KR20220015320A - 동역학 토크 보상에 기초하는 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

Abstract

부하측 외란 토크의 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행할 때, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있도록 한다.
외부로부터 입력되는 지령에 기초하여 모터(53)를 제어할 때, 부하 외란 토크 보상값을, 플랜트(50)에 있어서의 부하측 외란으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값(예를 들어 속도 지령 보상값)으로 변환하고, 피드 포워드 보상값을, 제어계에 있어서 외부로부터의 지령의 입력 위치로부터 모터(53)로의 전류 지령값을 생성할 때까지의 구간이며 제어 편차의 적분 보상기(적분 요소(24) 및 게인 요소(25))보다 전단에 있는 가합점에 입력한다.

Description

동역학 토크 보상에 기초하는 제어 방법 및 제어 장치{CONTROL METHOD AND CONTROL DEVICE BASED ON DYNAMIC TORQUE COMPENSATION}

본 발명은, 산업용 로봇(이하, 「로봇」이라고도 칭하는) 등의 동작 제어 등에 사용되는, 동역학 토크 보상에 기초하는 제어 방법 및 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 로봇은 복수의 축을 갖고, 각 축의 링크가 직렬로 접속되어 매니퓰레이터를 구성하고 있다. 로봇을 고속으로 움직이게 한 경우에는, 매니퓰레이터의 선단이 진동하기 쉬워, 축간 간섭력에 의해 매니퓰레이터 선단의 궤적에 오차가 발생한다. 매니퓰레이터 선단의 궤적 오차를 저감하기 위해, 서로의 움직임에 구애되지 않고 위치 지령에 대한 각 축의 응답성을 동일하게 할 필요가 있다. 특허문헌 1은, 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해, 각 축의 구동 토크를 자축분의 노미널 토크에 접근시켜, 모든 축에 대해 위치 제어 응답성을 동일하게 하는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 위치 지령값으로부터 부하 속도까지의 전달 함수에 기초하여, 위치 지령값을 입력으로 하여 부하 상태량(부하의 위치, 속도 및 가속도)을 산출하는 부하 상태량 산출부와, 산출된 부하 상태량을 입력으로 하여 부하측의 토크 보상값을 산출하는 역동역학 계산부와, 토크 보상값을, 부하측의 외란 토크로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 전류 지령값 보상값으로 변환하는 변환부를 구비하고, 로봇 제어 장치에 있어서의 전류 지령값에 전류 지령 보상값을 가산하고 있다. 여기서 토크 보상값은, 타축으로부터의 간섭력과, 자세 변화에 수반되는 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분인 토크 변동량의 합으로 나타난다. 비특허문헌 1은, 특허문헌 1 등에 있어서 사용되는 동역학 토크 피드 포워드 보상에 대해 상세하게 논함과 함께, 축 비틀림 진동을 억압하는 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 2는, 로봇에 있어서의 동역학 토크 피드 포워드 보상의 응용의 일례로서, 예기치 않은 외란력이 작용하였을 때 로봇이 유연하게 움직일 수 있도록 하는 제어를 설명하고 있다. 특허문헌 2는, 통상의 모터의 위치, 속도 제어계에 있어서, 제어 편차의 적분 보상기가 마련되는 것도 개시하고 있다.

일본 특허 제4008207호 공보 일본 특허 공개 평10-180663호 공보

미야자키 토시마사, 오타키 사카에, 솜사왓스 텅파타라타나웡, 오이시 키요시, "동역학 토크 보상과 2 자유도 제어계에 기초하는 산업용 로봇의 고속 모션 제어법", 전기학회 논문지 D, 2003년, 제123권, 제5호, p.525-532

특허문헌 1 등에 개시되는, 동역학 토크 피드 포워드 보상을 사용하여 전류 지령값 보상값을 산출하고, 산출된 전류 지령값 보상값을 전류 지령값에 가산하는 로봇의 제어에서는, 로봇이 위치 결정을 반복하였을 때 등에, 연산 정밀도가 저하됨으로써 위치 제어 성능이 상실될 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 로봇의 제어 등에 사용되는 제어 방법 및 제어 장치이며, 부하측 외란 토크에 대한 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행할 때, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있는 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제어 방법은, 외부로부터 입력되는 지령에 기초하여 모터를 제어하는 제어 방법이며, 부하 외란 토크 보상값을, 플랜트에 있어서의 부하측 외란 입력으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값으로 변환하고, 피드 포워드 보상값을, 제어계에 있어서 외부로부터 입력되는 지령의 입력 위치로부터 모터로의 전류 지령값을 생성할 때까지의 구간이며 제어 편차의 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 입력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제어 방법에 의하면, 제어계에 있어서 제어 편차의 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 피드 포워드 보상값을 입력함으로써, 피드 포워드 보상값에 오차가 포함되는 것이나, 적분 보상기의 적분값이 증대되는 것이 방지되어, 부하측 외란 토크의 보상을 행할 때, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있다.

본 발명의 제어 방법에서는, 부하 외란 토크 보상값을 피드 포워드 보상값으로 변환할 때 사용하는 전달 함수는, 부하측 외란 입력으로부터 제어계 내에서의 피드 포워드 보상값이 입력되는 가합점까지의 전달 함수이며, 분모에 제로가 아닌 상수항을 포함하는 것인 것이 바람직하다. 이러한 전달 함수를 사용함으로써, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지하면서 부하 외란 토크의 보상을 충분히 행할 수 있다.

본 발명에 있어서, 외부로부터 입력되는 지령은 일반적으로는 위치 지령값이고, 그 경우, 위치 지령값으로부터 부하 상태를 예측하고, 예측된 부하 상태에 기초하여, 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분의 합을 구하여 부하 외란 토크 보상값을 산출할 수 있다. 이러한 산출 방법을 사용함으로써, 부하 외란 토크 보상값을 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제어 방법에서는, 위치 지령값과 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 위치 편차에 기초하는 속도 지령값과 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 속도 편차를 사용하여 전류 지령값을 생성할 수 있고, 이 경우, 속도 지령값에 대해 보상을 행하는 속도 지령 보상값을 피드 포워드 보상값으로 할 수 있다. 피드 포워드 보상값으로서 속도 지령 보상값을 사용함으로써, 위치 지령값에 대응하는 피드 포워드 보상값을 구하는 경우에 비해 계산에 사용하는 전달 함수의 차수를 낮출 수 있으므로 연산 부하를 경감할 수 있다.

