JPH1165608A - オートチューニングサーボ装置 - Google Patents
オートチューニングサーボ装置Info
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- JPH1165608A JPH1165608A JP22378997A JP22378997A JPH1165608A JP H1165608 A JPH1165608 A JP H1165608A JP 22378997 A JP22378997 A JP 22378997A JP 22378997 A JP22378997 A JP 22378997A JP H1165608 A JPH1165608 A JP H1165608A
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- Japan
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- parameter
- mechanical system
- equation
- estimated
- estimating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】機械系やサーボモータのパラメータが不明の場
合であっても、また、機械系の特性が変動しても、パラ
メータを推定して自動的に調整する。 【解決手段】位置及び速度を制御するサーボ装置におい
て、機械系１３の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定常
外乱力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメー
タ推定部１１、及びこのパラメータ推定部１１で推定さ
れたパラメータの数値を基に制御系のパラメータを変更
する制御演算部１２を設ける。機械系１３のパラメータ
やサーボモータのトルク定数が未知であっても、これら
のパラメータをパラメータ推定部１１で推定し、制御系
を適応的に変更して常に良好な制御性能を維持する。
合であっても、また、機械系の特性が変動しても、パラ
メータを推定して自動的に調整する。 【解決手段】位置及び速度を制御するサーボ装置におい
て、機械系１３の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定常
外乱力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメー
タ推定部１１、及びこのパラメータ推定部１１で推定さ
れたパラメータの数値を基に制御系のパラメータを変更
する制御演算部１２を設ける。機械系１３のパラメータ
やサーボモータのトルク定数が未知であっても、これら
のパラメータをパラメータ推定部１１で推定し、制御系
を適応的に変更して常に良好な制御性能を維持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば造波機、フ
ライトモーションシミュレータ、電気駆動振動台等にお
けるサーボ装置に係り、特に機械系やサーボモータのパ
ラメータが未知あるいは変化しても常に良好な制御性能
を維持するオートチューニングサーボ装置に関する。
ライトモーションシミュレータ、電気駆動振動台等にお
けるサーボ装置に係り、特に機械系やサーボモータのパ
ラメータが未知あるいは変化しても常に良好な制御性能
を維持するオートチューニングサーボ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のサーボ装置は、図２に示すように
構成されている。図２において、１は減算器で、外部入
力される角度指令値（位置目標値）と機械系５において
計測された角度θとの差分を求める。この減算器１で求
めた差分値は、乗算器２により位置ゲインＫｐが掛けら
れ、加減算器３に入力される。この加減算器３は、上記
乗算器２の出力信号に対し、外部入力される角速度指令
値（速度制御帯域）を加算すると共に、機械系５で計測
された角速度ωを減算する。この加減算器３の演算出力
は、乗算器４に入力されて速度ゲインＫｖが掛けられ、
機械系５にトルク指令として送られる。機械系５は、上
記乗算器４から出力されるトルク指令により駆動され
る。この機械系５が駆動されることにより、上記したよ
うに角度θ及び角速度ωが計測され、減算器１及び加減
算器３にそれぞれフィードバックされる。
構成されている。図２において、１は減算器で、外部入
力される角度指令値（位置目標値）と機械系５において
計測された角度θとの差分を求める。この減算器１で求
