JPS631389A - 電動機械の防振制御装置 - 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、電動機械における有害な加振力を抑制する防
振制御方法に関する． 〔従来の技術〕 一般に、負荷を減速機を介して駆動モータで駆動する場
合、減速機内部で有害な加振力が生じ、その結果、負荷
端に有害な振動が起こる．この振動問題は、このような
電動機械の高速化、高精度化を図る際に重要な問題とな
っている。

古谷氏らは、ハーモニフクドライブ減速機に発生するト
ルクリップルが、モータ回転周ｉ＋１１Ｅｆｉの２倍の
周波数を持つことに着目してアームの防振制御方式を提
案しているじロボットの防振制御に関する研究″．日本
機械学会講演論文集．　Ｉｔｋｔ８６０−ＩＰ２１〜２
４　（１９８６）　，古谷，佐久田，向井．米沢）。

この提案を箭単に紹介する。考察するシステムは第４図
のような１軸の振動モデルで表される．同図において、 ＪＩ　：アーム４０の慣性モーメント Ｊｔ　：ハーモニックドライブのウエーブジエネレータ
３０の慣性モーメント Ｊ，：モータ２０の慣性モーメント θ１　：アーム４０の回転角 θ２　：ウェーブジェネレータ３０の回転角θユ　：モ
ータ２０の回転角 Ｋｌ　：フレキシブルカップリングを含むアーム４０の
ねしりばね定数 Ｋｔ　：モータ軸のねしりばね定数 Ｃ，：アーム４０の粘性減衰係数 Ｃ２　：ウエーブジェネレータ３０の粘性減衰係数Ｃ，
：モータ２０の粘性減衰係数 である．またθ１，θ２，θ，は、それぞれモータ２０
の角速度ωで回転する座標系に対する角度とする．ここ
で、重力による負尚変動と粘性項を無視し、ハーモニフ
クドライブのトルクむらＰｏｓＩｎωｔを加振力と考え
、これを打ち消すためにモータ軸に加えるべきトルクを
Ｘｓｉｎωｔとすれば、第４図に示した振動モデルの運
動方程式は、次のようになる．・・・・・・・・・・ｔ
ｌ） ただし、Ｊ．Ｋ＋　は実際の値の１７Ｎ２倍、θ１はＮ
倍としている．Ｎはハーモニフクドライブの減速比であ
る。

（１）式の特殊解は ただし Ａ＋　＝Ｋ＋　ＩＦｏＣＫｚ−４Ｊｓω”）＋ＸＺＸｌ
　／Ｄ（ω）　・・・・（３）Ａｚ＝（Ｋ＋−４Ｊ＋ω
”）　（Ｆｏ（Ｋｇ−４Ｊｉω”）＋ＫｚＸｌ　／Ｄ（
（＋１）・・・・（４） Ａｘ＝〔（Ｋ＋−４３＋ω”）　［（Ｋｌ＋Ｋｚ−ｕｚ
ω”）Ｘ＋ＫＪｏｌ−Ｋ，”Ｘコ／Ｄ（ω）　　　　　
　　　　　　　　　　・・・．（５）である． 今、この系が共振状態でなければ、振幅Ａ　１，　Ａ　
２，Ａ，の分母Ｄ（ω）はＯでないから、アームの振幅
Ａ，をＯにするためには、（３）式よりＦ０（Ｋｔ−４
ｊ，ω２）＋Ｋｔｘ＝０　　　　　・・・・・・（７）
とすればよい．従ってモータに加えるべきトルクの振幅
Ｘは《７）式より Ｘ＝　　Ｆｏ（１　　４　　”　　ω”）　　　　　”
・＋８）Ｋｇ となる．さらに（８）式，（５）式，（２）式よりθ２
　＝　　（Ｆｏ／Ｋｇ）５１ｉ２ωｔ・・・・・・・・
・《９》となり、θコは Ｃ＝−ＣＦｏ／Ｋｘ）２ωｃｏｓ２ｔｒｚｔ　　−−−
−−・−・Ｑ（１＋となる．よって、静止座標に対する
モータ速度δ，′が ｅ　ｓ　’　＝　６）　　（　１　　　２（Ｆａ／Ｋｚ
）ｃｏｓ２ωｔｌ　　・”Ｊυとなるように速度指令信
号を補正すればよい．〔発明が解決しようとする問題点
〕 この提案による方法の特徴は、（８）式においてＪ＋，
Ｋｌなどの負荷に関する項が全くないことである。