가합점에 대한 속도 지령 보상값의 입력은, 속도 지령값에 대한 속도 지령 보상값의 가산, 속도 편차에 대한 속도 지령 보상값의 가산, 및 모터의 속도로부터의 속도 지령 보상값의 감산 중 어느 하나에 의해 행할 수 있다. 이와 같이 하여 제어계에 대해 속도 지령 보상값을 입력함으로써, 속도 지령 보상값의 입력의 처리를 용이한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 제어 방법에서는, 위치 지령값과 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 적어도 위치 편차를 사용하여 전류 지령값을 생성할 수 있고, 이 경우, 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값을 피드 포워드 보상값으로 할 수 있다. 피드 포워드 보상값으로서 위치 지령 보상값을 사용함으로써, 속도 지령값에 의한 보상이 어려운 제어계에 있어서도, 부하 외란 토크에 대한 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행할 수 있다.

가합점에 대한 위치 지령 보상값의 입력은, 위치 지령값에 대한 위치 지령 보상값의 가산, 위치 편차에 대한 위치 지령 보상값의 가산, 위치 편차에 비례 게인을 곱한 것에 대한 위치 지령 보상값의 가산, 및 위치 지령 보상값의 모터 위치로부터의 감산 중 어느 하나에 의해 행할 수 있다. 이와 같이 하여 제어계에 대해 위치 지령 보상값을 입력함으로써, 위치 지령 보상값의 입력의 처리를 용이한 것으로 할 수 있다.

본 발명의 제어 장치는, 외부로부터 입력되는 지령에 기초하여 전류 지령값을 생성하여 플랜트에 포함되는 모터를 제어하는 제어 장치이며, 제어 편차에 대한 적분 동작을 행하는 적분 보상기와, 부하 외란 토크 보상값을, 플랜트에 있어서의 부하측 외란 입력으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값으로 변환하는 지령 변환 수단을 갖고, 제어 장치에 있어서, 피드 포워드 보상값이, 제어 장치의 입력으로부터 전류 지령값을 생성할 때까지의 구간이며 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제어 장치에 의하면, 제어 장치에 있어서 제어 편차의 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 피드 포워드 보상값을 입력함으로써, 피드 포워드 보상값에 오차가 포함되는 것이나, 적분 보상기의 적분값이 증대되는 것이 방지되어, 부하측 외란 토크의 보상을 행할 때, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있다.

본 발명의 제어 장치에서는, 지령 변환 수단에 있어서 부하 외란 토크 보상값을 피드 포워드 보상값으로 변환할 때 사용하는 전달 함수는, 부하측 외란 입력으로부터 제어 장치에 있어서 피드 포워드 보상값이 입력되는 가합점까지의 전달 함수이며, 분모에 제로가 아닌 상수항을 포함하는 것인 것이 바람직하다. 이러한 전달 함수를 사용함으로써, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지하면서, 부하 외란 토크의 보상을 충분히 행할 수 있다.

본 발명의 제어 장치에서는, 외부로부터 입력되는 지령은, 일반적으로는 위치 지령값이고, 그 경우, 위치 지령값으로부터 부하 상태를 예측하는 부하 상태 산출부와, 예측된 부하 상태에 기초하여, 타축으로부터의 간섭력과, 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분의 합을 구하여 부하 외란 토크 보상값을 산출하는 역동역학 계산부를 마련할 수 있다. 부하 상태 산출부와 역동역학 계산부를 마련함으로써, 부하 외란 토크 보상값을 고정밀도로 구하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제어 장치에서는, 위치 지령값과 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하는 위치 제어기와, 위치 제어기의 출력에 기초하는 속도 지령값과 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 속도 편차를 사용하여 전류 지령값을 생성하는 속도 제어기를 마련하고, 속도 지령값에 대해 보상을 행하는 속도 지령 보상값을 피드 포워드 보상값으로 하여, 속도 지령 보상값이 속도 제어기에 있어서 적분 보상기의 전단에 있는 가합점에 입력되도록 구성할 수 있다. 이 구성에 의하면, 위치 지령값에 대응하는 피드 포워드 보상값을 구하는 경우에 비해 계산에 사용하는 전달 함수의 차수를 낮출 수 있으므로, 연산 부하를 경감할 수 있다.

피드 포워드 보상값을 속도 지령 보상값으로 하는 경우, 제어 장치는, 속도 지령값에 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 속도 편차에 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 및 모터의 속도로부터 속도 지령 보상값을 감산하는 감산 요소 중 어느 하나를 구비하도록 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 가산 요소 혹은 감산 요소를 추가함으로써 간단하게 속도 지령 보상값을 입력할 수 있다.

본 발명의 제어 장치에 있어서 위치 제어기와 속도 제어기를 마련하는 경우, 속도 제어기는, 위치 제어기의 출력을 입력하여 속도 지령값을 생성하는 전치 보상기를 구비해도 된다. 전치 보상기를 마련하여 속도 제어계를 2 자유도 제어계로 함으로써, 각 축의 속도 응답을 일치시켜, 예를 들어 로봇의 궤도 추종 특성을 개선할 수 있다.

본 발명의 제어 장치에서는, 위치 지령값과 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 적어도 위치 편차를 사용하여 전류 지령값을 생성하는 위치 속도 제어기를 마련하고, 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값을 피드 포워드 보상값으로 하여, 위치 지령 보상값이 위치 속도 제어기에 있어서 적분 보상기의 전단에 있는 가합점에 입력되도록 구성할 수 있다. 이와 같이 구성하면, 속도 지령값에 의한 보상이 어려운 경우라도, 부하 외란 토크에 대한 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행할 수 있다.

피드 포워드 보상값을 위치 지령 보상값으로 하는 경우, 제어 장치는, 위치 지령값에 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 위치 편차에 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 및 모터의 위치로부터 위치 지령 보상값을 감산하는 감산 요소 중 어느 하나를 구비하도록 할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 가산 요소 혹은 감산 요소를 추가함으로써, 간단하게 속도 지령 보상값을 입력할 수 있다.