めた差分値は、乗算器２により位置ゲインＫｐが掛けら
れ、加減算器３に入力される。この加減算器３は、上記
乗算器２の出力信号に対し、外部入力される角速度指令
値（速度制御帯域）を加算すると共に、機械系５で計測
された角速度ωを減算する。この加減算器３の演算出力
は、乗算器４に入力されて速度ゲインＫｖが掛けられ、
機械系５にトルク指令として送られる。機械系５は、上
記乗算器４から出力されるトルク指令により駆動され
る。この機械系５が駆動されることにより、上記したよ
うに角度θ及び角速度ωが計測され、減算器１及び加減
算器３にそれぞれフィードバックされる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のサーボ装置
は、機械系やサーボモータのパラメータが不明の場合が
多く、現場調整に多くの時間を必要としていた。また、
機械系のパラメータが変化すると、制御性能が劣化する
ため、再調整を必要とするという問題があった。
は、機械系やサーボモータのパラメータが不明の場合が
多く、現場調整に多くの時間を必要としていた。また、
機械系のパラメータが変化すると、制御性能が劣化する
ため、再調整を必要とするという問題があった。
【０００４】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、機械系やサーボモータのパラメータが不明
の場合であっても、パラメータを推定して自動的に調整
できると共に、機械系の特性が変動しても自動的に再調
整することができるオートチューニングサーボ装置を提
供することを目的とする。
れたもので、機械系やサーボモータのパラメータが不明
の場合であっても、パラメータを推定して自動的に調整
できると共に、機械系の特性が変動しても自動的に再調
整することができるオートチューニングサーボ装置を提
供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
を含む機械系の位置及び速度を制御するサーボ装置にお
いて、前記機械系の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定
常外乱力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメ
ータ推定部と、前記パラメータ推定部で推定されたパラ
メータの数値を基に制御系のパラメータを変更する制御
演算部とを具備したこと特徴とする。
を含む機械系の位置及び速度を制御するサーボ装置にお
いて、前記機械系の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定
常外乱力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメ
ータ推定部と、前記パラメータ推定部で推定されたパラ
メータの数値を基に制御系のパラメータを変更する制御
演算部とを具備したこと特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
るオートチューニングサーボ装置の構成を示すブロック
図である。
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係
るオートチューニングサーボ装置の構成を示すブロック
図である。
【０００７】図１において、１１はパラメータ推定部、
１２は制御演算部、１３はサーボモータを含む機械系で
ある。機械系１３は、制御演算部１２から与えられトル
ク指令Ｉｃによって駆動され、角度θ及び角速度ωが計
測される。パラメータ推定部１１は、制御演算部１２か
ら出力されるトルク指令Ｉｃと、機械系１３で計測され
た角速度ωに基づいてパラメータ推定演算を行ない、状
態変数ｑ′、ｑ1 〜ｑ4 、及び慣性モーメント（または
質量）Ｊ、粘性抵抗係数Ｄ、クーロン摩擦Ｔc、一定の
負荷トルクＴd 、サーボモータのトルク定数ＫT 等のパ
ラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeを出力す
る。
１２は制御演算部、１３はサーボモータを含む機械系で
ある。機械系１３は、制御演算部１２から与えられトル
ク指令Ｉｃによって駆動され、角度θ及び角速度ωが計
測される。パラメータ推定部１１は、制御演算部１２か
ら出力されるトルク指令Ｉｃと、機械系１３で計測され
た角速度ωに基づいてパラメータ推定演算を行ない、状
態変数ｑ′、ｑ1 〜ｑ4 、及び慣性モーメント（または
質量）Ｊ、粘性抵抗係数Ｄ、クーロン摩擦Ｔc、一定の
負荷トルクＴd 、サーボモータのトルク定数ＫT 等のパ
ラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeを出力す
