換面に拘束されるため、
負荷の応答は目標応答に一致し、ロバストな制御系とす
ることができる。スライディングモード制御切換面に使
用される状態量は、負荷角偏差、負荷角速度、負荷角速
度偏差、負荷角加速度、負荷角加速度偏差、負荷角加速
度の微分値、負荷角加速度の２階微分値であり、本発明
では具体的にこれらが次のように組合わせられる。 （１）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角速度偏差 （２）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、 （３）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差 （４）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角
加速度の微分値 （５）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負
荷角加速度の微分値 （６）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏
差、負荷角加速度の微分値 （７）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角
加速度の微分値、負荷角加速度の２階微分値 （８）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負
荷角加速度の微分値、負荷角加速度の２階微分値 （９）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏
差、負荷角加速度の微分値、 負荷角加速度の２階
微分値 さらに、フィードバック制御系に加算するスライディン
グモード補償量を等価制御入力とすることもでき、等価
制御入力にすることによってスライディングモード制御
で問題となるチャタリングを回避でき安定で滑らかな制
御が可能となる。
イディングモード切換面に拘束されるため、負荷の応答
をあらかじめ設定した切換面で表される目標応答に一致
させることができ、高速で振動のない応答が実現でき
る。また、制御対象のパラメータが変動しても、負荷の
状態がスライディングモード切換面に拘束されるため、
負荷の応答は目標応答に一致し、ロバストな制御系とす
ることができる。スライディングモード制御切換面に使
用される状態量は、負荷角偏差、負荷角速度、負荷角速
度偏差、負荷角加速度、負荷角加速度偏差、負荷角加速
度の微分値、負荷角加速度の２階微分値であり、本発明
では具体的にこれらが次のように組合わせられる。 （１）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角速度偏差 （２）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、 （３）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差 （４）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角
加速度の微分値 （５）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負
荷角加速度の微分値 （６）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏
差、負荷角加速度の微分値 （７）負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角
加速度の微分値、負荷角加速度の２階微分値 （８）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負
荷角加速度の微分値、負荷角加速度の２階微分値 （９）負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏
差、負荷角加速度の微分値、 負荷角加速度の２階
微分値 さらに、フィードバック制御系に加算するスライディン
グモード補償量を等価制御入力とすることもでき、等価
制御入力にすることによってスライディングモード制御
で問題となるチャタリングを回避でき安定で滑らかな制
御が可能となる。
【００２３】本実施例では、スライディングモードの制
御切換面を (2)式のように、負荷角偏差θLref−θL 、
負荷角速度
御切換面を (2)式のように、負荷角偏差θLref−θL 、
負荷角速度
【００２４】
【外３】
【００２５】、負荷角加速度
【００２６】
【外４】
【００２７】、および負荷角加加速度（負荷角加速度の
微分値）
微分値）
【００２８】
【外５】
【００２９】とした請求項５に記載したスライディング
モード制御について説明する。
モード制御について説明する。
【００３０】
【数３】
【００３１】ａ0 、ａ1 、ａ2 は負荷の応答を決定する
定数で以下のように設定する。まず、 (2)式においてス
ライディングモード制御が成立すれば Ｐ＝０ と表す
ことができる。次にラプラス変換を行ない負荷角指令θ
Lrefに対する負荷角θL までの伝達関数で表すと、 (2)
式は以下のように変形できる。
定数で以下のように設定する。まず、 (2)式においてス
ライディングモード制御が成立すれば Ｐ＝０ と表す
ことができる。次にラプラス変換を行ない負荷角指令θ
Lrefに対する負荷角θL までの伝達関数で表すと、 (2)
式は以下のように変形できる。
【００３２】
【数４】
【００３３】一方、負荷の目標応答を表す特性方程式を
(4)式のように３次式で表す。
(4)式のように３次式で表す。
【００３４】
【数５】
【００３５】従って、負荷の応答を目標応答と一致させ
るためには、以下に示すように (3)式の特性方程式の係
数を (4)式の目標応答の係数に設定すればよい。
るためには、以下に示すように (3)式の特性方程式の係
数を (4)式の目標応答の係数に設定すればよい。
【００３６】
【数６】