본 발명의 제어 장치에서는, 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값을 피드 포워드 보상값으로 하여, 위치 지령값과 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하는 위치 제어기와, 위치 제어기의 출력에 기초하는 속도 지령값과 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 속도 편차를 사용하여 전류 지령값을 생성하는 속도 제어기와, 위치 제어기의 출력에 대해 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소를 마련하고, 가산 요소의 출력이 속도 제어기에 입력되도록 구성할 수도 있다. 이 구성에 의하면, 위치 제어기의 출력으로부터 후단의 가합점에 대해 위치 지령 보상값을 입력할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 부하측 외란 토크의 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행할 때, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있는 제어 방법 및 제어 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 제어 장치를 나타내는 블록선도이다.
도 2는 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 전류 지령 보상값을 생성하는 종래의 제어 장치를 나타내는 블록선도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 제어 장치의 변형예를 나타내는 블록선도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 제어 장치의 다른 변형예를 나타내는 블록선도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 제어 장치의 또 다른 변형예를 나타내는 블록선도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 제어 장치를 나타내는 블록선도이다.
도 7은 제2 실시 형태의 제어 장치의 변형예를 나타내는 블록선도이다.
도 8은 제2 실시 형태의 제어 장치의 다른 변형예를 나타내는 블록선도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 제어 장치의 또 다른 변형예를 나타내는 블록선도이다.

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태 제어 장치를 블록선도에 의해 나타내는 것이며, 제어 장치에 있어서의 로봇의 축마다의 구성을 나타내고 있다. 이 제어 장치는, 로봇의 축마다 모터(53) 및 부하(링크 또는 암)(59)로 이루어지는 플랜트(50)가 구성되어 있는 것으로서, 입력되는 위치 지령값에 기초하여 플랜트(50)의 위치를 제어하기 위해 사용되는 것이며, 크게 구별하면 위치 지령값이 입력되어 위치 편차에 기초하는 지령을 출력하는 위치 제어기(10)와, 위치 편차에 기초하는 지령에 기초하여 속도 지령을 구하고, 속도 편차를 산출하고, 전류 지령값을 출력하는 속도 제어기(20)와, 동역학 토크 피드 포워드 보상을 행하여 피드 포워드 보상값을 산출하는 동역학 토크 보상값 산출부(40)를 구비하고 있다.

먼저, 제어 장치에 의한 제어 대상인 플랜트(50)에 대해 설명한다. 도시되는 플랜트(50)는, 모터(53)와 부하(58)로 이루어지는 2 관성 공진계로서 나타나 있다. 모터(53)와 부하(58) 사이에는, 감속비가 R_g인 감속기가 마련되어 있고, 감속기의 스프링 상수는 K_s이다. 도면에 있어서 J_m과 D_m은, 각각 모터(53)의 관성 모멘트 및 점성 마찰 저항이고, J_L과 D_L은, 각각 부하(58)의 관성 모멘트 및 점성 마찰 저항이다. 부하(58)에 대해서는, 부하측 외란 토크도 가해지는 것으로 한다. 부하측 외란 토크에는, 타축으로부터의 간섭과, 자세 변화에 수반되는 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화에 의한 기여가 포함된다. 도 1에 도시하는 블록선도에 따라 설명하면, 전류 지령값은, 토크 상수 K_t의 게인 요소(51)에 의해 토크로 변환되고, 토크는 감속기에 대응하는 감속 요소(62)로부터의 출력이 감산 요소(52)에 의해 감산되어 모터(53)에 더해진다. 도면에 있어서 모터(53)의 출력은 모터 속도이며, 그것이 적분 요소(54)를 거침으로써 모터 위치로 변환된다. 모터(53)의 출력은, 감속기에 대응하는 감속 요소(55)와, 감산 요소(56)와, 적분 요소(60)와, 스프링 상수 K_s에 대응하는 게인 요소(61)를 통해, 가산 요소(57)에 의해 부하측 외란 토크가 가산되어 부하(58)에 더해진다. 부하(58)의 출력인 부하 속도는, 적분 요소(59)를 거침으로써 부하측 위치가 된다. 게인 요소(61)의 출력은, 감산 요소(62)에 입력된다. 감산 요소(56)는 감속 요소(55)의 출력으로부터 부하 속도를 감산한다.

다음으로, 본 실시 형태의 제어 장치의 상세에 대해 설명한다. 위치 제어기(10)에는 위치 지령값이 입력됨과 함께 모터 위치가 피드백되어 있다. 위치 제어기(10)는, 위치 지령값으로부터 모터 위치를 감산하여 위치 편차를 산출하는 감산 요소(11)와, 감산 요소(11)가 출력하는 위치 편차에 비례 게인 K_pp를 곱하여 위치 편차에 기초하는 지령으로 하는 게인 요소(12)를 구비하고 있다.

속도 제어기(20)에는, 모터 속도가 입력됨과 함께 위치 제어기(10)로부터 위치 편차에 기초하는 지령이 입력되고, 동역학 토크 보상값 산출부(40)로부터 속도 지령 보상값이 입력된다. 동역학 토크 보상값 산출부(40)와 속도 지령 보상값에 대해서는 후술한다. 속도 제어기(20)는 위치 편차에 기초하는 지령이 입력되어 속도 지령을 출력하는 전치 보상기(21)와, 전치 보상기(21)로부터의 속도 지령과 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소(31)와, 가산 요소(31)의 출력으로부터 모터 속도를 감산하여 속도 편차를 출력하는 감산 요소(22)와, 속도 편차에 대해 속도 게인 K_v를 곱하는 게인 요소(23)와, 속도 편차가 입력되는 적분 요소(24)와, 적분 요소(24)의 출력에 적분 게인 K_i를 곱하는 게인 요소(25)와, 게인 요소(23)의 출력과 게인 요소(25)의 출력을 가산하는 가산 요소(26)를 구비하고 있다. 가산 요소(31)는 속도 지령 보상값을 입력하기 위한 가합점이다. 또한 속도 제어기(20)는, 모터 속도가 입력되는 상태 옵저버(27)와, 상태 옵저버(27)의 출력에 마련된 필터(28)와, 가산 요소(26)의 출력으로부터 필터(28)의 출력을 감산하여 전류 지령값으로 하는 감산 요소(29)를 구비하고 있다. 게인 요소(23, 25)와 적분 요소(24)가 마련되고, 이들을 통합한 전달 함수가 (K_vs+K_i)/s로 표시된다는 점에서, 속도 제어기(20)는 PI(비례 적분) 제어를 행하고 있는 것이 된다. 적분 요소(24)와 게인 요소(25)는, 제어 편차인 속도 편차에 대한 적분 보상기를 구성하고 있다. 또한 속도 제어기(20)는, 상태 옵저버(27)에 기초한 상태 피드백에 의한 제어도 행하고 있고, 감산 요소(29)는 PI 제어에 의한 제어량으로부터 상태 피드백에 의한 값을 감산하여 전류 지령값으로 하고 있다. 일반적인 제어 이론으로부터 명백한 바와 같이, 적분 보상이 없으면, 외란에 의해 위치 지령값에 모터 위치를 일치시킬 수는 없으므로, PI 제어로서 위치 편차의 산출로부터 전류 지령값의 출력까지의 구간 내에 적분 요소(24) 혹은 적분 보상기를 마련하는 것이 필요해진다.