る。
【０００８】上記制御演算部１２は、フィードフォワー
ド制御部２１、フィードバック制御部２２、演算出力部
２３、外乱補償部２４により構成されている。上記フィ
ードフォワード制御部２１は、外部から与えられる角加
速度指令αｒ、角速度ωｒが入力されると共に、パラメ
ータ推定部１１からパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔc
e，Ｔde，ＫTeが入力され、これら入力データに基づい
て後述する（３７）式によりフィードフォワード演算値
Ｕｆｆを求めて演算出力部２３に出力する。
ド制御部２１、フィードバック制御部２２、演算出力部
２３、外乱補償部２４により構成されている。上記フィ
ードフォワード制御部２１は、外部から与えられる角加
速度指令αｒ、角速度ωｒが入力されると共に、パラメ
ータ推定部１１からパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔc
e，Ｔde，ＫTeが入力され、これら入力データに基づい
て後述する（３７）式によりフィードフォワード演算値
Ｕｆｆを求めて演算出力部２３に出力する。
【０００９】フィードバック制御部２２は、外部から与
えられる角度指令θｒ、角速度指令ωｒ、機械系１３で
計測された角度θ、角速度ωが入力されると共に、パラ
メータ推定部１１からパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔ
ce，Ｔde，ＫTeが入力され、これら入力データに基づい
て後述する（３９）式によってゲインを計算し、（３
８）式によりフィードバック演算値Ｕｆｂを求めて演算
出力部２３に出力する。
えられる角度指令θｒ、角速度指令ωｒ、機械系１３で
計測された角度θ、角速度ωが入力されると共に、パラ
メータ推定部１１からパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔ
ce，Ｔde，ＫTeが入力され、これら入力データに基づい
て後述する（３９）式によってゲインを計算し、（３
８）式によりフィードバック演算値Ｕｆｂを求めて演算
出力部２３に出力する。
【００１０】演算出力部２３は、パラメータ推定部１１
から入力される状態変数ｑ′、ｑ1〜ｑ4 及びパラメー
タ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeに基づいて後述
する（４２）式の演算を行なって外乱推定値τｅを求
め、演算出力部２３入力する。
から入力される状態変数ｑ′、ｑ1〜ｑ4 及びパラメー
タ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeに基づいて後述
する（４２）式の演算を行なって外乱推定値τｅを求
め、演算出力部２３入力する。
【００１１】演算出力部２３は、フィードフォワード制
御部２１からのフィードフォワード演算値Ｕｆｆ、フィ
ードバック制御部２２からのフィードバック演算値Ｕｆ
ｂ、外乱補償部２４からの外乱推定値τｅ、及びパラメ
ータ推定部１１からのパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔ
ce，Ｔde，ＫTeに基づいて後述する（４３）式の演算を
行なってトルク指令Ｉｃを求め、パラメータ推定部１１
及び機械系１３に出力する。
御部２１からのフィードフォワード演算値Ｕｆｆ、フィ
ードバック制御部２２からのフィードバック演算値Ｕｆ
ｂ、外乱補償部２４からの外乱推定値τｅ、及びパラメ
ータ推定部１１からのパラメータ推定値Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔ
ce，Ｔde，ＫTeに基づいて後述する（４３）式の演算を
行なってトルク指令Ｉｃを求め、パラメータ推定部１１
及び機械系１３に出力する。
【００１２】次に上記実施形態の動作を説明する。先
ず、本発明の対象とする機械系１３の特性について説明
する。機械系１３は、直線系、回転系に分けられるが、
どちらも同じ理論で説明できるので、ここでは回転系を
例にとって説明する。機械系１３は、一定の負荷トル
ク、粘性抵抗、クーロン摩擦が作用する１慣性とする。
この運動方程式を以下に示す。
ず、本発明の対象とする機械系１３の特性について説明
する。機械系１３は、直線系、回転系に分けられるが、
どちらも同じ理論で説明できるので、ここでは回転系を
例にとって説明する。機械系１３は、一定の負荷トル
ク、粘性抵抗、クーロン摩擦が作用する１慣性とする。
この運動方程式を以下に示す。
