JPS62126403A - 速度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、速度制御方式に係り、特に、低剛性負荷を有
するサーボモータの速度制御方式に関する。

（従来技術） 従来、ＤＣサーボモータにより、低剛性負荷、例えばロ
ボットアームを制御する際に、機械（アーム）先端の速
度、加速度をオブザーバにより推定し、この推定値をサ
ーボ制御系にフィードバックすることにより、制御系の
減衰係数や帯域等の制御性能を改善する試みが提案され
ていた。

第６図は１本発明の出願人が、特開昭６０−２００７８
８号公報で提案した、オブザーバによる速度推定を説明
するブロック図である０図において、１，２．３は演算
器、４はオブザーバ（推定器）、５はモータ、６はＩ−
Ｐコントローラ、■はモータ速度、θは負荷の位置、■
はモータ電流、Ｖｃは速度指令、Ｕはトルク指令、ＩＬ
　は負荷トルクを示す電流、ｋ、は積分ゲイン、ｋ２は
フィードバックゲイン、Ｋｒｎはモータの定数、Ｋｔは
トルク定数、Ｊは負荷とモータを加え合わせたイナーシ
ャ、Ｋｐはロータリエンコーダによる換算係数、Ｔｍは
モータの巻線抵抗をＲａ、インダクタンスをＬａとする
ときの（Ｌａ／Ｒａ）の値である。速度推定値Ｖは次の
ようにして求める。

まず、速度指令値Ｖｃと後述する速度推定値Ｖの差が演
算器１から出力される。この出力信号は積分され演算器
２に出力される。一方、後述する速度推定値Ｖにフィー
ドバックゲインに２をかけたものが演算器２に入力され
、それらの入力信号間の差がトルク指令Ｕとして出力さ
れ、モータ５が制御される。そして、モータの速度はＶ
として出力され、ロータリエンコーダによって位置θが
検出される。ここで位置θの情報には演算器３において
負荷トルク（クーロン摩擦）を示す電流Ｉしが加えられ
た結果が含まれる。

推定器、つまり、オブザーバ４を用いて速度推定値を得
る場合には、定常的な推定誤差を生ずる原因となる負荷
トルクを同時に推定する。即ち、推定器４にはモータ電
流Ｉと負荷トルクを示すＩＬを考慮した位置情報θを入
力し、速度推定値Ｖを出力する。

この点について、更に詳細に説明すると、前記モータ電
流工、速度Ｖ、位置θ、負荷トルクによる電流ＩＬ　　
として、同一次元オブザーバを構成すると、次のように
なる。

実際に検出し、推定器つまり、オブザーバ４に入力する
ものはモータ電流Ｉと位置０であり、ディジタル処理す
る為の同−次元オブザーバは。

ここで、Ｔはサンプリング周期、入１　、入２゜入５は
オブザーバのゲインであり、推定値が真価に収束するた
めの時間に反比例する。

そこで、これをマイクロプロセッサで処理する為に上記
のオブザーバを下記のアルゴリズムで実第２図は、モー
タの出力トルクを入力とする制御系のブロック図である
０図において、Ｕはモータの出力トルク、Ｊｍはモータ
のロータイナーシャ、ＪＬ　　は機械負荷、例えばロボ
ットアームのモータ軸換算イナーシャ、Ｋはモータと機
械負荷との間のバネ係数、Ｔ、は機械負荷に加わる負荷
（外乱）トルク、ｎｌはモータ速度、ｎｌはモータの加
速度、δ１はモータの回転位置、ｎｌは機械負荷の速度
、ｉ２は機械負荷の加速度、δ２は機械負荷の位置を表
わしている。なお、Ｓは微分係数（ｄ／ｄｔ）である。

第２図のブロック図は、第３図のように書き換えること
ができる。ここで、ＴｍＬｌは、モータと機械負荷間の
伝達トルクである。

いま、外乱トルクＴしをステップ外乱と仮定すこのとき
、δ１．ｎｌ、Ｔ工１．　　、　ｎ’２　、　ＴＬ、　
　の／＞　　　　◇ 推定値をそれぞれθｌ、　ｎｔ　、Ｔｍ＊　　、　ｎｌ
　、Ｔとすると、次式が成立する。

これより、第３図のブロック図にオブザーバＡを付加し
た場合のブロック図は、第４図のように表わされる。図
において、ｋ１〜に４は定数、ｋ５は摩擦係数である。

比較器ａには、モータ位置の観測値θｌと、実際のモー
タの位置θ１が入力される。

（従来技術の問題点） このような従来のオブザーバによる速度や加速度の推定
は、制御系のすべてのパラメータが既知であることを前
提としていたが、パラメータ変動がある場合の制御性能
の改善については考慮されていなかった。