전치 보상기(21)는, 예를 들어 쌍2차(FF(s))의 특성을 갖는 것이며, 비특허문헌 1에 기재되는 바와 같이, PI 제어계와 상태 피드백 제어계를 조합하여 제진 제어계를 구성하기 위해 마련되어 있고, 2 자유도 제어계의 구조를 채용함으로써 각 축의 속도 응답을 일치시켜, 로봇의 궤도 추종 특성을 개선한다. 전치 보상기(21)는 반드시 마련하지는 않아도 되며, 플랜트(50)의 구성 등에 따라서 쌍2차 이외의 특성의 것이어도 된다. 전치 보상기(21)를 마련하지 않는 경우에는, 위치 제어기(10)로부터의 위치 편차에 기초하는 지령을 속도 지령으로서 취급하면 된다.

다음으로, 동역학 토크 보상값 산출부(40)에 대해 설명한다. 동역학 토크 보상값 산출부(40)는, 위치 지령값이 입력되어 부하 상태의 예측값을 산출하는 부하 상태 산출부(41)와, 부하 상태 예측값으로부터 부하 외란 토크 보상값을 생성하는 역동역학 계산부(42)와, 부하 외란 토크 보상값을 속도 지령 보상값으로 변환하는 속도 지령 변환부(43)를 구비하고 있다. 속도 지령 보상값은, 플랜트(50)에 있어서의 부하측 외란 토크의 입력으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값 중 하나이다. 로봇에 있어서 각 축의 위치 폐루프에 있어서 동역학 보상이 이루어져 있고, 타축으로부터의 간섭이 완전히 제거되어 있는 것으로 하여, 부하 상태 산출부(41)는, 위치 지령값을 입력으로 하여 위치 지령값으로부터 부하 속도까지의 계의 전달 함수 W_r(s)에 기초하여, 부하(58)의 상태, 즉 부하의 위치, 속도 및 가속도를 산출한다. 역동역학 계산부(42)는, 실제로 동역학 토크 피드 포워드 보상을 위한 연산을 행하는 부분이며, 타축으로부터의 간섭력과, 자세 변화에 수반되는 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분인 토크 변동량을 계산하고, 타축으로부터의 간섭력과 토크 변동량의 합으로서 부하 외란 토크 보상값을 산출한다. 역동역학 계산부(42)에서 행하는 연산에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 1이나 비특허문헌 1에 기재되어 있다.

역동역학 계산부(42)가 출력하는 부하 외란 토크 보상값은, 플랜트(50)에 가해지는 부하측 외란 토크에 대응하는 것이다. 그래서 본 실시 형태에서는 속도 지령 변환부(43)는 부하측 외란 토크의 입력으로부터 속도 지령까지의 전달 함수 V_tm(s)에 기초하여, 부하 외란 토크 보상값을, 부하측 외란 토크에 의한 부하측 속도의 변화분을 상쇄하기 위해 속도 지령값에 더해야 할 속도 지령 보상값으로 변환한다. 본 실시 형태의 제어 장치에 의하면, 부하측 외란 토크에 의한 부하측 속도의 변화분을 상쇄하는 속도 지령 보상값이 속도 지령에 가산되고, 상태 피드백과 보상된 속도 지령에 기초하여 전류 지령값이 생성되어 모터(53)가 구동되어 부하(58)가 움직이므로, 부하측 외란 토크의 영향이 저감되어, 예를 들어 매니퓰레이터의 선단의 궤적 오차를 저감할 수 있다. 이 제1 실시 형태에서는, 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 속도 지령 보상값을 생성하므로, 제1 실시 형태에 있어서의 외란 토크의 보상 방식을 속도 지령 보상 방식이라고 칭한다.

제1 실시 형태의 제어 장치에서는, 로봇이 위치 결정을 반복하였을 때 등에, 연산 정밀도가 저하되거나 위치 제어 성능이 상실되거나 하는 일이 방지된다. 이하, 본 실시 형태의 제어 장치에 있어서 연산 정밀도의 저하나 위치 제어 성능의 상실이 방지되는 것에 대해 설명한다. 도 1에 나타내는 제어 장치에서는, 부하 외란 토크 보상값을 속도 지령 보상값으로 변환할 때 속도 지령 변환부(43)가 사용하는, 부하측 외란 토크의 입력과 속도 지령의 입력 사이의 전달 함수 V_tm(s)는 하기의 식 (1)과 같이 정해진다. 식 (1)에 있어서, a_v0 내지 a_v5, b_v0 내지 b_v3은, 플랜트(50) 등에 의해 정해지는 파라미터이다. 여기서 b_v0≠0이다.

식 (1)에서 주목해야 할 점은, 분모에 비영의 상수항 b_v0이 존재한다는 점이다. 그 결과, s→0으로 하는 극한에 있어서, 전달 함수 V_tm(s)는 발산하지 않는다. 즉, 전달 함수 V_tm(s)의 정상 게인은 유계이다. 또한 속도 지령 변환부(43)가 사용하는 전달 함수 V_tm(s)는 플랜트(50)의 구성이나 전치 보상기(21)의 구성에 따라서는 반드시 식 (1)에 나타내는 형태가 되는 것은 아니며, 분모, 분자 모두 s에 대한 차수가 식 (1)에 나타내는 것과는 다른 경우가 있다. 그러나 보상값 입력으로부터 부하측 속도까지의 피드백 제어계에 있어서, PI 제어를 위한 적분 요소(24)가, 보상측 입력으로부터 부하측 속도까지의 전방 방향 요소에 포함되는 한, 적분 요소(24)보다 위치 지령값의 입력측에 있어서 속도 지령값에 더해지게 되는 속도 지령 보상값을 산출하기 위한 전달 함수 V_tm(s)의 분모의 상수항은, 적분 보상기의 게인의 상수배가 되어 비영이 된다.