【００１３】 Ｊ（ｄω／ｄｔ）＝τ−Ｄω−Ｔc ・sign（ω）−Ｔd …（１） 但し、Ｊ：慣性モーメント、τ：発生トルク、Ｄ：粘性
抵抗係数、Ｔc ：クーロン摩擦の大きさ、Ｔd ；一定の
負荷トルク、ω：角速度である。
抵抗係数、Ｔc ：クーロン摩擦の大きさ、Ｔd ；一定の
負荷トルク、ω：角速度である。
【００１４】sign（ω）は、切換関数であり、以下の式
で表わされる。 sign（ω）＝１（ω≧０） sign（ω）＝−１（ω＜０） また、発生トルクτは、トルク指令Ｉｃと線形の関係に
あると見てよく、 τ＝ＫT Ｉｃ …（２） の関係式が成立する。
で表わされる。 sign（ω）＝１（ω≧０） sign（ω）＝−１（ω＜０） また、発生トルクτは、トルク指令Ｉｃと線形の関係に
あると見てよく、 τ＝ＫT Ｉｃ …（２） の関係式が成立する。
【００１５】上記（２）式を（１）式に代入して次の
（３）式を得る。 Ｊ（ｄω／ｄｔ）＝ＫT Ｉｃ−Ｄω−Ｔc ・sign（ω）−Ｔd …（３） 次にパラメータ推定部１１の動作について説明する。
（３）式を得る。 Ｊ（ｄω／ｄｔ）＝ＫT Ｉｃ−Ｄω−Ｔc ・sign（ω）−Ｔd …（３） 次にパラメータ推定部１１の動作について説明する。
【００１６】頻繁に負荷を取り替えたり、外界の温度、
湿度等が変化すると、（３）式の全てのパラメータが程
度の差はあるが変動する。このような状況でも制御性能
を維持するためには、パラメータの変動を情報として獲
得し、新しい推定パラメータを基に制御系を再調整すれ
ば良いことになる。
湿度等が変化すると、（３）式の全てのパラメータが程
度の差はあるが変動する。このような状況でも制御性能
を維持するためには、パラメータの変動を情報として獲
得し、新しい推定パラメータを基に制御系を再調整すれ
ば良いことになる。
【００１７】従って、（３）式中の全パラメータＪ，
Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT を推定する。推定法には、最小２
乗法があるが、この方法は収束時間が明確でなく、収束
に関係したパラメータの調整を必要とするなどあまり実
用的ではない。ここでは、本発明の中心の１つである新
しいパラメータ推定法について説明する。
Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT を推定する。推定法には、最小２
乗法があるが、この方法は収束時間が明確でなく、収束
に関係したパラメータの調整を必要とするなどあまり実
用的ではない。ここでは、本発明の中心の１つである新
しいパラメータ推定法について説明する。
【００１８】上記した５つのパラメータの推定値を評価
するために以下のエラーシステムを導入する。 ｄη／ｄｔ＝−λη＋λ［（Ｊｅ−Ｊ）（ｄω／ｄｔ）＋（Ｄｅ−Ｄ）ω ＋（Ｔce−Ｔc ）sign（ω）＋（Ｔde−Ｔd ） −（ＫTe−ＫT ）Ｉｃ］ …（４） 上記（４）式において、Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTe
は、それぞれパラメータＪ，Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT の推
定値である。ηはパラメータ推定誤差があると、そのパ
ラメータ誤差分にた対応するトルクの和を１次遅れで出
力する変数であり、誤差を評価するのに利用できる。λ
は１次遅れ系の折点周波数であり、λ-1は時定数に対応
する。上記（４）式のままでは、右辺に未知のパラメー
タがあるため、ηを直接求めることができない。そこ
で、（４）式を（３）式に代入して η' ＝−λη＋λ（Ｊｅω' ＋Ｄｅω＋Ｔce・sign（ω） ＋Ｔde−ＫTeＩｃ） …（５） 上記（５）式は、既知の信号と推定パラメータによって
表現されており、パラメータ推定誤差ηを求めることが
できる。ηを求めるために既知の信号の１次遅れ出力を
それぞれ求める。
するために以下のエラーシステムを導入する。 ｄη／ｄｔ＝−λη＋λ［（Ｊｅ−Ｊ）（ｄω／ｄｔ）＋（Ｄｅ−Ｄ）ω ＋（Ｔce−Ｔc ）sign（ω）＋（Ｔde−Ｔd ） −（ＫTe−ＫT ）Ｉｃ］ …（４） 上記（４）式において、Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTe
は、それぞれパラメータＪ，Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT の推
定値である。ηはパラメータ推定誤差があると、そのパ
ラメータ誤差分にた対応するトルクの和を１次遅れで出
力する変数であり、誤差を評価するのに利用できる。λ
