KR970003827B1

KR970003827B1 - 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법

Info

Publication number: KR970003827B1
Application number: KR1019900702654A
Authority: KR
Inventors: 노부또시 도리이; 료 니헤이; 데즈아끼 가또; 소이찌 아리따
Original assignee: 화낙 가부시끼가이샤; 이나바세이우에몽
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1997-03-22
Also published as: CA2033098A1; EP0433461A4; EP0433461A1; WO1990016020A1; JPH0317703A; KR920700422A

Abstract

요약 없음

Description

외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법

제어계에 가하여지는 외란의 영향을 제거하기 위하여, 업저어버(상태 관측기)에 의해서 구한 추정 외란에 의거해서 출력 제로화 제어(제로잉)를 행하는 것이 알려져 있다. 이 제로잉 방법에 의하면, 시간경과에 따르는 작용방향 변화가 적은 외란(저주파 혹은 직류적인 외란)을 매우 정확하게 추정할 수 있으며, 따라서, 이러한 종류의 외란을 정확하게 제거할 수 있다. 예로서, 로보트 관절 구동용의 서어보모터를 제어하기 위한 제어계에 이 제로잉 방법을 적용하므로서, 모터 기동시에 관절의 접동면 상이 등에 작용하는 정(靜) 마찰력에 기인하는 모터 회전지연 및 이 모터 회전지연에 수반되는 모터 회전개시 직후의 급속한 모터회전을 방지할 수 있으며, 따라서, 모터회전을 원활하게 할 수 있다. 그러나, 외란추정 업저어버를 설치하면, 제어계의 과도 특성이 악화되는 경우가 있다. 예를들면, 모터의 가속운전시 및 감속운전시에 진동이 발생하는 일이 있다.

발명의 개시

본 발명의 목적은 외란추정 업저어버에 의한 외란 제어효과를 얻으면서, 업저어버를 설치함에 기인하는 제어계의 과도특성의 악화를 방지할 수 있는 제로잉 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제로잉 방법은, 제어계의 속도 파라미터의 값을 검출하고, 외란추정 업저어버의 출력에 따라서 제어계를 작동시켜, 검출한 속도 파라미터 값의 증대에 따라서 업저어버 출력의 제어상의 기여분을 작게하는 공정을 구비한다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 외란 추정 업저어버 출력에 따라서 제어계를 작동시키므로, 제어계에 가하여지는 외란을 정확하게 추정해서 이를 제거할 수 있다. 더욱이, 제어계의 속도 파라미터의 값의 감소에 따라서 업저어버 출력의 제어상의 기여분을 크게 하였으므로, 저주파의 외란에 관해 특히 유용한 업저어버의 외란 제어기능을 충분히 발휘시킬 수가 있다. 또, 속도 파라미터 값의 증대에 따라서 업저어버 출력의 제어상의 기여분을 작게 하였으므로, 업저어버를 형성하는데 기인하는 과도 특성의 악화를 방지할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

제1도를 참조하면, 본 발명이 적용되는 서어보 제어계에서, 서어보회로(도시생략)로부터의 전류 지령(토오크 지령)(I)로에서 후술하는 게인 조정된 추정 외란(y')를 감소시킴으로서 실제 전류지령(I-y')이 구하여진다. 이 실제전류 지령(I-y')은, 서어보모터(도시생략)에 관련되는 전달요소(1, 2)를 통해서 실제 모터속도(v)로 변환된다. 기호 Kt, TL은 서어보모터의 토오크 정수 및 외란 토오크를 각각 표시하며, Jm은 서어보모터로 구동되는 부하 즉 로보트를 포함하는 계의 모든관성(inertia)을 표시한다. 제어계의 외란 추정 업저어버(5)는, 전달함수가 각각 Kt/Jm, K1, K2 및 1/S인 절달요소(51∼54)을 포함함과 동시에, 제(1)식 및 제(2)식이 성립하는 로보트 운전조건에 적합하도록 구성되고 있다.

dTL/dt=0…(1)

dv/dt=(I·Kt/Jm)+(TL/Jm)…(2)