도 2는, 특허문헌 1 혹은 비특허문헌 1에 기재되며, 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 전류 지령 보상값을 생성하는 제어 장치의 구성을 나타내고 있다. 이 제어 장치의 제어 대상인 플랜트(50)는, 도 1에 나타낸 플랜트(50)와 동일하다. 도 2에 나타낸 제어 장치는, 도 1에 나타낸 제어 장치에 있어서 속도 지령 보상값 대신에 전류 지령 보상값을 발생시키므로, 동역학 토크 보상값 산출부(40)에 있어서 속도 지령 변환부(43) 대신에 전류 지령 변환부(49)가 마련되고, 속도 지령값에 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소(31) 대신에 가산 요소(39)가 마련되어 있는 점에서, 도 1에 나타내는 제어 장치와는 다르다. 가산 요소(39)는, 속도 제어기(20)와 플랜트(50) 사이에 마련되어, 속도 제어기(20)가 출력하는 전류 지령값에 대해 전류 지령 보상값을 가산한다. 전류 지령 변환부(49)는, 부하측 외란 토크의 입력으로부터 전류 지령값의 입력까지의 전달 함수 T_m(s)에 기초하여, 부하 외란 토크 보상값을, 부하측 외란 토크를 상쇄하기 위해 전류 지령값에 더해야 할 전류 지령 보상값으로 변환한다. 이때, 전달 함수 T_m(s)는 하기의 식 (2)와 같이 정해진다. 식 (2)에 있어서, a_t0 내지 a_v5, b_t1 내지 b_t3은, 플랜트(50) 등에 의해 정해지는 파라미터이다.

식 (1)과 식 (2)를 비교하면, 식 (1)에서는 전달 함수 V_tm(s)를 나타내는 식의 분모에 제로가 아닌 상수항 b_s0이 존재하는 것에 비해, 식 (2)에서는 전달 함수 T_m(s)를 나타내는 식의 분모에 제로가 아닌 상수항이 존재하지 않는다. 전달 함수 T_m(s)는, s→0의 극한에 있어서 수렴되지 않고, 발산한다. 즉 전달 함수 T_m(s)의 정상 게인은 유계가 아니다. 전달 함수 T_m(s)의 정상 게인이 유계가 아닌 것은, 보상값 입력으로부터 부하측 속도까지의 피드백 제어계에 있어서, 적분 보상기(적분 요소(24)와 게인 요소(25))가, 부하측 속도로부터 보상값 입력의 가산점까지 피드백 요소에 포함되므로, 적분 보상기의 게인의 상수배가 분모의 상수항으로서 나타나지 않기 때문이다. 전달 함수의 정상 게인이 유계가 아닌 것이, 도 2에 나타내는 바와 같은 제어 장치에 있어서, 로봇이 위치 결정을 반복하였을 때 등에, 연산 정밀도가 저하되거나 위치 제어 성능이 상실되거나 하는 것의 원인이 된다.

정상 게인이 유계가 아니면, 로봇이 위치 결정 동작을 반복할 때마다, 전류 지령 변환부(49) 내의 상태 변수(적분값)가 증대된다. 로봇이 정지하고, 또한 중력이 로봇의 관절을 돌리는 방향으로는 가해지고 있지 않을 때는 외란 토크는 0이어야 하며, 따라서 전류 지령 변환부(49)로부터의 전류 지령 보상값도 0이 되어야 한다. 여기서, 정상 게인이 유계가 아님으로써 전류 지령 보상값이 0으로 되지 않은 경우에는, 이 전류 지령 보상값은, 위치 제어계에 있어서는 외란이 된다. 이 외란을 억압하기 위해, 속도 제어기(20)에서는, 제어 편차의 적분 보상기(적분 요소(24)와 게인 요소(25))의 적분값이 증대된다. 전류 지령 변환부(49)의 내부의 상태 변수의 값이나, 속도 제어기(20)의 적분 보상기의 적분값은, 제어 장치를 실현하는 소프트웨어 상에서는 유한한 비트수를 사용하여 보유된다. 그 때문에, 상태 변수의 값이나 적분값이 증대되면, 연산 정밀도의 저하, 제어 신호의 포화, 오버플로 등을 일으켜, 최종적으로는 위치 제어 성능을 발휘할 수 없는 상태가 될 수 있다.

이에 비해, 도 1에 나타낸 본 실시 형태의 제어 장치에서는, 속도 지령 보상값의 생성에 사용되는 전달 함수 V_tm(s)는, 속도 제어기(20) 내에 마련되는 적분 보상기의 기여를 포함하고 있고, 유계의 정상 게인을 갖는다. 그 때문에, 도 2에 나타낸 제어 장치와는 달리, 로봇이 정지하고 있을 때의 외란 토크 보상값은 0이 되고, 속도 지령 보상값도 0이 되어, 속도 지령 변환부(43) 내의 상태 변수(적분값)는 증대되지 않는다. 또한, 속도 제어기(20) 내의 적분 보상기의 적분값이 증대되는 것도 방지된다. 그 결과, 본 실시 형태의 제어 장치에서는, 로봇의 위치 결정 동작을 반복한 경우라도, 연산 정밀도의 저하, 제어 신호의 포화, 오버플로 등이 일어나지 않아, 위치 제어 성능이 유지된다.

속도 지령 보상 방식인 제1 실시 형태의 제어 장치에는, 도 1에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 도 3은 제1 실시 형태의 제어 장치의 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 도 3에 나타내는 장치는, 기본적으로는 도 1에 나타내는 것과 마찬가지의 것이지만, 속도 편차를 구하기 위한 감산 요소(22)와, 속도 지령 보상값을 가산하기 위한 가산 요소(31)의 배치의 순번이, 도 1에 나타내는 것과 반대로 되어 있다. 당연히, 가산 요소(31)와 감산 요소(22)의 배치의 순번을 바꾸어도 전달 함수로서는 등가이며, 도 4에 나타낸 제어 장치에 의하면, 도 1에 나타낸 제어 장치와 동일한 효과가 얻어진다.

도 4는 제1 실시 형태의 제어 장치의 다른 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 제어 장치에서는, 속도 편차를 구하는 감산 요소(22)에 입력하기 전의 모터 속도에 대해 속도 지령 보상값에 의한 보상을 행하고 있다. 속도 편차의 산출에서는 모터 속도는 속도 지령으로부터 감산되는 것이므로, 모터 속도로부터 속도 지령 보상값을 감산하는 감산 요소(33)를 마련하여, 모터 속도 대신에 감산 요소(33)의 출력이 감산 요소(22)에 더해진다. 감산 요소(33)도, 속도 지령 보상값을 입력하기 위한 가합점에 포함된다. 이 구성은, 전달 함수로서는 도 1에 나타낸 것과 등가이며, 도 1에 나타낸 제어 장치와 동일한 효과를 갖는다.

