KR900007107B1 - 속도 제어 방식 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

속도 제어 방식

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 한 실시예를 나타내는 블록신도.

제2도는 기계부하의 선단속들 귀환해서 제어할때의 서브 제어계의 한 예를 나타내는 블록신도.

제3도는 업저버에 의해서 속도를 추정하는 원리를 설명하는 블록도.

[발명의 상세한 설명]

(기술분야)

본 발명은 서브모터의 속도 제어방식, 특히 저 강성의 부하를 구동하는데 적합한 서보모터의 속도 제어방식에 관한 것이다.

(배경기술)

산업용 로봇은, 복수의 아암을 연결하므로서 높은 자유도를 부여하여, 다양한 작업에 대응하도록 하고 있으나, 연결된 아암은 긴 외팔보(cantilever)상태을 이루기 매문에, 그리고 또, 서보모터와의 사이의 동력전달 기구의 특성에 의해서, 강성이 저하되는 것은 불가피하다. 그리고 이와 같은 저 강성의 기계부하임에도 불구하고, 산업용 로봇에서는 그 작업능력을 높이기 위해서 동작속도, 동작범위를 넓히고, 또한 고정도의 위치 결정도 요구되고 있다.

이와 같은 종래의 저 강성 기계부하, 예를 들면 로봇의 아암 등을 제어할때에 DC모터를 사용한 속도제어계를 이상적으로 제어하기 위해서는, 제2도의 블록선도로 표시되는 속도 제어 시스템이 고려되고 있다. 그림에 있어서, K₁은 적분정수, K₂,K₃,K₄는 비례정수, Kt는 전력증폭기 정수, Jm은 로우터이너셔, J_L은 부하관성이너셔. K는 로우터와 부하결합의 스프링 정수이다. 이 경우 입력신호 Vr와 출력신호 예를 들면, 로봇핸드의 선단속도 V1과의 비(전달 함수)를, 속도 제어용의 적분기로의 피드백 신흐를 V1에 의거해서 연산하기 위해서는,

로서 표시되는 식을 이용하고 있다.

즉, (1)식과 같이 결정된 연산식에 의하면, 분모의 다항식에 있어시의 1차 미분 S(md/dt), 2차 미분S², 3차 미분 S³의 각항 계수가, 비례정수 K₂,K₃,K₄만의 적의 꼴로되어 있으므로, 이를 계수를 자유롭게 변경시켜 속도제어계를 안정되게 유지하는 것은 용이하다. 그리고, 직류항에 있어서도, 이들 비례정수 K₂,K₃,K₄와는 독립적으로 적분정수 K₁만을 자유롭게 바꾸어서, 즉응성을 향상시켜 위치 제어계에 대한 외관에 적절하게 대응할 수가 있다.

그러나, 실제상으로는, 기계추진계의 변위나 핸드선단에서의 속도 신호 찾아낼 때에, 추정기등을 사용하나, 여기에는 다소의 오차가 포함되므로 정확한 피드백 신호를 얻는 것은 곤란하다. 따라서, 종래에는 통상, 모터속도 Vm을 적분기에 피드백하고 있다. 이 경우에는 모터속도 Vm과, 핸드 선단의 속도 V1과의 관계는 스프링 정수 K에 의하여,

로 포현되므로, 전달함수는

로 표시된다.

이 때문에, 2차 미분 S²의 계수에는 비례정수 K₄와 척분정수 K₁의 두개의 계수가 포함되므로서, 저 강성의 기계부하를 안정되게 조정하는 것이 관난하게 된다는 문제가 있었다.

즉, 위치 제어계의 시정수는 1차 미분의 항과 직류항의 계수와의 비로서 결정되며,

로 표시된다. 따라서, 적분정수 K₁의 값을 K₂+K₃에 대해서 적절한 값으로 선정하므로서, 속도 제어계에서는 정확한 동작을 시킬 수가 있으나, 2차 미분의 항의 계수에 비례정수 K₄도 포함되어 있으므로, K₁의값을 K₂+K₃와의 관계로 선정할때 위치 제어계에서의 밸런스를 얻을수가 없어, 안정성이 손상된다는 문제가 있었다.