업저어버 (5)에 있어서, 실제 전류지령(I-y')을 입력하는 전달요소 (52)로부터의 출력과, 전달요소 (52)의 출력과, 전달요소 (53)의 출력 (x)를 가산한 것이 전달요소 (54)에 인가된다. 그리고, 실제 모터속도 (v)로부터 전달요소 (54)의 출력(추정 모터속도)(v')를 감한 것이 전달요소 (52, 53) 각각에 인가된다. 또한, 전달요소 (3)에서, 전달요소 (53)의 출력 (x)에 값 Jm·A/Kt를 곱하여 추정외란 (y)를 구하고 있다. 이어서, 게인 조정수단 (4)에서 모터속도에 따라서 최소치「0」으로부터 최대치「1」의 사이에서 가변설정되는 피드백게인을 추정외란 (y)에 곱하여 게인조정한 추정외란 (y')을 얻고 있다. 그림중, A는 단위계를 정합시키기 위한 변환 정수를 표시한다.

제1도에서 분명한 바와같이, 실제 모터속도 (v) 및 추정모터 속도(v')는 제(3)식 및 제(4)식에 의해서 각각 표시된다.

v={(I-y')·Kt+TL}·(1/Jm·S)…(3)

v'={(I-y')·(Kt/Jm)+(v-v')·K1+(v-v')·(K2/S)}·(1/S)…(4)

제(3)식 및 제(4)식으로부터 제(5)식을 얻는다.

따라서, 전달요소 (53)의 출력 x는 제(6)식으로 표시된다.

x=(v-v')·(K2/S)

여기에서, 극히 안정된되도록 전달 함수 파라미터(K1, K2)의 값을 선택하면, 제(7)식과 같이, 전달요소 (53)의 출력(게인 조정전의 추정외란) (x)은 외란 토오크 (TL)에 비례하는 값을 취한다.

x≒TL/Jm=TL'/Jm…(7)

이 경우, 전달요소 (3)의 출력(추정외란)(y) 및 전달요소 1의 출력 Kt(I-y')는 제(8)식 및 제(9)식으로 각각 표시된다.

y=x·Jm·A/Kt=TL'·A/Kt

Kt·(I-y')=Kt·(I-TL'·A·B/Kt)…(8)

=Kt·I-TL'·A·B…(9)

여기에서, 기호 B는 게인 조정수단 (4)에 가변설정되는 피드백 게인을 표시한다.

결국, 추정외란 (y)의 제어상 기여분을 표시하는 피드백 게인 (B)을 최대치「1」로 설정하였을 때, 전달요소(1)의 출력 Kt·(I-y')과 외란 토오크 TL와의 합은 값 Kt·I에 가까운 값을 취한다. 즉, 외란이 제거된다. 또, 피드백 게인(B)은, 모터 속도의 증대에 따라서 최대치「1」로부터 최소치「0」로 저감되고, 이에 의하여, 외란추정 업저어버(5)의 작동에 따르는 제어계의 과도 특성 악화가 일어나지 않는다.

이하, 제2도를 참조해서, 본 발명의 일실시예에 의한 제로잉 방법을 실시하기 위한 로보트를 설명한다. 로보트는 로보트 기구부(15)와, 그 기구부의 각 축 서어보모터(도시생략)를 구동제어하기 위한 수치제어장치를 갖추고 있다. 로보트 기구부 (15)는, 각 축 서어보모터의 회전위치, 회전속도, 구동전류를 검출하기 위한 각종 센서(모두 도시생략)를 가지고 있다. 그리고, 수치제어장치는, 로보트 각 축에 관한 이동지령을 발생하기 위한 호스트컴퓨터(10)와 디지탈 시그널프로세서를 포함하는 디지탈 서어보회로(13)와, 양 요소(10, 13) 사이에 개재하여 양자로부터 엑세스 가능한 공유 메모리(12)를 갖추고 있다. 상세히는 서어보회로(13)는 위치, 속도 및 전류 루우프처리를 실행자재하게 되어 있다. 즉, 서어보회로(13)는 공유메모리(12)를 통해서 호스트컴퓨터(10)로부터 공급된 이동지령과 위치센서로부터의 위치피드백 신호에 의거해서 위치 편차를 구하고, 위치편차에 대응하는 지령속도와 속도센서로부터의 속도 피드백 신호와의 편차(속도편차)를 구하며, 다시 속도편차에 대응하는 전류지령(토오크지령)(I)을 구하도록 되어 있다. 또, 서어보회로(13)는, 제1도의 외란 추정 업저어버(5), 전달요소(3) 및 게인 조정수단(4)의 가능을 달성하기 위한 처리를 실행 가능하도록 되어 있다. 그리고, 수지제어장치는, 각 서어보모터에 관련하는 각종 센서로부터의 위치, 속도 및 전류 피드백 신호를 기억하기 위한 귀환신호 레지스터(그 하나를 부호(14)로 표시한다)를 다시 가지고 있다.