도 5는 제1 실시 형태의 제어 장치의 또 다른 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 이 제어 장치는, 도 3에 나타낸 제어 장치로부터 전치 보상기(21)를 제거한 것이며, 위치 제어기(10)의 게인 요소(12)로부터 출력되는 위치 편차에 기초하는 지령이, 속도 지령으로서, 속도 편차를 구하는 감산 요소(22)에 직접 공급되고 있다. 도 5에 나타내는 제어 장치에서는, 속도 편차를 구하는 감산 요소(22)와 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소(31)의 배치의 순번을, 도 1에 나타내는 바와 같이 반대로 해도 된다. 전치 보상기(21)를 구비하지 않는 경우라도, 속도 지령 보상 방식에 의한 동역학 토크 피드 포워드 보상을 사용함으로써, 본 발명의 효과를 달성할 수 있다. 도 5에 나타내는 제어 장치에 있어서 속도 지령 변환부(43)에 있어서 사용하는 전달 함수 V_tm(s)는 부하측 외란 토크의 입력으로부터 감산 요소(22)의 입력까지의 전달 함수이며, 하기 식 (3)과 같이 나타난다. 식 (1)과 비교하면, 쌍2차의 전치 보상기(21)를 마련하지 않는 것의 영향이 나타나, 분모, 분자 모두 차수가 2씩 저하되어 있다. 여기서도 b_v0≠0이다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태의 제어 장치에 대해 설명한다. 상술한 제1 실시 형태의 제어 장치는, 속도 지령 보상 방식으로서 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 속도 지령 보상값을 생성하여, 속도 지령값이나 속도 편차에 대한 보상을 행하고 있다. 그러나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 위치 지령 보상 방식으로서 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 위치 지령 보상값을 생성하고, 이것에 기초하는 보상을 행하는 것도 본 발명에 포함된다. 속도 지령 보상값과 마찬가지로 위치 지령 보상값도, 피드 포워드 보상값의 범주에 포함되는 것이다. 이하, 제2 실시 형태의 제어 장치로서, 위치 지령 보상 방식에 의한 제어 장치를 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 제어 장치를 나타내고 있다. 이 제어 장치에서는, 제1 실시 형태의 제어 장치에 있어서 위치 제어기(10)와 속도 제어기(20)를 마련하는 대신에, 위치 편차와 상태 피드백에 기초하여 전류 지령값을 생성하는 위치 속도 제어기(15)가 마련되어 있다. 위치 속도 제어기(15)는, 위치 지령값으로부터 모터 위치를 감산하여 위치 편차를 구하여 출력하는 감산 요소(11)와, 위치 편차가 입력되는 적분 요소(24)와, 적분 요소(24)의 출력에 적분 게인 K_i를 곱하는 게인 요소(25)와, 모터 속도가 입력되는 상태 옵저버(27)와, 상태 옵저버(27)의 출력에 마련된 필터(28)와, 게인 요소(25)의 출력으로부터 필터(28)의 출력을 감산하여 전류 지령값으로 하는 감산 요소(29)를 구비하고 있다. 동역학 토크 보상값 산출부(40)에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 속도 지령 변환부(43) 대신에 위치 지령 변환부(44)가 마련되어 있다. 위치 지령 변환부(44)는, 부하측 외란 토크의 입력과 위치 지령의 입력 사이의 전달 함수 P_tm(s)에 기초하여, 부하 외란 토크 보상값을, 부하측 외란 토크를 상쇄하기 위해 위치 지령값에 더해야 할 위치 지령 보상값으로 변환한다. 위치 속도 제어기(15)의 입력측에는, 외부로부터 부여되는 위치 지령값에 대해 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소(32)가 마련되어 있고, 가산 요소(32)에 있어서 위치 지령 보상값이 가산된 위치 지령값이, 위치 속도 제어기(15) 내의 감산 요소(11)에 부여되도록 되어 있다. 가산 요소(32)는 위치 지령 보상값을 입력하기 위한 가합점이다.

도 6에 나타내는 제어 장치에 있어서도, 부하측 외란 토크를 상쇄하는 위치 지령 보상값이 위치 지령에 가산되고, 상태 피드백과 보상된 위치 지령에 기초하여 전류 지령값이 생성되어 모터(53)가 구동되어 부하(58)가 움직이므로, 부하측 외란 토크의 영향이 저감되어, 예를 들어 매니퓰레이터의 선단의 궤적 오차를 저감할 수 있다. 위치 지령 변환부(44)가 사용하는 전달 함수 P_tm(s)는 하기의 식 (4)와 같이 정해진다. 식 (4)에 있어서, a_p0 내지 a_p7, b_p0 내지 b_v5는, 플랜트(50) 등에 의해 정해지는 파라미터이다. 여기서 b_p0≠0이다.

식 (4)에 있어서도, 분모에 제로가 아닌 상수항 b_p0이 존재하고, s→0으로 하는 극한에 있어서 전달 함수 P_tm(s)는 발산하지 않는다. 본 실시 형태의 제어 장치에서는, 전달 함수 P_tm(s)는 적분 보상기의 게인의 상수배가 분모의 상수항으로서 나타나, 유계의 정상 게인을 갖는다. 그 때문에, 도 2에 나타낸 제어 장치와는 달리, 로봇이 정지하고 있을 때의 위치 지령 보상값은 0이 되어, 위치 지령 변환부(44) 내의 상태 변수(적분값)가 증대되는 것이 방지된다. 또한, 위치 속도 제어기(15) 내의 적분 보상기의 적분값이 증대되는 것도 방지된다. 그 결과, 본 실시 형태의 제어 장치에서는, 로봇의 위치 결정 동작을 반복한 경우라도, 연산 정밀도의 저하, 제어 신호의 포화, 오버플로 등이 일어나지 않아, 위치 제어 성능이 유지된다.

위치 지령 보상 방식인 제2 실시 형태의 제어 장치에는, 도 6에 나타낸 것에 한정되지는 않는다. 도 7은 제2 실시 형태의 제어 장치의 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 장치는, 기본적으로는 도 6에 나타내는 것과 마찬가지의 것이지만, 위치 편차를 구하기 위한 감산 요소(11)와, 위치 지령 보상값을 가산하기 위한 가산 요소(32)의 배치의 순번이, 도 7에 나타내는 것과 반대로 되어 있고, 가산 요소(32)가 위치 속도 제어기(15) 내에 내장되어 있다. 당연히, 가산 요소(32)와 감산 요소(11)의 배치의 순번을 바꾸어도 전달 함수로서는 등가이며, 도 7에 나타낸 제어 장치에 의하면, 도 6에 나타낸 제어 장치와 동일한 효과가 얻어진다.