(발명의 개시)

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하고, 근사적인 모터로서 출력되는 기계부하로부터의 속도신호를 모터속도와 함꼐 속도 제어용의 적분기에 피드백하므로서, 속도 제어계에서의 즉응성을 손상시킴이 없어, 안정왼 위치 제어까지도 가능하게 하는 속도 제어방식을 제공함을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 서보제어계를 지령속도와 피드백된 기계부하와의 속도신호에 의하여 제어하는 속도제어방식에 있어서, 저 강성의 가계부하를 구동하는 서보모터와, 상기 서보모터의 속도를 검출하는 수단과, 상기 기계부하의 속도신호를 형성하는 수단과, 상기 서보모터의 속도신호가 피드백되는 제1의 적분수단과, 상기 기계부하의 속도신호가 피드백되는 제2의 적분수단과, 이들 제1, 제2의 적분수단으로부터 서보계의전달함수를 결정하는 수단 등을 가지는 것을 특징으로하는 속도제어방식이 제공된다.

본 발명에 의하면, 서보모터 및 기계부하의 속도를 각각 서보제어계에 설치한 별개의 적분기에 피드백하고 있으므로, 안정된 서보제어가 가능하다.

(발명의 최량 실시 형태)

이하, 도면에 의하여 본 발명의 한 실시예에 대한 설명을 한다.

제1도는 본 발명에 의한 속도 제어계의 블록도이다. 본 발명은 서보제어계에 모터속도 Vm을 피드백하는 적분기 A와 기계부하 선단속도 V1을 피드백하는 적분기 B를 별개로 설치하였음을 특징으로 한다. 도면에 있어서, K_l을 모터속도에 대한 적분정수 K₅를 기계부하속도에 대한 적분정수로 한다면, 모터속도와 기계속도의 두개의 신호에 관해서 확대했을때의 전달 함수는 다음과 같이 표시된다.

다음에, 기계부하 속도에 관해서 확대한 경우의 전달 함수는, Km을 부하속도에 대한 적분정수로 하면,

로서 표시된다.

따라서, (3),(4)식을 비교하면 1차 미분, 3차 미분의 계수는 같기 때문이 2차 미분의 항 이외의 계수를 일치시키는데는,

로 되도록 적분정수 K_l,K₅를 정하면 되게된다. 즉, 이때에 제어계의 밸런스가 얻어진다.

여기서 부하속도에 대한 확대형에 대하여 분모가 버터워드패턴에 일하도록 각계를 선정하는 것으로 한다. 버터워드패턴은

으로 나타낼 수 있으나 2차 미분의 항의 계수는 비례정수 K₄에 따라서 자유로히 변경할 수 있으므로 1차미분, 3차 미부, 4차 미분의 각항의 계수에 대해서는,

이 성립된다. 이때 모터 속도와 부하속도의 2개의 출력에 대한 확대형의 전달함수의 2차 미분의 계수는 다음과 같이 된다.

여기서 (9)식으로부터 (1/Km·kt)·(Jm·J1/K)=0.030⁴이기 때문에

로 된다. 지금

로 하면,

로 가정하여

로 되므로

로하면

G₂={0.03α+(K₁/Km)(2/α)}δ²

이 얻어진다.

예컨대 δ=5.3×10^-3, Wn=2π×8로 하면 버터워드의 계수 BW₂는,

이 도출된다.