は１次遅れ系の折点周波数であり、λ-1は時定数に対応
する。上記（４）式のままでは、右辺に未知のパラメー
タがあるため、ηを直接求めることができない。そこ
で、（４）式を（３）式に代入して η' ＝−λη＋λ（Ｊｅω' ＋Ｄｅω＋Ｔce・sign（ω） ＋Ｔde−ＫTeＩｃ） …（５） 上記（５）式は、既知の信号と推定パラメータによって
表現されており、パラメータ推定誤差ηを求めることが
できる。ηを求めるために既知の信号の１次遅れ出力を
それぞれ求める。
【００１９】 ｑ'1＝−λｑ1 ＋λω， ｑ1 （０）＝０ …（６） ｑ'2＝−λｑ2 ＋λ・sign（ω），ｑ2 （０）＝０ …（７） ｑ'3＝−λｑ3 ＋λ， ｑ3 （０）＝０ …（８） ｑ'4＝−λｑ4 ＋λＩｃ， ｑ4 （０）＝０ …（９） 上記ｑ3 は、次の理由により必要である。Ｔdeは、一定
の負荷トルク推定値であるが、これはパラメータ推定値
Ｔdeに既知のコンスタント信号１を掛けたものとみな
す。ｑ3 は、このコンスタント信号１の１次遅れを表わ
し、スクラップ応答となる。上記（６）式〜（９）式を
使用すると、（５）式は（１０）式で表わされる。
の負荷トルク推定値であるが、これはパラメータ推定値
Ｔdeに既知のコンスタント信号１を掛けたものとみな
す。ｑ3 は、このコンスタント信号１の１次遅れを表わ
し、スクラップ応答となる。上記（６）式〜（９）式を
使用すると、（５）式は（１０）式で表わされる。
【００２０】 η＝Ｊｅｑ'1＋Ｄｅｑ1 ＋Ｔceｑ2 ＋Ｔdeｑ3 −ＫTeｑ4 …（１０） （１０）式は、推定パラメータについて線形である。よ
って、推定パラメータに関して連立方程式の形になるよ
うに状態変数ｑ1 〜ｑ4 を処理する。
って、推定パラメータに関して連立方程式の形になるよ
うに状態変数ｑ1 〜ｑ4 を処理する。
【００２１】推定にあたっては、以下に示す条件を考慮
する。 ＜１＞パラメータ推定に必要な時間が予測できること。 ＜２＞演算量をできるだけ少なくすること。
する。 ＜１＞パラメータ推定に必要な時間が予測できること。 ＜２＞演算量をできるだけ少なくすること。
【００２２】条件＜１＞の予測ができるようにするに
は、一定の時間の演算でパラメータ推定値が得られるよ
うにする必要がある。よって、演算時間をＴとする。連
続的に計算すれば、パラメータ推定値は時間間隔Ｔ
（ｓ）毎に新しい値が得られることになる。
は、一定の時間の演算でパラメータ推定値が得られるよ
うにする必要がある。よって、演算時間をＴとする。連
続的に計算すれば、パラメータ推定値は時間間隔Ｔ
（ｓ）毎に新しい値が得られることになる。
【００２３】条件＜２＞を実現するために連立方程式に
帰着した形において、既知の係数の一部を「０」にする
ように工夫する。係数の一部を「０」にできれば、逆行
列を解く際の演算量はかなり低減することができる。
帰着した形において、既知の係数の一部を「０」にする
ように工夫する。係数の一部を「０」にできれば、逆行
列を解く際の演算量はかなり低減することができる。
【００２４】以下、その方法について述べる。（４）式
と（６）式ないし（９）式より、ηは（１１）式のよう
にも表現できる（誤差表現）。
と（６）式ないし（９）式より、ηは（１１）式のよう
にも表現できる（誤差表現）。
【００２５】 η＝δＪｑ'1＋δＤｑ1 ＋δTc ｑ2 ＋δTd ｑ3 −δＫT ｑ4 …（１１） 但し、δＪ＝Ｊｅ−Ｊ，δＤ＝Ｄｅ−Ｄ，δＴc ＝Ｔce
−Ｔc ，δＴd ＝Ｔde−Ｔd ，δＫTe＝ＫTe−ＫＴであ
り、これらはパラメータ推定誤差を表わしている。
−Ｔc ，δＴd ＝Ｔde−Ｔd ，δＫTe＝ＫTe−ＫＴであ
り、これらはパラメータ推定誤差を表わしている。
【００２６】上記（１１）式の両辺にｑ’１，ｑ1 〜ｑ
4 の５つの変数をそれぞれ掛け、演算時間Ｔの周期（こ
こでは（ｎ−１）Ｔ≦ｔ≦ｎＴ，ｎは整数と表わす）で
積分すると、（１２）式〜（１６）式を得る。
4 の５つの変数をそれぞれ掛け、演算時間Ｔの周期（こ
こでは（ｎ−１）Ｔ≦ｔ≦ｎＴ，ｎは整数と表わす）で
積分すると、（１２）式〜（１６）式を得る。
【００２７】
【数１】
【００２８】
【数２】 上記（１２）式〜（１６）式を１つにまとめて
【００２９】
【数３】
【００３０】
【数４】
【００３１】上記（１７）式〜（１９）式よりパラメー
タ誤差は、（２０）式〜（２３）式で表わされる。 δＰ＝（δＪ，δＤ，δＴc ，δＴd ，δＫT ）T …（２０） Ｂ＝（Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，Ｂ4 ，Ｂ5 ）T …（２１）