従ってモータの負萄が変動しても同じ防振効果がある．
しかし、実際の制御にあたって、モータの回転周期に同
期させて三角関数を発生し、フィードフォワード系を構
成しているため、補正信号の位相ずれなどに対して非常
に影響を受け易いものとなってしまう。さらに減速機内
で発生する有害なトルクリソブルの振幅Ｆ０は一定値で
あることを前提としており、この値を求めなければなら
ない．しかしＦ０の値は一般に一定値とは限らずまたそ
の値を求めることは非常に困難である．本発明は、有害
な加振力を生じる減速機を介して負荷を駆動モータで駆
動する電動機械において、その有害な加振力を打ち消す
ようなトルク又は力を、トルク又は力の指令値に補正信
号として加えることにより、減速機内で生じる加振力に
よる負荷の振動を抑制する制御方式を与えるもので、電
動機械の高速化．高精度化を実現することを目的とする
。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 この目的を達成するため、本発明の防振制御方法は、有
害な加振力を生じる減速機を介して負荷を駆動モータで
駆動する電動機械において、駆動モータの変位又は速度
信号から変位．速度又は加速度の振動成分を求め、この
振動成分と該駆動モータの速度又は速度指令値に基づい
て、前記減速機内で生じる加振力による負荷の振動を抑
制する補正信号を算出し、この補正信号をトルクあるい
は力の指令値に加える制御を、通常のモータ制御に対し
て加法的に行うことを特徴とする。

ここで、算出された補正信号を位相補償回路に通した後
、トルクあるいは力の指令値に加えることが、制御安定
性の上で好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の特徴を、実施例を参照しながら詳細に説
明する。

第１図は、第４図に示した振動モデルに対して本発明を
適用した実施例を示す。

図において、１は位置ループ制御器、２は速度ループ制
御器、３はトルク制ｔｌ装置（電流フィードバックも含
む）、４は駆動モータ、５はハーモニックドライブ、６
は負荷、７は角速度検出器、８は角度検出器、９はハー
モニンクドライブ内で発生するトルクリフブルの周波数
帯域を通過域とするバンドバスフィルタ、１０はω，と
θ，を入力とし、（４ω．．”Ｊｓ　　Ｋｇ）θ，を出
力する演算器、ω．？ｘ．Ｊｘ．Ｋｚは前記と同しであ
る．ここで、θ，二角度指令値 ωｒ　二角速度指令値 τｒ　＝トルク指令値 τ１′：補正後のトルク指令値 θ：静止座標系におけるモータの角度 破線の枠内は従来のサーボ系を示す。

