JPS62233081A

JPS62233081A - モ−タの速度制御方式

Info

Publication number: JPS62233081A
Application number: JP61076289A
Authority: JP
Inventors: Keiji Sakamoto; 坂本　啓二; Yukio Toyosawa; 雪雄豊沢
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1986-04-02
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1987-10-13

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〕本発明はモータの速度制御方式に関し、特に、低剛性負
荷を高速で安定に駆動するサーボモータの速度制御方式
に関する。

〔従来の技術〕

ロボットのアームのような低剛性の負荷を制御するため
には、モータからのみの帰還信号をフィードバンクする
のみでは、高速で安定した制御をすることは困難である
。又、ロボットの１−ムのような負荷の先端に検出器を
とりつけることは事実上不可能である。

このような問題を解決する手段として所謂オブザーバを
もちいて、負荷の速度を予測してその推定値を帰還する
ことにより、負荷からのフィードバンク信号を必要とせ
ずに低剛性の負荷の速度を制御する方式が用いられてい
る。

第３図にこの方式の伝達関数のブロック線図を示す。第
３図において、５１．５２．５３．５４．５５は演算器
、６０はＩ−Ｐコントローラ、６１はモータ、６２は低
剛性の負荷、６３はオブザーバである。

ｖｃは速度指令値、Ｕはトルク指令、■１はモータの速
度、■、は負荷の速度、ＩＬは負荷トルク（クーロン摩
擦）を示す電流、■はモータ電流、θはモータの位置、
■は負荷の速度推定値を表す。

Ｋ、はＩ−Ｐコントローラの積分定数、Ｋ２は１−Ｐコ
ントローラの比例帰還定数、Ｋ、、はサーボアンプのゲ
イン、Ｔ１はモータの電気的時定数、ＫＬはモータのト
ルク定数、Ｊｌはモータのイナーシャ、Ｋ、は負荷のバ
ネ定数、Ｊ、は負荷のイナーシャ、Ｋｐは位置検出ゲイ
ンである。

次にこの制御系の動作について説明する。まず、速度指
令値Ｖ、と速度推定値■の差が演算器５１から出力され
る。この出力信号は積分され演算器５２に出力される。

速度推定値Ｖに比例帰還定数に２をかけたものが演算器
５２に人力され、その差がトルク指令Ｕとして出力され
る。この指令Ｕによってモータ６１が制御され、速度　
■７で動く。但し、演算器５３にはおいて負荷トルク（
クーロン摩擦）を示す電流ＩＬが加えらている。

−そして、ロータリエンコーダによってモータ６１の位
置θが検出される。負荷６２はモータの出力によって速
度■、で運動する。

オブザーバ６３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、オブザーバ６３にはモータ電流■と負
荷トルクを示すＴ１を考慮した位置情報θを入力し、速
度推定値■を出ツノする。ここで、Ｔをサンプリング周
期、λ１、λ２λ３をオブザーバのゲインとすると以下
の関係式が成立する。

この関係式から負荷の推定速度をもとめ、安定した速度
制御を可能にしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、ロボットのアームのような低剛性の負荷ではそ
の姿勢によって負荷イナーシャが変化する。

第２図はこのような状態を説明するための図であり、第
２図（ａ）はロボットのアームが屈曲しでいる状態、第
２図（ｂ）はロボットのアームが伸びた状態を表す。図
において、４０はロボット本体であり、４１はロボット
の第１アーム、４２は第２アームである。

図から明らかなように第１アームを駆動するモータ（図
示していない）の負荷イナーシャはアームの状態によっ
て異なってくる。従って、オブザーバによる速度推定値
Ｖも正確な値が得られず制御の安定性にも限度がある。

本発明はこのような問題点を解決しオブザーバによる速
度推定値を正確に求め、より安定性の高いモータの速度
制御方式を得ることを目的とする〔問題を解決するため
の手段〕本発明では上記問題点を解決するために、サーボモータ
の位置情報及びサーボモータの負荷電流から負荷の推定
速度を推定するオブザーバを有し、該推定速度を帰還し
てモータの速度を制御するモータの速度制御方式におい
て、機械負荷の位置情報から機械負荷のイナーシャを連
続的に計算する計算手段を有し、該計算されたイナーシ
ャをオブザーバへ入力し、前記サーボモータの位置情報
、前記サーボモータの負荷電流及び前記イナーシャから
負荷の速度を推定するように構成したことを特徴とする
モータの速度制御方式が提供される。