【００３７】このとき、スライディングモード制御が成
立した条件下では負荷は目標応答と同じ応答をし、また
ロボットアームのように負荷イナーシャが変わっても、
バネ定数が変動しても負荷の応答は変化せず目標とする
応答に一致させることが可能となる。次にスライディン
グモード制御について説明する。スライディングモード
の存在条件は、
立した条件下では負荷は目標応答と同じ応答をし、また
ロボットアームのように負荷イナーシャが変わっても、
バネ定数が変動しても負荷の応答は変化せず目標とする
応答に一致させることが可能となる。次にスライディン
グモード制御について説明する。スライディングモード
の存在条件は、
【００３８】
【数７】
【００３９】となり、大域的なスライディングモードの
存在条件は、
存在条件は、
【００４０】
【数８】
【００４１】となる。 (2)式の切換面において両辺を微
分すると (7)式のようになる。
分すると (7)式のようになる。
【００４２】
【数９】
【００４３】ところで、一般にサーボ系においてセンサ
で検出しているのは、電動機角のみである。従って、負
荷の状態量をスライディングモード切換面とすればこれ
らの状態量を求める必要がある。そこで、図１の制御ブ
ロック図より求められる関係式や (1)式のオブザーバに
より推定した電動機やねじれ角の状態量により負荷の状
態量を求めることにする。以下にその関係式を示す。図
１より、ねじれ角と負荷角加速度の関係式は以下のよう
になる。
で検出しているのは、電動機角のみである。従って、負
荷の状態量をスライディングモード切換面とすればこれ
らの状態量を求める必要がある。そこで、図１の制御ブ
ロック図より求められる関係式や (1)式のオブザーバに
より推定した電動機やねじれ角の状態量により負荷の状
態量を求めることにする。以下にその関係式を示す。図
１より、ねじれ角と負荷角加速度の関係式は以下のよう
になる。
【００４４】
【数１０】
【００４５】また図１より電動機角、負荷角、ねじれ角
の関係式は以下のようになる。
の関係式は以下のようになる。
【００４６】
【数１１】
【００４７】さらに図１より電動機入力の関係式は以下
のようになる。
のようになる。
【００４８】
【数１２】
【００４９】電動機角と負荷角の関係式は以下のように
なる。
なる。
【００５０】
【数１３】
【００５１】(8)、(11)、(12)式を (7)式に代入して整
理すると以下のようになる。
理すると以下のようになる。
【００５２】
【数１４】
【００５３】電動機への角加速度指令Ｕref は、
【００５４】
【数１５】
【００５５】ただし、Ｔcompはスライディングモード制
御入力 (15)式を(14)式に代入して、さらに(10)式を代入する
と、
御入力 (15)式を(14)式に代入して、さらに(10)式を代入する
と、
【００５６】
【数１６】
【００５７】となる。 (2)式を
【００５８】
【外６】
【００５９】について整理し、これを(16)式に代入して
整理すると、
整理すると、
【００６０】
【数１７】
【００６１】ここで、Ａ＝ａ１・ｋｖ−ａ０となる。よ
って、
って、
【００６２】
【外７】
【００６３】は以下のようになる。
【００６４】
【数１８】
【００６５】ここで、通常 Ａ＞０ となるため、(18)
式第１項は常に負となる。故に (6)式が成立するために
は、第２項が負になるようにＰの正負によりスライディ
ングモード補償量Ｔcompを切換えればよい。スライディ
ングモード制御入力Ｔcompを、
式第１項は常に負となる。故に (6)式が成立するために
は、第２項が負になるようにＰの正負によりスライディ
ングモード補償量Ｔcompを切換えればよい。スライディ
ングモード制御入力Ｔcompを、
【００６６】
【数１９】
【００６７】として、Ｐの正負により以下のようにスラ
イディングモード補償量Ｔcompを切換える。まず、Ｐ＜
０の場合、 θmref−θm について ・θmref−θm ＞０の時
イディングモード補償量Ｔcompを切換える。まず、Ｐ＜
０の場合、 θmref−θm について ・θmref−θm ＞０の時
【００６８】
【数２０】
【００６９】・θmref−θm ＜０の時
【００７０】
【数２１】
【００７１】 θs について ・θs ＞０の時
【００７２】
【数２２】
【００７３】・θs ＜０の時
【００７４】
【数２３】
【００７５】
【数２４】
【００７６】
【数２５】
【００７７】従って、パラメータの変動幅を見込んでＴ
comp1 〜Ｔcomp4 を設定すればスライディングモード制
御が成立し、負荷は目標応答に一致する。なおＰ＞０の
時は、上記のθmref−θm 、θs 、
comp1 〜Ｔcomp4 を設定すればスライディングモード制
御が成立し、負荷は目標応答に一致する。なおＰ＞０の
時は、上記のθmref−θm 、θs 、
【００７８】
【外８】
【００７９】の正負の場合のゲインを入れ替えればよ
い。次に、スライディングモード制御で問題となるチャ
タリングに対して、等価制御入力を用いた場合について
説明する。ここで、等価制御入力とは、切換面近傍
い。次に、スライディングモード制御で問題となるチャ
タリングに対して、等価制御入力を用いた場合について
説明する。ここで、等価制御入力とは、切換面近傍
【００８０】
【外９】
【００８１】となる入力で、これにより状態は切換面に
沿って目標値へ収束することが可能となる。上記切換面
では(17)式が０となる入力であり、以下に求め方につい
て説明する。(17)式において、負荷の状態がスライディ
ングモード切換面上にあるとすれば、Ｐ＝０より右辺第
１項は０となる。従って第２項以降を０とするスライデ
ィングモード補償量Ｔcompを求めれば
沿って目標値へ収束することが可能となる。上記切換面
では(17)式が０となる入力であり、以下に求め方につい
て説明する。(17)式において、負荷の状態がスライディ
ングモード切換面上にあるとすれば、Ｐ＝０より右辺第
１項は０となる。従って第２項以降を０とするスライデ
ィングモード補償量Ｔcompを求めれば
【００８２】
【外１０】
【００８３】となり負荷の状態は切換えがなく目標値へ