タ誤差は、（２０）式〜（２３）式で表わされる。 δＰ＝（δＪ，δＤ，δＴc ，δＴd ，δＫT ）T …（２０） Ｂ＝（Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 ，Ｂ4 ，Ｂ5 ）T …（２１）
【００３２】
【数５】
【００３３】δＰ＝Ａ-1・Ｂ …（２３） 時刻（ｎ−１）Ｔ時の推定値を Ｐ（ｎ−１）＝（Ｊｅ（ｎ−１），Ｄｅ（ｎ−１），Ｔce（ｎ−１）， Ｔde（ｎ−１），ＫTe（ｎ−１））T …（２４） とし、時刻ｎＴ時で得られたパラメータ誤差をδＰ（ｎ
−１）とすると、時刻ｎＴ時で得られる推定パラメータ
は、（１１）式の誤差の定義より、 Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）−δＰ（ｎ） …（２５） の形で求められる。行列Ａは、対称行列であり、計算す
る要素は、「２５」ではなく「１５」である。実用性を
考慮すると、更に演算個数の低減を検討する必要があ
る。そこで、パラメータを推定するときは、機械系の運
動をあるパターンに限定することにより、行列Ａの要素
のいくつかを「０」にする。この運動パターンは、正負
対称の周期関数であり、（２６）式で表わされる。
−１）とすると、時刻ｎＴ時で得られる推定パラメータ
は、（１１）式の誤差の定義より、 Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）−δＰ（ｎ） …（２５） の形で求められる。行列Ａは、対称行列であり、計算す
る要素は、「２５」ではなく「１５」である。実用性を
考慮すると、更に演算個数の低減を検討する必要があ
る。そこで、パラメータを推定するときは、機械系の運
動をあるパターンに限定することにより、行列Ａの要素
のいくつかを「０」にする。この運動パターンは、正負
対称の周期関数であり、（２６）式で表わされる。
【００３４】 ω（ｔ）＝−ω（ｔ−Ｔ／２），（何故ならば、ω≠０） …（２６） 但し、Ｔは前述の演算時間であり、この時間に運動パタ
ーンの周期を合わせる。ｔ《λ-1で、系が十分定常的な
周期運動のとき、 ｑ1 （ｔ）＝−ｑ1 （ｔ−（Ｔ／２）） …（２７） ｑ'1（ｔ）＝−ｑ'1（ｔ−（Ｔ／２）） …（２８） ｑ2 （ｔ）＝−ｑ2 （ｔ−（Ｔ／２）） …（２９） ｑ3 （ｔ）＝１ …（３０） と見なせる。ここで、信号ｙa ，ｙb の直交性を（３
１）式で定義する。
ーンの周期を合わせる。ｔ《λ-1で、系が十分定常的な
周期運動のとき、 ｑ1 （ｔ）＝−ｑ1 （ｔ−（Ｔ／２）） …（２７） ｑ'1（ｔ）＝−ｑ'1（ｔ−（Ｔ／２）） …（２８） ｑ2 （ｔ）＝−ｑ2 （ｔ−（Ｔ／２）） …（２９） ｑ3 （ｔ）＝１ …（３０） と見なせる。ここで、信号ｙa ，ｙb の直交性を（３
１）式で定義する。
【００３５】
【数６】 この定義によれば、（１９）式のＡ12，Ａ14，Ａ24，Ａ
34は、直交関係より「０」になる。
34は、直交関係より「０」になる。
【００３６】
【数７】 上記（３２）式〜（３５）式より、上記（２２）式は、
（３６）式になる。
（３６）式になる。
【００３７】
【数８】
【００３８】上記（３６）式におけるＡの要素演算回数
は、「１５」から「１１」に低減することができる。次
に制御演算部１２の動作について説明する。
は、「１５」から「１１」に低減することができる。次
に制御演算部１２の動作について説明する。
【００３９】［フィードフォワード制御部２１］物理パ
ラメータＪ，Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT の推定値を利用して
フィードフォワード補償を行なう。演算式は、 Ｕｆｆ（ｔ）＝Ｊｅαｒ（ｔ）＋Ｄｅωｒ＋Ｔce・sign（ω）＋Ｔde …（３７） 但し、Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeは、推定されたパ
ラメータ値を表わす。ωｒ（ｔ），αｒ（ｔ）は、それ
ぞれ速度、加速度の指令値である。
ラメータＪ，Ｄ，Ｔc ，Ｔd ，ＫT の推定値を利用して
フィードフォワード補償を行なう。演算式は、 Ｕｆｆ（ｔ）＝Ｊｅαｒ（ｔ）＋Ｄｅωｒ＋Ｔce・sign（ω）＋Ｔde …（３７） 但し、Ｊｅ，Ｄｅ，Ｔce，Ｔde，ＫTeは、推定されたパ
ラメータ値を表わす。ωｒ（ｔ），αｒ（ｔ）は、それ
ぞれ速度、加速度の指令値である。
【００４０】［フィードバック制御部２２］フィードバ
ック制御部２２は、パラメータ推定値に基づくフィード
フォワード制御で、目標値近傍に駆動された後の精密な
制御を行なう。推定された慣性モーメント値に基づい
て、位置、速度ゲインを自動調整する。フィードバック
制御部２２の演算式及び位置、速度ゲイン調整式を（３