例えば、ロボットアーム等の低剛性負荷とＤＣサーボモ
ータとの間に減速器が設けられている場合には、ＤＣサ
ーボモータと機械負荷との間のバネ係数には、モータの
イナーシャにより変動し、機械負荷に伝達されるトルク
エムに外乱トルクが含まれ、制御性能が不安定になると
いう問題があった。そこで、本発明はこのような従来技
術の問題点を解消しようとするものである。

（問題点を解消するための手段） 本発明は、サーボモータにより駆動される機械負荷の速
度を推定するオブザーバＡと、サーボモータ単体の速度
を推定するオブザーバＢとを設け、オブザーバＢの負荷
トルク及びパラメータ変動に対応するトルク（外乱）と
、オブザーバＡのモータ軸に対する外乱トルクの値が一
致するように、オブザーバＡとオブザーバＢの推定値の
差分を、オブザーバＡの機械負荷のイナーシャに対する
トルク入力部にフィードバックすることを特徴とする、
速度制御方式を提供することにより、上記した従来技術
の問題点を解消するものである。

（作用） 本発明は、モータ軸単体のオブザーバによる推定値によ
り、モータによる駆動される機械負荷の他のオブザーバ
による推定値を補正しているので、正確に機械負荷の加
速度や速度を推定できる。

（実施例） 以下、図により本発明の実施例について説明する。本発
明は、第４図で説明した、モータ軸と機械負荷とを含む
制御系のオブザーバＡとは別個に、モータ軸単体のオブ
ザーバＢを設けることを特徴とするものである。

第５図は、モータ軸単体のオブザーバＢを制御系に設け
たブロック図である。但し、Ｔｍシの発生（推定）機構
は含まないものとする０図において、モータ軸の位置θ
１とその推定値θ１は、比較器すに入力される。この比
較器すの出力θ１−〇について解を求めると、 が成立し、これより が導かれる。（７）式より、Ｊｍ−に２　（θｌ−０１
）は、Ｔ　ｍ（−を推定していることになる。

ところで、サーボモータと、このサーボモータにより駆
動される機械負荷の速度等を推定する場合には、オブザ
ーバは一種の時定数回路とみることができ、モータの時
定数の方が短く、即ち、機械負荷よりも早く推定値が得
られる。したがって、モータ単体のオブザーバＢで得ら
れたＴｍ（−の推定値で、モータと機械負荷を含めた制
御系のオブザーバＡの推定値を補正することにより、バ
ネ係数にや外乱トルクＴＬが変動しても、正確に機械負
荷の加速度Ｒ２や速度ｎ２を推定できる。

第１図は１本発明のオブザーバを２個設けた制御系を示
すブロック図である０図に示すように、制御系には、モ
ータと機械負荷に対するオブザーバＡと、モータ軸単体
のオブザーバＢとを設ける。

モータ軸単体のオブザーバＢで推定されたＴｍ、と、モ
ータ及び機械負荷に対するオブザーバＡで推定値ＴｍＬ
　とは、比較器Ｃに入力され、その差分信号Ｎ　（ｓ）
は、オブザーバＡの比較器ｄに、オブザーバＡのＴｍＬ
の推定値がオブザーバＢのＴ　ＩＩＩＩＬの推定値と等
しくなるようにフィードバックされる。これによって、
オブザーバＡの比較器ｅからは補正されたＴｍＬの推定
値が得られるので、バネ定数にや外乱トルクＴＬ　が変
動しても、正確に機械負荷の加速度ｎ２及び速度ｎ２を
推定することができる。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明によれば、モータ軸単体の
オブザーバによるＴｍＬの推定値で、モータにより駆動
される機械負荷のＴｍＬの推定値を補正しているので、
正確に機械負荷の加速度及び速度を推定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図〜第４図は従来例
のブロック図、第５図はモータ単体にオブザーバを設け
た例のブロック図、第６図はオブザーバにより速度を推
定する原理を説明するブロック図である。 Ａ、Ｂ・・・オブザーバ、Ｕ・・・モータの出力トルク
、Ｊｍ・・・モータのロータイナーシャ、ＪＬ　　・・
・機械負荷のモータ軸換算イナーシャ、Ｋ・・・バネ係
数、ＴＬ　・・・外乱トルク、ｎｌ・・・モータ速度、
ｎ２・・・機械負荷速度１　θ１・・・モータ軸位置、
θ２・・・機械負荷位置。 特許出願人　　ファナック株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　實オブプ
ニバ８ ｆｈ　　　　　” Ｔ７’Ｆ−ノく”８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サーボモータにより駆動される機械負荷の速度を推定す
   るオブザーバＡと、サーボモータ軸単体の速度を推定す
   るオブザーバＢとを設け、オブザーバＢの負荷トルク及
   びパラメータ変動に対応するトルク（外乱）と、オブザ
   ーバＡのモータ軸に対する外乱トルクの値が一致するよ
   うに、オブザーバＡとオブザーバＢの推定値の差分を、
   オブザーバＡの機械負荷のイナーシャに対するトルク入
   力部にフィードバックすることを特徴とする、速度制御
   方式。