収束する。以下に等価制御入力ゲインを示す。
収束する。以下に等価制御入力ゲインを示す。
【００８４】
【数２６】
【００８５】よって、 (2)式により負荷の状態位置を求
めて切換面との偏差を求め、その偏差があらかじめ設定
していた値より大きい場合には、(18)式より求めたスラ
イディングモード切換ゲインＴcomp1 〜Ｔcomp4 を使用
し、設定値以下の場合には負荷の状態は切換面上にある
として(17)式より求めたＴcomp1'〜Ｔcomp4'の等価制御
入力を使用する。これにより電動機への角速度指令は滑
らかになり騒音等の問題が解決でき高精度な制御が可能
となる。このように、本発明では、負荷の状態量がスラ
イディングモード切換面に拘束されるので、制御対象の
パラメータが変動しても負荷の応答は目標の応答に一致
するため、ロバストな制御系とすることができる。また
等価制御入力を用いることにより滑らかな切換が可能と
なる。
めて切換面との偏差を求め、その偏差があらかじめ設定
していた値より大きい場合には、(18)式より求めたスラ
イディングモード切換ゲインＴcomp1 〜Ｔcomp4 を使用
し、設定値以下の場合には負荷の状態は切換面上にある
として(17)式より求めたＴcomp1'〜Ｔcomp4'の等価制御
入力を使用する。これにより電動機への角速度指令は滑
らかになり騒音等の問題が解決でき高精度な制御が可能
となる。このように、本発明では、負荷の状態量がスラ
イディングモード切換面に拘束されるので、制御対象の
パラメータが変動しても負荷の応答は目標の応答に一致
するため、ロバストな制御系とすることができる。また
等価制御入力を用いることにより滑らかな切換が可能と
なる。
【００８６】以上請求項５に記載したスライディングモ
ード切換面を用いた場合を示したが負荷の目標応答を２
次系としても、４次系としてもかまわない。さらに速度
や加速度のフィードフォワード制御を行なっても (6)式
を満足するようにスライディングモード補償量を設定す
ればスライディングモード制御は成立する。なお、今回
スライディングモード制御に用いた状態量は、オブザー
バにより推定した値としたが、検出器を用いて実測した
値を用いてもかまわない。また、電動機の速度制御は比
例制御として説明したが、比例、積分制御の場合におい
てもスライディングモード制御を行なうことは可能であ
る。
ード切換面を用いた場合を示したが負荷の目標応答を２
次系としても、４次系としてもかまわない。さらに速度
や加速度のフィードフォワード制御を行なっても (6)式
を満足するようにスライディングモード補償量を設定す
ればスライディングモード制御は成立する。なお、今回
スライディングモード制御に用いた状態量は、オブザー
バにより推定した値としたが、検出器を用いて実測した
値を用いてもかまわない。また、電動機の速度制御は比
例制御として説明したが、比例、積分制御の場合におい
てもスライディングモード制御を行なうことは可能であ
る。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、負荷の
状態量がスライディングモード切換面に拘束されるの
で、制御対象のパラメータが変動しても負荷の応答は目
標の応答に一致するため、ロバストな制御系とすること
ができるという効果がある。また、等価制御入力を用い
ることにより滑らかな制御が可能になるという効果も得
られる。
状態量がスライディングモード切換面に拘束されるの
で、制御対象のパラメータが変動しても負荷の応答は目
標の応答に一致するため、ロバストな制御系とすること
ができるという効果がある。また、等価制御入力を用い
ることにより滑らかな制御が可能になるという効果も得
られる。
【図１】本発明の実施例の構成ブロック図である。
【図２】従来例における構成ブロック図である。
１０１、２０１ 位置ゲインブロック １０２、２０２ 速度ゲインブロック １０３、２０３ トルク制御ブロック １０４、２０４ トルク定数ブロック １０５、２０５ 電動機イナーシャブロック １０６、２０６ 積分部 １０７、２０７ 減速比ブロック １０８、２０８ 減速機のバネ定数ブロック １０９、２０９ 負荷イナーシャブロック １１０、２１０ 積分ブロック １１１、２１１ 微分ブロック １１２、２１２ 減速比で表されるブロック １１３、２１３ オブザーバブロック １１５ スライディングモード制御ブロック ２１４ フィードバックゲインブロック
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 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｈ０２Ｐ 5/00 Ｘ (72)発明者 稲積 祐敦 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内
Claims (11)
- 【請求項１】 負荷を駆動する電動機と、外部からの電
動機角指令と前記電動機からの回転位置情報とにより前
記電動機への加速度指令の制御を行なうフィードバック
制御器と、 前記フィードバック制御器からの加速度指令により、前
記電動機への電力を供給するトルク制御器と、 を備えた負荷駆動システムのスライディングモードによ
る電動機位置決め制御方法において、 複数の負荷の状態量からなる基準状態量面を用いて、該
複数の状態量より計算された値の正負によって計算され
たスライディングモード補償量を切換え、前記フィード
バック制御器にスライディングモード制御を行なうこと
を特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度、および負荷角加速度、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、および負荷角加速度偏
差、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、および負荷角