演算器１０の回路例を第２図に示す。同図において、ｌ
５は２乗演算器、１６はゲイン４Ｊ，のアンプ、１７は
加減算器、１８は乗算器を表す．第４図の振動モデルに
おいて、トルクムラＦｏｓ１ｎ２ωｔを打ち消すために
モータ軸に加えるトルクを一Ｆ８θ，とすると、振動モ
デルの運動方程式はｆｉｌ式より ・・・・・・・・■■■ となり、その特殊解は、 ただし Ａ１’　＝Ｆ６　・Ｋｌ（κｚ＋Ｆｘ−４ω”Ｊｘ”）
／ＤＣω）　　　　−・−０４１Ａ　ｔ’　＝　Ｆ６（
Ｋｌ−４　（Ｌｌ　”．Ｌ）　（Ｋｚ＋Ｆｌｌ−４　ｔ
ｄ　”Ｊｉ）／Ｄ（ωＬ・・０５１Ａ：ｌ’　＝Ｆｏ・
Ｋｉ（Ｋ＋−４（＋Ｊ”Ｊ＋）／Ｄ（ω）　　　　　　
・・・・Ｑ［９・・・・・・αη である。従って負荷の振幅Ａ＋を０にするためには、０
４１式より Ｋ２＋ＦＭ−４ω”Ｊ３＝　Ｏ　　　　　　　　　−−
−−−　　Ｑｌとすればよい。従ってＦ．は Ｆ１＝４ω”Ｊ．−Ｋｍ　　　　　　　　　　・・・・
・　（１９１となり、モータに加えるべきトルクは −（４ω２．ｈ−１ｈ）θ， となる． 以上より、第１図の構成で所望の防振制御が実現される
．なお、演算器１０の入力ω，は角速度検出器７の出力
ωの値を用いてもよい． また、バンドバスフィルタ９には、モータの回転周波数
の２倍の周波数のみを通過域とするディジタルバンドパ
スフィルタを用いてもよい。さらに、演算器１０の出力
端に位相補償回路を挿入することが実用的である ここまでハーモニックドライブについてのみ述べてきた
が他の減速機においても、生じるトルクムラを数式化す
ることができれば同様にして補正信号をトルク指令値に
与えることにより、本発明の制御方式を適用することが
できる。また第４図のモデルは負荷，減速機．駆動モー
タがすべて回転系となっているが 質量　←→　慣性モーメント 位置　←→　角度 力　　←一→　　トルク なる変換を行えば、リニア系に対しても、そのまま適用
できる。

第１図に示した実施例の変形例を第３図に示す．この実
施例の特徴は、トルクの補正信号として、−Ｆ．θ，の
代わりに−Ｆ′８σ２を用いることである．第３図にお
いて、符番の１〜９は第１図と同様であるので説明を省
略する．追加された符番の１１は微分器、１２は演算器
である。演算器１２は、ω７及びｉコを入力とし、（一
上ユ，　　　Ｊ３　）　ｌｙ４ω、 を出力する演算器である． 第４図の振動モデルにおいて、トルクむらＦ０ｓｓｎ２
ωｔを打ち消すためにモータ軸に加えるトルクを−Ｆｌ
ａｘ　とすると、モデルの運動方程式は、０３式より、 ・・・・・（２０） となり、その特殊解は、 ・・・・・・・・（２１） となる． ただし、 ・・・・・・・・（２２） である．従って負荷の振動の振幅を零にするには（２１
）式より Ｋ２−４ω”（Ｊｉ＋Ｆエ′）＝０ κ２ 即ちＦえ′＝　７１了　一Ｊズ とすればよい． 〔発明の効果〕 以ｆに説明したように、本発明においては、減速機が生
じる加振力を打ち消すようなトルクあるいは力に相当す
る信号を補正信号として指令値に加えることとしている
．したがって、減速機内で生じる有害なトルクリフプル
の負荷への影響が大幅に抑制され、減速機を有する電動
機械の高精度化，高速度化に大きな効果がある．また本
発明の抑制方法は負荷の変動による影響がないため、産
業用ロボットなどの負荷の変動が激しい機構に対しても
、その効果を期待することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した実施例の構成を示すブロック
図、第２図は演算器の回路例を示す回路図、第３図は本
発明の他の実施例の構成を示すブロック図、第４図は振
動モデルの構成図である．１二位置ループ制御器　２：
速度ループ制御器３：トルク制御装置　　４：駆動モー
タ５：ハーモニソクドライブ ６；負荷　　　　　　７：角速度検出器８：角度検出器
　　　９：パンドパスフィルタｌＯ；演算器　　　　　
１１：微分器 １２：演算器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有害な加振力を生じる減速機を介して負荷を駆動モ
   ータで駆動する電動機械において、駆動モータの変位又
   は速度信号から変位、速度又は加速度の振動成分を求め
   、この振動成分と該駆動モータの速度又は速度指令値に
   基づいて、前記減速機内で生じる加振力による負荷の振
   動を抑制する補正信号を算出し、この補正信号をトルク
   あるいは力の指令値に加える制御を、通常のモータ制御
   に対して加法的に行うことを特徴とする防振制御方法。 ２、特許請求の範囲第１項の防振制御方法において、算
   出された補正信号を位相補償回路に通した後、トルクあ
   るいは力の指令値に加えることを特徴とする防振制御方
   法。