８）式及び（３９）式に示す。
ック制御部２２は、パラメータ推定値に基づくフィード
フォワード制御で、目標値近傍に駆動された後の精密な
制御を行なう。推定された慣性モーメント値に基づい
て、位置、速度ゲインを自動調整する。フィードバック
制御部２２の演算式及び位置、速度ゲイン調整式を（３
８）式及び（３９）式に示す。
【００４１】 Ｕｆｂ（ｔ）＝Ｋｐ（θｒ−θ）＋Ｋｖ（ωｒ−ω） …（３８） Ｋｖ＝Ｊｅωｖ，Ｋｐ＝ωｖ／（４ξ2 ） …（３９） 但し、Ｋｐ：位置ゲイン、Ｋｖ：速度ゲイン、θｒは位
置の目標値、ωｖは速度制御帯域、ξ：位置制御系のダ
ンピングである。
置の目標値、ωｖは速度制御帯域、ξ：位置制御系のダ
ンピングである。
【００４２】［外乱補償部２４］外乱補償部２４は、正
確にパラメータ推定を行ない、（３７）式、（３８）式
の制御の他に、更に未知の外乱が作用しても速やかに外
乱力を打ち消すために設けたものである。未知外乱をτ
* として（３）式に加えると、 Ｊω' ＝ＫT Ｉｃ−Ｄω−Ｔc ・sign（ω）−Ｔd ＋τ* …（４０） が得られ、外乱τ* を求めると、 τ* ＝Ｊω' ＋Ｄω＋Ｔc ・sign（ω）＋Ｔd −ＫT Ｉｃ …（４１） となる。利用できる状態変数ｑ1 〜ｑ4 を使用し、外乱τ* を推定すると、 τｅ＝Ｊｅｑ'1＋Ｄｅｑ1 ＋Ｔceｑ2 ＋Ｔdeｑ3 −ＫTeｑ4 …（４２） 上式は、（１０）式の誤差表現と同一であるが、（４
２）式ではパラメータは既に正確に推定されたものとし
て外乱を推定している。
確にパラメータ推定を行ない、（３７）式、（３８）式
の制御の他に、更に未知の外乱が作用しても速やかに外
乱力を打ち消すために設けたものである。未知外乱をτ
* として（３）式に加えると、 Ｊω' ＝ＫT Ｉｃ−Ｄω−Ｔc ・sign（ω）−Ｔd ＋τ* …（４０） が得られ、外乱τ* を求めると、 τ* ＝Ｊω' ＋Ｄω＋Ｔc ・sign（ω）＋Ｔd −ＫT Ｉｃ …（４１） となる。利用できる状態変数ｑ1 〜ｑ4 を使用し、外乱τ* を推定すると、 τｅ＝Ｊｅｑ'1＋Ｄｅｑ1 ＋Ｔceｑ2 ＋Ｔdeｑ3 −ＫTeｑ4 …（４２） 上式は、（１０）式の誤差表現と同一であるが、（４
２）式ではパラメータは既に正確に推定されたものとし
て外乱を推定している。
【００４３】上記推定した外乱τｅをトルク指令にフィ
ードバックすることにより、未知外乱を抑制することが
できる。［演算出力部２３］演算出力部２３の出力形式
は、次に示す（４３）式で表わされる。
ードバックすることにより、未知外乱を抑制することが
できる。［演算出力部２３］演算出力部２３の出力形式
は、次に示す（４３）式で表わされる。
【００４４】 Ｉｃ＝（１／ＫTe）（Ｕｆｆ＋Ｕｆｂ−τｅ） …（４３） すなわち、演算出力部２３は、フィードフォワード制御
部２１のフィードフォワード演算値Ｕｆｆとフィードバ
ック制御部２２のフィードバック演算値Ｕｆｂとを加算
すると共に、外乱補償部２４から出力される推定外乱τ
ｅを減算し、その演算結果に（１／ＫTe）を乗じ、トル
ク指令Ｉｃを出力する。このトルク指令Ｉｃにより機械
系１３が駆動される。
部２１のフィードフォワード演算値Ｕｆｆとフィードバ
ック制御部２２のフィードバック演算値Ｕｆｂとを加算
すると共に、外乱補償部２４から出力される推定外乱τ
ｅを減算し、その演算結果に（１／ＫTe）を乗じ、トル
ク指令Ｉｃを出力する。このトルク指令Ｉｃにより機械
系１３が駆動される。
【００４５】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、パ
ラメータ推定部によって未知パラメータを推定し、機械
系の動特性を把握できるので、この推定値を演算制御部
に入力して適正な調整を行なうことが可能になる。これ
により、機械系やサーボモータのパラメータが不明の場
合であってもパラメータを推定して自動的に調整できる
と共に、機械系の特性が変動しても自動的に再調整する
ことができる。
ラメータ推定部によって未知パラメータを推定し、機械
系の動特性を把握できるので、この推定値を演算制御部
に入力して適正な調整を行なうことが可能になる。これ
により、機械系やサーボモータのパラメータが不明の場
合であってもパラメータを推定して自動的に調整できる
と共に、機械系の特性が変動しても自動的に再調整する
ことができる。
【図１】本発明の一実施形態に係るオートチューニング
サーボ装置の構成を示すブロック図。
サーボ装置の構成を示すブロック図。
【図２】従来のサーボ装置の構成を示すブロック図。
１１ パラメータ推定部 １２ 制御演算部 １３ 機械系 ２１ フィードフォワード制御部 ２２ フィードバック制御部 ２３ 演算出力部 ２４ 外乱補償部