로보트 실제 운전에 앞서 오퍼레이터는, 피드백 게인(B)의 결정에 사용하는 데이터를 바람직하게는 실험적으로 결정한다. 본 실시예에서는 피드백 게인(B)의 값을 위치 편차량에 따라서 제3도와 나타내는 바와 같이 결정하고자 오퍼레이터는 큰 정 마찰력이 생기는 모터 속도영역을 표시하는 제1의 위치편차량 εp1(>0)와, 과도특성이 악화하는 모터 속도영역을 표시하는 제2의 위치 편차량 εpz(>0)를 각각 결정한다. 예로서, 모터를 정전 방향으로 기동후, 정 마찰력의 저하를 표시하는 현상 즉 모터 회전이 급상승하기 시작하는 모터속도에 달하였을때의 위치 편차량을 값 εp1로서 결정한다. 또, 피드백 게인(B)을 값「1」로 설정시킨 상태에서 업저어버 출력(추정외란 y')에 의하면 전류 지령(I)을 보정하면서 수치 제어장치의 제어하에서 모터를 가속 운전한 경우에, 제어계의 과도특성의 저하를 표시하는 현상 즉 진동을 발생하기 시작하는 모터 속도에 달하였을때의 위치 편차량을 값 εpz로서 결정한다.

다음에, 오퍼레이터는, 수치제어 장치의 수동 데이터 입력장치(도시생략)를 조작해서, 제(10)식으로 표시되는 피이드 백 게인 산출식을 수치제어 장치에 입력한다.

여기에서,

수동데이터 입력에 따라서, 수치제어 장치의 호스트 컴퓨터(10)는 공유 메모리(12)에 제(10)식을 격납한다.

로보트의 실제운전 중에, 서어보회로(13)의 프로세서는 위치 루우프처리와 그 마이너 루우푸(minor loop)로서의 속도 및 전류 루우프처리를 이 순서로 순차 실행함과 동시에 이 일련의 처리를 주기적으로 실행한다. 또, 본 실시예에서는 위치 루우프처리로 비례제어를 행함과 동시에 속도 루우프처리로 비례 적분제어 혹은 적분 비례제어를 행한다.

제4도에 표시하는 바와같이, 각각의 속도 루우프 처리 주기에 있어서, 프로세서는 호스트 컴퓨터(10)에 의해서 공유 메모리(1)에 기입된 위치 지령치(P)를 메모리(12)로부터 독해함과 동시에 귀환신호 레지스터(14)로부터 실제 모터 위치를 표시하는 위치 피드백 치(Pf)를 독해하고(스텝 S1). 값 P로부터 값 Pf를 감하여 위치편차 εp를 구한다(스텝 S2). 이어서, 귀환신호 레지스터(14)로부터 실제 모터속도를 표시하는 속도 피드백 치(V)를 독출한다(스텝 S3). 그리고, 제1도의 외란 추정 업저어버(5)로서 기능하는 프로세서는 전회의 처리주기에서의 스텝(15)(후술)으로 산출하고 서어보회로(13)에 내장된 레지스터(R(I'))에 격납한 보정 후의 전류지령치(I')를 이 레지스터로부터 독출하여, 이 전류지령치(I')와 속도 피드백치(V)에 의거해서 제1도의 업저어버 출력(x)에 대응하는 값을 산출한다. 이어서, 제1도의 전달요소(3)로서 기능하는 프로세서는, 업저어버 출력치(x)에 파라미터 Jm·A/Kt를 곱하여 추정외란(y)을 산출한다(스텝 S4). 다시, 속도 루우프처리의 직전의 위치 루우프 처리에서 구한 속도 지령에 의거해서 통상적인 속도 루우프처리를 실행하여, 전류지령(I)을 얻는다(스텝 S5).

