JPH1131014A - 位置制御方式及び速度制御方式 - Google Patents

位置制御方式及び速度制御方式

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JPH1131014A
JPH1131014A JP18832697A JP18832697A JPH1131014A JP H1131014 A JPH1131014 A JP H1131014A JP 18832697 A JP18832697 A JP 18832697A JP 18832697 A JP18832697 A JP 18832697A JP H1131014 A JPH1131014 A JP H1131014A
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JP
Japan
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disturbance
motor
load
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estimated
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JP18832697A
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Inventor
Kenichi Makino
健一 牧野
Yoshiyuki Tomita
良幸 冨田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ及び負荷で構成される機構に働く外乱
トルクを推定し補償することで、機構の位置変動を抑制
することのできる位置制御方式を提供すること。 【解決手段】 外乱補償器6は、トルク指令値xc をロ
ーパスフィルタ7にてフィルタリングしたトルク指令推
定値と、モータ3及び負荷4からなる制御対象の逆モデ
ル及びローパスフィルタにて位置検出値xより推定した
負荷入力トルク推定値との差分により負荷入力外乱を推
定する。更に、該推定負荷入力外乱にその微分量を足し
合わせる補償フィルタ9を有することにより、前記補償
フィルタ出力を前記トルク指令値から前もって引くこと
により外乱を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ及び負荷で
構成される機構の移動及び位置決めを行う装置の位置制
御方式及び速度制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の制御方式の一例として、一般的
な外乱オブザーバ方式の外乱補償器を備えた位置制御方
式の例を図4を参照して説明する。この位置制御方式
は、位置制御器1、モータドライバ2、負荷4を駆動す
るモータ3、位置検出器5及び外乱補償器6を含むフィ
ードバック制御系を有してモータ3を制御する。位置制
御器1は、位置指令値xe と位置検出値xとの差を検出
する減算器20の減算結果に応じて位置指令値xe と位
置検出値xとを一致させるようにモータドライバ2への
トルク指令値τc を調節する。外乱補償器6は、ローパ
スフィルタ7によりフィルタリングされたモータドライ
バ2へのトルク指令値τc と、入力トルク推定フィルタ
8により位置検出値xから推定された推定負荷入力トル
クとの差分により推定負荷外乱トルクτe を算出する外
乱オブザーバを有し、減算器21により外乱トルクτd
を打ち消すようにトルク指令値τc を補正する。
【0003】上記制御方式のブロック線図を図5に示
す。位置制御器1の伝達関数はGp (s)で表される
他、ローパスフィルタ7、入力トルク推定フィルタ8の
伝達関数は、対応するブロックの中に記入された通りで
ある。更に、モータ3のトルク定数はブロック10にK
tで示され、モータ3と負荷4を含んだ機構の伝達関数
はブロック11中に1/Js 2 で示される。ブロック1
2中のe-Ls は、外乱補償器6、ローパスフィルタ7、
入力卜ルク推定フィルタ8、位置制御器1及びモータド
ライバ2のムダ時間要素である。また、図5中、L はむ
だ時間、Jは可動部(モータ可動部と負荷)の慣性項、
ζはローパスフィルタの減衰係数、ωはローパスフィル
タのカットオフ周波数、Jnom は可動部の規範モデルの
慣性項、sはラプラス演算子をそれぞれ表す。
【0004】ローパスフィルタ7は、モータドライバ2
へのトルク指令値τc を外乱を抑制したい周波数帯域で
フィルタリングする。入力トルク推定フィルタ8はモー
タ3と負荷4を含んだ機構の入力トルクから位置への伝
達関数1/Js 2 の逆モデルに基づいて位置検出器5よ
り推定負荷入力トルクを求める。この入力トルク推定フ
ィルタ8も前記のロ一パスフィルタ7と同様のフィルタ
特性を持たせ、外乱を抑制したい周波数帯の推定負荷入
力トルクのみを算出する。フィルタリングされたトルク
指令値と推定負荷入力トルクとの差分により推定負荷外
乱トルクτe を算出し、外乱トルクを打ち消すようにト
ルク指令値τc を補正する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記ブロック線図の外