Claims (1)
- 【請求項１】 サーボモータを含む機械系の位置及び速
度を制御するサーボ装置において、 前記機械系の慣性項、粘性項、クーロン摩擦、定常外乱
力、サーボモータのトルク定数を推定するパラメータ推
定部と、 前記パラメータ推定部で推定されたパラメータの数値を
基に制御系のパラメータを変更する制御演算部とを具備
したことを特徴とするオートチューニングサーボ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22378997A JPH1165608A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | オートチューニングサーボ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22378997A JPH1165608A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | オートチューニングサーボ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1165608A true JPH1165608A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16803745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22378997A Withdrawn JPH1165608A (ja) | 1997-08-20 | 1997-08-20 | オートチューニングサーボ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1165608A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015001659A1 (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 富士機械製造株式会社 | メンテナンス必要個所を推定可能な自動システム |
| JP2015058520A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボット制御装置およびロボット制御方法 |
| JP2016035677A (ja) * | 2014-08-04 | 2016-03-17 | 日本電産サンキョー株式会社 | モータシステム |
| JP2021157428A (ja) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | いすゞ自動車株式会社 | パラメータ調整装置 |
-
1997
- 1997-08-20 JP JP22378997A patent/JPH1165608A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015001659A1 (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 富士機械製造株式会社 | メンテナンス必要個所を推定可能な自動システム |
| CN105359044A (zh) * | 2013-07-05 | 2016-02-24 | 富士机械制造株式会社 | 能够推定需要维护部位的自动系统 |
| JPWO2015001659A1 (ja) * | 2013-07-05 | 2017-02-23 | 富士機械製造株式会社 | メンテナンス必要個所を推定可能な自動システム |
| US10520936B2 (en) | 2013-07-05 | 2019-12-31 | Fuji Corporation | Automated system capable of estimating portion requiring maintenance |
| JP2015058520A (ja) * | 2013-09-20 | 2015-03-30 | 株式会社デンソーウェーブ | ロボット制御装置およびロボット制御方法 |
| JP2016035677A (ja) * | 2014-08-04 | 2016-03-17 | 日本電産サンキョー株式会社 | モータシステム |
| JP2021157428A (ja) * | 2020-03-26 | 2021-10-07 | いすゞ自動車株式会社 | パラメータ調整装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041102 |