또한 기계선단의 속도는 모터의 출력 토오크 및 모터의 위치로부터 업저버에 의해 추정한 값을 사용할 수도 있다. 이 입저버에 의한 속도 추정에 대해서는 본 발명의 출원인에 의해 일본국 특개소 60-200788호 공보에 제안되고 있다. 이하, 업저버에 의한 속도 추정에 대하여 제3도에 블록도에 의해 설명한다. 도면에 있어서 참고부호 1,2,3은 연산기, 참고부호 4는 추정기, 참고부호 5는 모터, 참고분호 6은 I-P콘롤로러, θ는 모터의 위치,

는 모터속도, U는 토오크지령, I는 모터전루, θ는 속도 추정치이다. 다음에 이 제어계의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 속도지령치와 후술하는 속도 추정치

의 차가 연산기(1)로부터 출력된다. 이 출력신호는 적분되어 연산기(2)에 출력된다. 한편 후술하는 속도 추정치 V에 퍼이드 백게인 K₂를 승한 것이 연산기(2)에 입력되고, 그들의 입력신호간의 차가 토오크 지령 U로서 출력되고, 모터(5)가 제어된다. 그리하여 모터의 속도는 V로서 출력되고, 로우터리 인코우더에 의해서 위치 θ가 검출된다. 여기서 위치 θ의 정보에는 연산기(3)에 있아서 부하 토오크(쿨롬 마찰)을 나타내는 전류 I_L이 가해진 결과가 포함된다.

추정기 즉, 업저버(4)를 사용하여 속도 추정치를 얻을 경우에는 정상적인 추정오차가 생기는 원인으로 되는 부하토오크를 동시에 추정한다. 즉, 추정기(4)에는 모터 전류 I와 부하 토오크를 나타내는 I_L을 고려한 위치정보 θ를 입력하고 속도 추정치 V를 출력한다.

이점에 대하여 더욱 상세히 설명하면, 상기 모터전류 I, 속도 V, 위치 θ, 부하토오크에 의한 전류 I_L로서 동일 차원 업저버를 구성하면 다음과 같이 된다.

실제로 검출하고, 추정기, 즉, 업저버(4)에 입력하는 모터전류 I와 위치 θ이며, 디지탈 처리하기 위한 동일 차원 업저버는

여기서 T는 샘플링 주기,λ1,λ2,λ3는 업저버의 게인이며, 추정치가 진짜값으로 수속하기 위한 시간에 반비례한다.

그래서 이것을 마이크로 프로세서로 처리하기 위하여 상기한 업저버를 하기의 알고리즘으로 실현한다.

이와 같이 하여, 업저버에 의해 속도가 추정되기 때문에 제1도에 표시한 바와 같은 본 발명의 제어계에 있어서도 기계속도가 업저버에 의해 추정할 수 있는 것은 명백하다.

또한 본 발명을, 1실시예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예 한정되는 것은 아니고 본 발명의 주지의 범위에서 여러가지의 변형이 가능하고 이것들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.

(산업상의 이용 가능성)

이상과 같이 본 발명에 의하면 로봇 핸드 등의 저 강성의 기계부하를 제어하는 제어게에 있어서 모터의속도 및 기계 선단의 속도를 서보제어계의 각각 별개의 적분기에 피이드백하여 속도제어를 행하므로 속응성, 안정성에 뛰어나고 특히 저 강성의 부하를 구동하는 서보모터의 속도 제어계에 사용하는 것이 바람직하다.

Claims (2)

1. 서보 제어계를 지령속도와 피이드 백된 기계 부하의 속도 신호에 의해 제어하는 속도제어방식에 있어서, 저강성의 기계 부하를 구동하는 서보모터, 상기 서보모터의 속도를 검출하는 수단, 상기 기계부하의 속도 신호를 형성하는 수단, 상기 서보모터의 속도신호가 피이드 백되는 제1의 적분수단, 상기 기계부하의 속도신호가 피이드 백되는 제2의 적분 수단, 이들 제1, 제2의 적분수단으로부터 서보계의 전달 함수를 결정하는 수단을 포함함을 특징으로 하는 속도 제어방식.
2. 제1항에 있어서, 상기 기계 부하의 속도는 상기 서보모터의 출력 토오크와 상기 서보모터의 위치 신호로부터 업 저버에 의해 추정한 값인 것을 특징으로 하는 속도 제어방식.

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