乱入力から位置検出値xの周波数応答の一例を図6に示
す。外乱オブザーバによる外乱補償では、その補償帯域
をローパスフィルタ7によって決定する。この補償帯域
を高くとると、外乱補償ループに含まれるムダ時間要素
-Ls による位相遅れのため、外乱補償ループの位相余
裕が小さくなる。このため、図6中の破線の円内に示す
ように、外乱補償帯域より高い周波数で外乱に対する感
度が高くなってしまい、その帯域での外乱抑制性能が悪
化するという問題がある。
【0006】そこで、本発明の課題は、モータ及び負荷
で構成される機構の移動及び位置決めを行う装置の位置
制御方式において、機構に働く外乱トルクを推定し補償
することで、機構の位置変動を抑制することのできる位
置制御方式を提供することにある。
【0007】本発明はまた、簡単な構成で外乱補償ルー
プを安定化し、高い周波数領域での外乱抑制特性の劣化
を防止することのできる位置制御方式を提供することに
ある。
【0008】本発明は更に、上記の位置制御方式と同じ
効果を達成することのできる速度制御方式を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、負荷を
駆動するためのモータと、前記モータに設けられて対象
物の位置を検出するための位置検出器と、前記位置検出
器からの位置検出値と位置指令値とに基づいて前記モー
タを制御するフィードバック制御系とを備え、前記フィ
ードバック制御系は、前記位置検出値と前記位置指令値
とによりトルク指令値を作成する位置制御器と外乱補償
器とを含み、前記外乱補償器は、前記トルク指令値をロ
ーパスフィルタにてフィルタリングしたトルク指令推定
値と、前記モータ及び負荷からなる制御対象の逆モデル
及びローパスフィルタにて前記位置検出値より推定した
負荷入力トルク推定値との差分により負荷入力外乱を推
定する外乱オブザーバと、該推定負荷入力外乱にその微
分量を足し合わせる補償フィルタとを有することによ
り、前記補償フィルタ出力を前記トルク指令値から前も
って引くことにより外乱を補償するようにしたことを特
徴とする位置制御方式が提供される。
【0010】本発明によればまた、負荷を駆動するため
のモータと、前記モータに設けられてその速度を検出す
るための速度検出器と、前記速度検出器からの速度検出
値と速度指令値とに基づいて前記モータを制御するフィ
ードバック制御系とを備え、前記フィードバック制御系
は、前記速度検出値と前記速度指令値とによりトルク指
令値を作成する速度制御器と外乱補償器とを含み、前記
外乱補償器は、前記トルク指令値をローパスフィルタに
てフィルタリングしたトルク指令推定値と、前記モータ
及び負荷からなる制御対象の逆モデル及びローパスフィ
ルタにて前記速度検出値より推定した負荷入力トルク推
定値との差分により負荷入力外乱を推定する外乱オブザ
ーバと、該推定負荷入力外乱にその微分量を足し合わせ
る補償フィルタとを有することにより、前記補償フィル
タ出力を前記トルク指令値から前もって引くことにより
外乱を補償するようにしたことを特徴とする速度制御方
式が提供される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明を位置制御方式に適用した
場合の好ましい実施の形態について説明する。図1を参
照して、図4と同じ構成要素には同一番号を付してい
る。すなわち、この位置制御方式は、位置制御器1、モ
ータドライバ2、負荷4を駆動するためのモータ3、位
置検出器5及び外乱補償器6を含むフィードバック制御
系を有するが、外乱補償器6はローパスフィルタ7、入
力トルク推定フィルタ8に加えてJerk(加加速度)
補償フィルタ9を有する。
【0012】位置制御器1は、減算器20の減算結果に
応じて位置指令値xc と位置検出値xとを一致させるよ
うにモータドライバ2へのトルク指令値τc を調節す
る。外乱補償器6は、ローパスフィルタ7によりフィル
タリングされたモータドライバ2へのトルク指令値τc
と、入力トルク推定フィルタ8により位置検出値xより
推定された推定負荷入力トルクとの差分をJerk(加
加速度)補償フィルタ9によりフィルタリングして推定
負荷外乱トルクτe を算出し、減算器21により外乱ト
ルクを打ち消すようにトルク指令値τc を補正する。
【0013】上記制御装置のブロック線図を図5に示
す。1:位置制御装置の伝達関数、10:モータのトル
ク定数、11:モータと負荷を含んだ機構の伝達関数、
6:外乱補償器、7:ローパスフィルタ、8:入力卜ル
ク推定フィルタ、9:Jerk補償フィルタである。
【0014】ローパスフィルタ7はモータドライバ2へ
のトルク指令値を外乱を抑制したい周波数帯域でフィル
タリングする。入力トルク推定フィルタ8はモータと負
荷を含んだ機構の入力トルクから位置への伝達関数:1
1の逆モデルに基づいて位置検出器5で検出される位置
より負荷入力トルクを推定する。このフィルタも前記の
ローパスフィルタ7と同様のフィルタ特性を持たせ、外
乱を抑制したい周波数帯の負荷入力トルクのみを算出す
る。フィルタリングされたトルク指令値と、推定負荷入
力トルクとの差分との差分をJerk補償フィルタ9に
よりフィルタリングして推定負荷外乱トルクを算出し、
外乱トルクを打ち消すようにモータトルク指令値を補正
する。
【0015】本制御方式のブロック線図を図2に示す。