다음에, 프로세서는 스텝 S2로 구한 위치 편차의 절대치│εp│가 제1의 위치 편차량 εp1과 같거나 이보다도 작은가의 여부를 판별한다(스텝 S6). 절대치│εp│가 값 εp1와 같거나 이 보다도 작으면, 산출식 B=1에 따라서 피이백 게인(B)의 값을 「1」로 결정한다(스텝 S9). 한편, 스텝 S6에서 위치 편차의 절대치 │εp│가 값 εp1보다 크다고 판별하면, 프로세스는, 절대치 │εp│가 제2의 위치 편차량 εp2보다도 작은가 여부를 판별하여(스텝 S7), 판별결과가 긍정이면 위치편차 εp가 정인가 부인가 여부를 다시 판별한다(스텝 S8). 그리고, 스텝 S8에서 위치 편차 εp가 부(-εp2<εp<ε1)이라고 판별하면, 프로세서는, 산출식 B=a·εp+b에 따라서 피드백 게인(B)의 값을 결정한다(스텝 S10). 또, 스텝 S8에서 위치편차 εp가정(εp1<εp<εp2)이라고 판별하면, 산출식 B=-a·εp+b에 따라서 피드백 게인(B)의 값을 결정한다(스탭 S11). 그리고, 위치편차의 절대치│εp│가 제2의 위치 편차량 εp2와 같거나 또는 이보다도 크다고 판별하면, 산출식 B=0에 따라서 피이드백 게인 (B)의 값을 「0」으로 결정한다(스텝 S12).

스텝 S9∼S11 중 대응하는 어느 하나에 있어서의 피이드백 게인(B)의 산출후, 제1도의 게인 조정수단(4)으로서 기능하는 프로세서는, 스텝 S4에서 구한 추정 외란(y)에 피이드백 게인(B)의 값을 곱하여 게인 조정된 추정외란(y')을 산출한다(S13). 또한, 프로세서는 스텝 S5에서 구한 전류지령(I)로부터 추정외란(y')를 감하여 보정후의 전류 지령(I')를 구하고(스텝 S14), 이 값 I'를 다음회 처리주기에서의 추정외란 산출을 위하여 레지스터(R(I'))에 격납하여(스텝 S15), 속도 루우프 처리를 종료한다. 이어서, 프로세서는 보정후의 전류지령(I')에 의거해서 실행되는 전류 루우프 처리에 들어간다.

상술한 바와같이, 위치편차의 절대치│εp│가 제1의 위치 편차량 εp1과 같거나 이보다도 작은 경우에는 피드백 게인(B)의 값이「1」로 설정되어서 업저어버(5)의 외란 제거작업이 100% 발휘된다. 결과로서, 모터속도가 0인 모터 기동시 및 모터속도가 대단히 작은 모터 기동직후에 작용아흔 큰정마찰 외란이 적합하게 제거된다. 한편, 위치 편차의 절대치│εp│가 제2의 위치 편차량 절대치 εp2와 같거나 이보다 클 때에는 피드백 게인(B)의 값이「0」으로 설정되어 업저어버(5)가 실질적으로 비작동화된다. 이 결과, 고모터 속도 영역에서 업저어버(5)를 작동시킨 경우에 발생할 수 있는 제어계의 과도 특성의 악화가 회피되어, 진동발생 등의 문제점이 방지된다. 또한, 저속 영역의 상한 회전수와 고속영역의 하한 회전수와의 사이의 회전수 영역에서는 피드백 게인(B)의 값이 「1」에서 「0」으로 또는 「0」에서 「1」로 직선적으로 원활하게 변화한다. 결과로서 제어 안정성이 손상되는 일이 없다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다.