도 8은 제2 실시 형태의 제어 장치의 다른 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 도 8에 나타내는 제어 장치에서는, 위치 속도 제어기(15)에 있어서, 위치 편차를 구하는 감산 요소(11)에 입력되기 전의 모터 위치에 대해 위치 지령 보상값에 의한 보상을 행하고 있다. 위치 편차의 산출에서는 모터 위치는 위치 지령으로부터 감산되는 것이므로, 모터 위치로부터 위치 지령 보상값을 감산하는 감산 요소(34)를 마련하여, 모터 위치 대신에 감산 요소(34)의 출력이 감산 요소(11)에 더해진다. 감산 요소(34)도, 위치 지령 보상값을 입력하기 위한 가합점에 포함된다. 이 구성은, 전달 함수로서는 도 6에 나타낸 것과 등가이며, 도 6에 나타낸 제어 장치와 동일한 효과를 갖는다.

도 9는 제2 실시 형태의 제어 장치의 또 다른 변형예의 주요부를 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 제어 장치는, 제1 실시 형태와 같이 위치 제어기(10)와 속도 제어기(20)가 마련되며, 속도 제어기(20)에는 전치 보상기(21)가 마련되어 있는 경우에, 어떻게 위치 지령 보상값에 의한 보상을 행하는지를 나타내고 있다. 위치 제어기(10)의 출력과 속도 제어기(20)의 입력 사이에, 위치 제어기(10)의 출력(즉, 위치 편차에 비례 게인 K_pp를 곱하여 얻어진 지령)에 대해 위치 지령 보상값을 가산하도록 가산 요소(32)가 마련되어 있다. 이 경우, 위치 지령 변환부(44)에서 사용하는 전달 함수 P_tm(s)는 부하측 외란 토크의 입력으로부터 회전 제어기(20)의 입력까지의 전달 함수이며, 전달 함수의 경로 내에 전치 보상기(21)가 포함되어 있으므로, 전달 함수의 차수는 도 6에 나타낸 제어 장치에서의 전달 함수의 차수와는 다르다. 도 9에 나타내는 제어 장치에서는, 위치 지령 보상값을 가산하기 위한 가산 요소(32)의 위치를, 위치 제어기(10)의 출력측이 아닌 입력측으로 할 수도 있고, 그 경우의 위치 지령 변환부(44)에서 사용하는 전달 함수 P_tm(s)는, 비례 게인 K_pp를 포함하는지 포함하지 않는지만의 차이가 된다. 도 9에 나타내는 제어 장치에 있어서도, 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 생성된 위치 지령 보상값에 기초하는 보상을 행하므로, 도 6에 나타내는 제어 장치와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 각 실시 형태의 제어 장치는, 위치 지령값에 기초하여 플랜트(50)를 제어하는 것이며, 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 부하 외란 토크 보상값을 산출하고, 제어계 내에 있어서 PI 제어를 행하기 위한 제어 편차의 적분 보상기보다 위치 지령값의 입력측에 있는 가합점(가산 요소(31, 32) 및 감산 요소(33, 34) 중 어느 것)에 있어서 보상을 행하기 위한 피드 포워드 보상값(속도 지령 보상값 혹은 위치 지령 보상값)으로, 부하 외란 토크 보상값을 변환하는 것이다. 부하 외란 토크 보상값의 피드 포워드 보상값으로의 변환에는, 부하측 외란 토크의 입력으로부터 피드 포워드 보상값에 의한 보상을 행하는 가합점까지의 전달 함수를 사용한다. 이 전달 함수는 그 분모에 제로가 아닌 상수항을 포함하므로, 예를 들어 로봇의 매니퓰레이터 선단의 궤적 오차의 저감을 목적으로 하여 동역학 토크 피드 포워드 보상에 의해 부하측 외란 토크의 보상을 행할 때, 제어 편차의 적분 보상기에 있어서의 적분값이 증대되는 것이 방지되고, 또한 로봇이 동작을 정지하고 있을 때 피드 포워드 보상값이 0이 된다. 그 결과, 각 실시 형태에 설명되는 제어 장치에 의하면, 연산 정밀도와 위치 제어 성능을 유지할 수 있다.

본 발명에 기초하는 제어 장치를 예를 들어, 반송용의 다관절 로봇에 적용한 경우, 반송물의 질량이 전환될 때, 역동역학 계산부(42)는, 로봇 손끝의 관성 모멘트를 전환하여 토크 변동값을 산출할 수 있다. 이에 의해, 위치 제어계의 관성 모멘트 노미널값을 전환하는 것보다 용이하면서 안정적으로 다관절 로봇을 제어하는 것이 가능해진다.

본 발명에 기초하는 제어 장치가 대상으로 하는 로봇은, 2축 이상인 것에 한정되지 않고, 1축인 것이어도 된다. 1축이며 또한 위치 지령값이 부여된다고 하는 관점에서 보면, 예를 들어 단축의 벨트 컨베이어도 1축의 로봇 범주에 포함되어, 벨트 컨베이어에 있어서의 벨트 상의 반송물의 속도를 매니퓰레이터의 선단의 속도로서 취급할 수 있다. 즉, 본 발명은 단축의 서보 앰프에 있어서의 외란 토크의 보상에도 사용할 수 있다. 단축의 벨트 컨베이어에 대해 본 발명에 기초하는 제어 방법을 적용한다고 하면, 반송물의 적하에 의해 부하 관성이 변동되는 경우에, 제어상의 관성 모멘트를 가속하기 위한 관성력과 실제의 관성 모멘트를 가속하기 위한 추력의 변동분을 부하측 힘 보상값으로 하고, 부하측 외력으로부터 부하측 속도로의 응답을 상쇄하기 위한 속도 지령 보상값으로 부하측 힘 보상값을 변환하여, 속도 지령값에 가산한다. 이에 의해, 위치 제어계의 관성 모멘트 노미널값을 전환하는 것보다 용이하면서 안정적으로 단축의 벨트 컨베이어를 제어하는 것이 가능해진다.