【0016】本形態における外乱オブザーバ方式の外乱
補償器は以下のように作用する。ローパスフィルタ7は
モータドライバ2へのトルク指令値を外乱を抑制したい
周波数帯域でフィルタリングする。入力トルク推定フィ
ルタ8は、モータ3と負荷4を含んだ機構の入力トルク
から位置への伝達関数1/Js 2 の逆モデルに基づいて
位置検出器5で検出される位置検出値xより負荷入力ト
ルクを推定する。この入力トルク推定フィルタ8も前記
のローパスフィルタ7と同様のフィルタ特性を持たせ、
外乱を抑制したい周波数帯の推定負荷入力トルクのみを
算出する。フィルタリングされたトルク指令値と推定負
荷入力トルクとの差分をJerk補償フィルタ9により
フィルタリングして推定負荷外乱トルクを算出し、外乱
トルクτd を打ち消すようにモータトルク指令値を補正
する。このとき機構の入力トルクから位置への伝達関数
1/Js 2 の逆モデルとして、モータ3及び負荷4の慣
性からなるモデルを用いることで、機構の摩擦特性の変
動等を外乱トルクとして推定する。
【0017】Jerk補償フィルタ9は、推定負荷入力
外乱に微分量を足し合わせることで、位置制御器1及び
モータドライバ2のムダ時間要素e-Ls による推定負荷
外乱トルクの位相遅れを改善し、外乱補償ループの安定
性を増す。これにより、図3に位置検出値xの周波数応
答を示すように、高周波での外乱抑制特性の劣化を防止
する。
【0018】なお、上記の形態は、位置制御方式の場合
であるが、本発明は速度制御方式に適用することもでき
る。この場合、位置制御器1、位置検出器5に代えてそ
れぞれ、速度制御器、速度検出器が用いられる。そし
て、入力トルク推定フィルタ8は、モータ3と負荷4を
含んだ機構の入力トルクから速度への伝達関数の逆モデ
ルに基づいて速度検出器で検出される速度より負荷入力
トルクを推定する。
【0019】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明では外
乱補償器にJerk補償フィルタを持たせることによっ
て、ムダ時間要素による外乱補償ループの位相遅れを補
償し、外乱補償帯域より高域での外乱抑制特性の劣化を
減少することができるる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態による位置制御方
式の構成図である。
【図2】図1の構成のブロック線図である。
【図3】本形態における位置検出値の周波数応答を示し
た特性図である。
【図4】従来の位置制御方式の一例の構成図である。
【図5】図4の構成のブロック線図である。
【図6】図4の位置制御方式における位置検出値の周波
数応答を示した特性図である。
【符号の説明】
1 位置制御器 2 モータドライバ 3 モータ 4 負荷 5 位置検出器 6 外乱補償器 7 ローパスフィルタ 8 入力トルク推定フィルタ 9 Jerk補償フィルタ 20、21 減算器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷を駆動するためのモータと、 前記モータに設けられて対象物の位置を検出するための
    位置検出器と、 前記位置検出器からの位置検出値と位置指令値とに基づ
    いて前記モータを制御するフィードバック制御系とを備
    え、 前記フィードバック制御系は、前記位置検出値と前記位
    置指令値とによりトルク指令値を作成する位置制御器と
    外乱補償器とを含み、 前記外乱補償器は、前記トルク指令値をローパスフィル
    タにてフィルタリングしたトルク指令推定値と、前記モ
    ータ及び負荷からなる制御対象の逆モデル及びローパス
    フィルタにて前記位置検出値より推定した負荷入力トル
    ク推定値との差分により負荷入力外乱を推定する外乱オ
    ブザーバと、該推定負荷入力外乱にその微分量を足し合
    わせる補償フィルタとを有することにより、前記補償フ
    ィルタ出力を前記トルク指令値から前もって引くことに
    より外乱を補償するようにしたことを特徴とする位置制
    御方式。
  2. 【請求項2】 負荷を駆動するためのモータと、 前記モータに設けられてその速度を検出するための速度
    検出器と、 前記速度検出器からの速度検出値と速度指令値とに基づ
    いて前記モータを制御するフィードバック制御系とを備
    え、 前記フィードバック制御系は、前記速度検出値と前記速
    度指令値とによりトルク指令値を作成する速度制御器と
    外乱補償器とを含み、 前記外乱補償器は、前記トルク指令値をローパスフィル
    タにてフィルタリングしたトルク指令推定値と、前記モ
    ータ及び負荷からなる制御対象の逆モデル及びローパス
    フィルタにて前記速度検出値より推定した負荷入力トル
    ク推定値との差分により負荷入力外乱を推定する外乱オ
    ブザーバと、該推定負荷入力外乱にその微分量を足し合
    わせる補償フィルタとを有することにより、前記補償フ
    ィルタ出力を前記トルク指令値から前もって引くことに
    より外乱を補償するようにしたことを特徴とする速度制
    御方式。
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