〔作用〕機械負荷の位置情報から機械のイナーシャは連続的に計
算され、オブザーバへ送られる。オブザーバはこの負荷
イナーシャをもとに正確に負荷の速度推定値を連続的に
算出し、これをフィードバンクする。これにによってよ
り正確なオブザーバループが構成される。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面に基すいて説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図である。図
において１０は制御装置全体を制御するメインＣＰＵ、
１１は制御プログラムを記憶しているＲ　ＯＭ、１２は
各種の書換可能なデータを記憶しているＲＡＭ、１３は
ＣＲＴディスプレイとキーボードを有するＭＤＩユニッ
トである。これらはパス１４を介して互いに結合されて
いる。

２１は共有ＲＡＭであり、メインＣＰＵと後述のサーボ
制御用ｃｐｕの情報交換に使用される。

３１はサーボ制御用ＣＰＵであり、サーボモータ３７の
制御のみを専用に行う。３２はサーボ用ＲＯＭであり、
３３はサーボ用ＲＡＭでありバス３５を介して、サーボ
制御用ＣＰＵ３１に結合されている。３６はサーボアン
プであり、サーボ制御用ＣＰＵからの指令を受けてサー
ボモータ３７を駆動する。３８はモータ内部の速度検出
器（図示されていない）からの速度帰還信号（Ｖ、）を
サーボ制御用ＣＰＵ３１に帰還する為のラインである。

３７はモータ内部のロータリエンコーダ（図示されてい
ない）からの位置信号（θ）をサーボ制御用ＣＰＵ３１
に帰還するためのラインである。

次に、一実施例の動作について述べる。メインＣＩ）　
Ｕ　Ｉ　Ｏ側では、共有ＲＡＭ２１を介してサーボ制御
用ＣＰＵ３１から各モータの位置情報を受は取る。この
位置情報から機械の状態を判別することができる。この
状態と予め与えられている機械側の形状から、その状態
にお゛ける機械のイナーシャ（Ｊ、）を一定時間毎に計
算する。計算されたイナーシャ（Ｊ、）は共有ＲＡＭ２
１を介してサーボ制御用ＣＰＵ３　ｉへ一定時間毎に送
られる。サーボ制御用ＣＰＵ３１　　（オブザーバ）は
このイナーシャ（Ｊ、　）、位置情報（θ）、モータ電
流（１）をもとにして、一定時間毎に負荷の推定速度■
を推定して、モータの速度制御を行う。

ごこて、負荷の推定速度■は負荷の状態に応じて時々刻
々計算されるので、より正確になり、負荷の制御を安定
に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では負荷の状態に応じたイ
ナーシャを時々刻々計算して、これをもとに負荷の速度
を推定しているので推定速度がより正確となり、従って
、低剛性の負荷でもより安定に制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図を示す図、第２図は負荷の状態によって負荷イナーシャが異なるこ
とを説明するための図、第３図は従来のオブザーバを用いた速度制御方式のブロ
ック線図である。１０−・−・メインＣＰＵ２１・−ｍ−−−・共有ＲＡＭ３１−・・・・サーボ制御用ｃｐｕ３６・・−−−−−サーボアンプ３７・・・・−・モータ４０・−・−ロボット４１−−一一一・・第１アーム４２−・・〜・第２アーム６０−−−−〜−・Ｉ−Ｐコントローラ６１−　モータ６２−・−負荷６３−−−オブザーバ出願人　　　ファナ・ツク株式会社代理人　　　弁理士　　服部毅巖第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サーボモータの位置情報及びサーボモータの負荷
電流から負荷の推定速度を推定するオブザーバを有し、
該推定速度を帰還してモータの速度を制御するモータの
速度制御方式において、機械負荷の位置情報から機械負
荷のイナーシャを連続的に計算する計算手段を有し、該計算されたイナーシャをオブザーバへ入力し、前記サ
ーボモータの位置情報、前記サーボモータの負荷電流及
び前記イナーシャから負荷の速度を推定するように構成
したことを特徴とするモータの速度制御方式。
（２）メインＣＰＵで負荷イナーシャを計算してサーボ
制御用ＣＰＵでオブザーバ機能を果たすように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモータの
速度制御方式。
（３）前記機械の位置情報を前記メインＣＰＵ内部の情
報から計算するように構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項又は第２項に記載のモータの速度制御方
式。
（４）前記機械の位置情報をサーボモータの位置検出器
からの帰還信号によって得るように構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のモータ
の速度制御方式。