10: 위치 제어기
15: 위치 속도 제어기
20: 속도 제어기
21: 전치 보상기
27: 상태 옵서버
28: 필터
40: 동역학 토크 보상값 산출부
41: 부하 상태 산출부
42: 역동역학 계산부
43: 속도 지령 변환부
44: 위치 지령 변환부
49: 전류 지령 변환부
50: 플랜트
53: 모터
58: 부하

Claims (16)

1. 외부로부터 입력되는 지령에 기초하여 모터를 제어하는 제어 방법이며,
   부하 외란 토크 보상값을, 플랜트에 있어서의 부하측 외란 입력으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값으로 변환하고,
   상기 피드 포워드 보상값을, 제어계에 있어서 상기 외부로부터 입력되는 지령의 입력 위치로부터 상기 모터로의 전류 지령값을 생성할 때까지의 구간이며 제어 편차의 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 입력하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부하 외란 토크 보상값을 상기 피드 포워드 보상값으로 변환할 때 사용하는 전달 함수는, 상기 부하측 외란 입력으로부터 상기 제어계 내에서의 상기 피드 포워드 보상값이 입력되는 상기 가합점까지의 전달 함수이며, 분모에 제로가 아닌 상수항을 포함하는, 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 외부로부터 입력되는 지령은 위치 지령값이고,
   상기 위치 지령값으로부터 부하 상태를 예측하고, 예측된 상기 부하 상태에 기초하여, 타축으로부터의 간섭력과, 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분의 합을 구하여 상기 부하 외란 토크 보상값을 산출하는, 제어 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 위치 지령값과 상기 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 상기 위치 편차에 기초하는 속도 지령값과 상기 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 상기 속도 편차를 사용하여 상기 전류 지령값을 생성하고,
   상기 피드 포워드 보상값은, 상기 속도 지령값에 대해 보상을 행하는 속도 지령 보상값인, 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가합점에 대한 상기 속도 지령 보상값의 입력은, 상기 속도 지령값에 대한 상기 속도 지령 보상값의 가산, 상기 속도 편차에 대한 상기 속도 지령 보상값의 가산, 및 상기 모터의 속도로부터의 상기 속도 지령 보상값의 감산 중 어느 하나에 의해 행해지는, 제어 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 위치 지령값과 상기 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 적어도 상기 위치 편차를 사용하여 상기 전류 지령값을 생성하고,
   상기 피드 포워드 보상값은, 상기 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값인, 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가합점에 대한 상기 위치 지령 보상값의 입력은, 상기 위치 지령값에 대한 상기 위치 지령 보상값의 가산, 상기 위치 편차에 대한 상기 위치 지령 보상값의 가산, 상기 위치 편차에 비례 게인을 곱한 것에 대한 상기 위치 지령 보상값의 가산, 및 상기 위치 지령 보상값의 상기 모터의 위치로부터의 감산 중 어느 하나에 의해 행해지는, 제어 방법.
8. 외부로부터 입력되는 지령에 기초하여 전류 지령값을 생성하여 플랜트에 포함되는 모터를 제어하는 제어 장치이며,
   제어 편차에 대한 적분 동작을 행하는 적분 보상기와,
   부하 외란 토크 보상값을, 상기 플랜트에 있어서의 부하측 외란 입력으로부터 부하측 속도까지의 응답을 상쇄하기 위한 피드 포워드 보상값으로 변환하는 지령 변환 수단
   을 갖고,
   상기 제어 장치에 있어서, 상기 피드 포워드 보상값이, 상기 제어 장치의 입력으로부터 상기 전류 지령값을 생성할 때까지의 구간이며 상기 적분 보상기보다 전단에 있는 가합점에 입력되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 지령 변환 수단에 있어서 상기 부하 외란 토크 보상값을 상기 피드 포워드 보상값으로 변환할 때 사용하는 전달 함수는, 상기 부하측 외란 입력으로부터 상기 제어 장치에 있어서 상기 피드 포워드 보상값이 입력되는 상기 가합점까지의 전달 함수이며, 분모에 제로가 아닌 상수항을 포함하는, 제어 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 외부로부터 입력되는 지령은 위치 지령값이고,
    상기 위치 지령값으로부터 부하 상태를 예측하는 부하 상태 산출부와,
    예측된 상기 부하 상태에 기초하여, 타축으로부터의 간섭력과, 자축의 관성 모멘트의 노미널 토크로부터의 변화분의 합을 구하여 상기 부하 외란 토크 보상값을 산출하는 역동역학 계산부
    를 더 구비하는, 제어 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 위치 지령값과 상기 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하는 위치 제어기와,
    상기 위치 제어기의 출력에 기초하는 속도 지령값과 상기 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 상기 속도 편차를 사용하여 상기 전류 지령값을 생성하는 속도 제어기
    를 갖고,
    상기 피드 포워드 보상값은, 상기 속도 지령값에 대해 보상을 행하는 속도 지령 보상값이며, 상기 속도 제어기에 있어서 상기 적분 보상기의 전단에 있는 상기 가합점에 입력하는, 제어 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 속도 지령값에 상기 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 상기 속도 편차에 상기 속도 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 및 상기 모터의 속도로부터 상기 속도 지령 보상값을 감산하는 감산 요소 중 어느 하나를 구비하는, 제어 장치.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 속도 제어기는, 상기 위치 제어기의 출력값이 입력되어 상기 속도 지령값을 생성하는 전치 보상기를 구비하는, 제어 장치.
14. 제10항에 있어서,
    상기 위치 지령값과 상기 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하고, 적어도 상기 위치 편차를 사용하여 상기 전류 지령값을 생성하는 위치 속도 제어기를 구비하고,
    상기 피드 포워드 보상값은, 상기 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값이며, 상기 위치 속도 제어기에 있어서 상기 적분 보상기의 전단에 있는 가합점에 입력하는, 제어 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 위치 지령값에 상기 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 상기 위치 편차에 상기 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소, 및 상기 모터의 위치로부터 상기 위치 지령 보상값을 감산하는 감산 요소 중 어느 하나를 구비하는, 제어 장치.
16. 제10항에 있어서,
    상기 피드 포워드 보상값은, 상기 위치 지령값에 대해 보상을 행하는 위치 지령 보상값이며,
    상기 위치 지령값과 상기 모터의 위치의 차인 위치 편차를 산출하는 위치 제어기와,
    상기 위치 제어기의 출력에 기초하는 속도 지령값과 상기 모터의 속도의 차인 속도 편차를 산출하고, 적어도 상기 속도 편차를 사용하여 상기 전류 지령값을 생성하는 속도 제어기와,
    상기 위치 제어기의 출력에 대해 상기 위치 지령 보상값을 가산하는 가산 요소
    를 갖고,
    상기 가산 요소의 출력이 상기 속도 제어기에 입력되는, 제어 장치.

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