加速度の微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項６】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、および負
荷角加速度の微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項７】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、およ
び負荷角加速度の微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項８】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度、負荷角加速度、負荷角加速度
の微分値、および負荷角加速度の２階微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項９】 請求項１記載の電動機の位置決め制御方
法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度、負荷角加
速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項１０】 請求項１記載の電動機の位置決め制御
方法において、 前記スライディングモード制御の切換面を、 負荷角偏差、負荷角速度偏差、負荷角加速度偏差、負荷
角加速度の微分値、および負荷角加速度の２階微分値、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。 - 【請求項１１】 請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の電動機の位置決め制御方法において、 前記負荷の状態量が、前記スライディングモード制御の
切換面から所定の範囲内にある場合には、前記スライデ
ィングモード制御の補償量を等価制御入力、 としたことを特徴とする電動機の位置決め制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21189395A JP3656663B2 (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 電動機の位置決め制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21189395A JP3656663B2 (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 電動機の位置決め制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0962363A true JPH0962363A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3656663B2 JP3656663B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=16613393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21189395A Expired - Fee Related JP3656663B2 (ja) | 1995-08-21 | 1995-08-21 | 電動機の位置決め制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3656663B2 (ja) |
Cited By (14)
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|---|---|---|---|---|
| JPH10323067A (ja) * | 1997-03-18 | 1998-12-04 | Ricoh Co Ltd | モータの制御方法及び駆動装置 |
| JP2002318602A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-10-31 | Komatsu Ltd | むだ時間を有するプロセス系に対する離散時間スライディングモード制御装置及び方法 |
| JP2004355632A (ja) * | 2003-05-29 | 2004-12-16 | Sodick Co Ltd | スライディングモード制御器を有するモーションコントローラ |
| JP2008310603A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Nakamura Sangyo Gakuen | モータ位置制御装置 |
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| US8406021B2 (en) | 2009-08-10 | 2013-03-26 | Emerson Climate Technologies, Inc. | System and method for reducing line current distortion |
| CN104753426A (zh) * | 2015-03-13 | 2015-07-01 | 西安理工大学 | 基于免疫算法的异步电机滑模观测器转速估计方法 |
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-
1995
- 1995-08-21 JP JP21189395A patent/JP3656663B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US8406021B2 (en) | 2009-08-10 | 2013-03-26 | Emerson Climate Technologies, Inc. | System and method for reducing line current distortion |
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