예를 들어, 위치 루우프 처리에 있어서 비례제어를 행하는 상기 실시예에서는 위치편차 εp에 따라서 업저어버 출력의 피드백 게인(B)를 가변 설정하였으나, 실제 모터속도(속도피드백 치)또는 위치 루우프 처리에서 산술한 속도지령에 따라서 피드백 게인을 설정 가능하다. 또, 상기 실시예에서는 속도 루우프 처리에서 위치지령과 위치 피드백치에 의거해서 위치편차를 산출하였으나 위치 루우프 처리에서 산출한 위치 편차를 사용하여도 좋다.

본 발명은, 외란추정 업저어버(observer)를 사용한 제로잉 방법에 관한 것이며, 특히, 업저어버를 설치하므로서 제어계의 과도 특성의 악화를 방지할 수 있는 제로잉 방법에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 작동원리를 표시하는 서어보계의 블록선도.

제2도는 본 발명의 일 실시예에 의한 제로잉 방법이 적용되는 로보트의 요부를 표시하는 개략 블록도.

제3도는 외란 제거 작용에 사용하는 피드백 개인의 설정 예를 표시하는 그림.

제4도는 제2도의 서어보회로의 프로세서가 실행하는 속도 루우프처리를 표시하는 플로우챠아트이다.

Claims

제어계의 속도 파라미터의 값을 검출하고, 외란추정 업저어버의 출력에 따라서 상기 제어계를 작동시켜 상기 검출한 속도 파라미터치의 증대에 따라서 상기 업저어버 출력의 제어상의 기여분을 작게하는 공정을 구비하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제1항에 있어서, 위치, 속도 및 전류 루우프 처리를 실행하는 제어계에 적용되고, 상기 속도 루우프 처리로 생성한 전류 지령을 상기 업저어버 출력으로 보정하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제1항에 있어서, 제1의 속도 파라미터 영역과 속도 파라미터의 절대치가 제1의 속도 파라미터 영역에서의 그것보다도 큰 값을 취하는 제2의 속도 파라미터 영역을 사전에 각각 설정하고, 검출한 속도 파라미터치가 제1의 속도 파라미터 영역 내에 들어갈 때에는 업저어버 출력의 제어상의 기여분을 정하는 피드백 게인을 제1의 소정치로 결정하며, 제2의 속도 파라미터 영역 내에 들어갈 때에는 피드백 게인을 제1의 소정치보다도 작은 제2의 소정치로 결정하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제3항에 있어서, 속도 파라미터의 절대치가 제1의 속도 파라미터 영역에서의 그것보다도 크고 또한 제2의 속도 파라미터 영역에서의 그것보다도 작은 값을 취하는 제3의 속도 파라미터 영역을 사전에 설정하고, 검출한 속도 파라미터치가 제3의 속도 파라미터 영역 내에 들어올 때는 속도 파라미터이 절대치의 증대에 따라서 상기 피드백 게인을 제1의 소정치로 부터 제2의 소정치로 직선적으로 감소시키는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제3항에 있어서, 상기 제1의 속도 파라미터 영역 및 상기 피드백 게인의 제1의 소정치를 특정 외란을 제거하기에 적합한 것으로 각각 정하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제5항에 있어서, 상기 제2의 속도 파라미터 영역 및 상기 피드백 게인의 제2의 소정치를 상기 제어계의 과도 특성에 저하를 초래할 염려가 있을 때에 상기 외란추정 업저어버가 실질적으로 비작동화되도록 각각 정하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제5항에 있어서, 상기 특정 외란은 정마찰외란인 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제6항에 있어서, 상기 피드백 게인의 제2의 소정치를 0으로 결정하는 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제1항에 있어서, 상기 속도 파라미터는 위치편차인 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.
제1항에 있어서, 상기 속도 파라미터는 실제 모터속도인 외란추정 업저어버를 사용한 제로잉 방법.