JPH01304511A - サーボ制御装置 - Google Patents
サーボ制御装置Info
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- JPH01304511A JPH01304511A JP63135928A JP13592888A JPH01304511A JP H01304511 A JPH01304511 A JP H01304511A JP 63135928 A JP63135928 A JP 63135928A JP 13592888 A JP13592888 A JP 13592888A JP H01304511 A JPH01304511 A JP H01304511A
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- JP
- Japan
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- servo
- filter
- arithmetic
- frequency
- controller
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
- G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Program-controlled manipulators
- B25J9/16—Program controls
- B25J9/1628—Program controls characterised by the control loop
- B25J9/1638—Program controls characterised by the control loop compensation for arm bending/inertia, pay load weight/inertia
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
- G05B2219/41166—Adaptive filter frequency as function of oscillation, rigidity, inertia load
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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。
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〕
ロボットマニピュレータ、工作機械、ＸＹ子テーブルの
位置、速度または力制装置に関する。
位置、速度または力制装置に関する。
本発明はロボット、工作機械等のａ微駆動による制御装
置において低剛性により生しやすい機械共振を、機械の
姿勢変化、負荷変動によって変化する固有振動数に適応
してカットオフ周波数またはノツチ周波数が適宜変化す
る適応フィルタを用いることにより、抑えるようにした
ものである。
置において低剛性により生しやすい機械共振を、機械の
姿勢変化、負荷変動によって変化する固有振動数に適応
してカットオフ周波数またはノツチ周波数が適宜変化す
る適応フィルタを用いることにより、抑えるようにした
ものである。
一般に機械系が慣性負荷のみから構成される場合、入力
をトルクまたは力とし、出力を位置とした周波数特性は
第６図で表される。第６図に対して速度フィードバンク
、位置フィードバック等を施すことにより制御系を容易
に構成できる。しかしながら、機械系が減速機、支持系
、たわみ等の影響により低剛性である場合には第７図で
示されるような周波数特性を有する場合が多く、機械共
振が生じやすい。対応策としてサーボループの間ループ
ゲインを共振ピーク時においてＯｄＢを越えないように
抑える必要がある。第７図。また、サーボループの前向
き伝達関数部分にローパスフィルタや第８図に示すよう
なノツチフィルタを挿入して第９図のように共振ピーク
をカットする方法がある。
をトルクまたは力とし、出力を位置とした周波数特性は
第６図で表される。第６図に対して速度フィードバンク
、位置フィードバック等を施すことにより制御系を容易
に構成できる。しかしながら、機械系が減速機、支持系
、たわみ等の影響により低剛性である場合には第７図で
示されるような周波数特性を有する場合が多く、機械共
振が生じやすい。対応策としてサーボループの間ループ
ゲインを共振ピーク時においてＯｄＢを越えないように
抑える必要がある。第７図。また、サーボループの前向
き伝達関数部分にローパスフィルタや第８図に示すよう
なノツチフィルタを挿入して第９図のように共振ピーク
をカットする方法がある。
しかしながら、前者ではゲインを高くできないために、
十分な連応性が得られない場合や外乱負荷に弱い等の欠
点があり、後者には第１０図に見られるように機械系の
姿勢の変化または負荷変動により固有振動数、Ｑ値が変
化した場合、固定周波数での特性しか持たないローパス
フィルタ、ノツチフィルタでは第１１図のように共振ピ
ークを除去することができず十分に対応出来ない場合が
あった。
十分な連応性が得られない場合や外乱負荷に弱い等の欠
点があり、後者には第１０図に見られるように機械系の
姿勢の変化または負荷変動により固有振動数、Ｑ値が変
化した場合、固定周波数での特性しか持たないローパス
フィルタ、ノツチフィルタでは第１１図のように共振ピ
ークを除去することができず十分に対応出来ない場合が
あった。
本発明は変化する固有振動数に対して、第１２図のよう
に、追従してカットオフ周波数またはノツチ周波数がス
ライドすることによって機械共振を抑えることのできる
適応フィルタを有するサーボ制御装置に関する。
に、追従してカットオフ周波数またはノツチ周波数がス
ライドすることによって機械共振を抑えることのできる
適応フィルタを有するサーボ制御装置に関する。
ロボット工作機械等の機械系が低剛性である場合に、そ
の固有振動数で生じる機械共振が問題になる場合がある
。
の固有振動数で生じる機械共振が問題になる場合がある
。
固有振動数は、姿勢変化や負荷変動にあわせて変動する
性質を持つ。そこで常に固有振動数変化に沿ってカット
オフ周波数またはノツチ闇波数が変化する適応フィルタ
を直列に介してフィードバックループを構成することに
よって共振ピークをカットすることにより、見かけ１高
剛性な機械系として、改めて安定な制御を構成すること
ができる。
性質を持つ。そこで常に固有振動数変化に沿ってカット
オフ周波数またはノツチ闇波数が変化する適応フィルタ
を直列に介してフィードバックループを構成することに
よって共振ピークをカットすることにより、見かけ１高
剛性な機械系として、改めて安定な制御を構成すること
ができる。
次に本発明の実施例について、図を参照して説明する。
図１が本発明の概要である。
位置指令７と現在位置８を入力しサーボ演算を行うサー
ボ演算部２と、演算結果５を入力し出力６を算出する適
応フィルタ３により、制御装置１が構成される。
ボ演算部２と、演算結果５を入力し出力６を算出する適
応フィルタ３により、制御装置１が構成される。
制御出力６は機械系４に入力され、４の挙動が位置デー
タとして出力８に現れる。
タとして出力８に現れる。
第２図に低剛性なトルク伝達機構を介した２関節ロボッ
トマニピュレータによる実施例を示す。
トマニピュレータによる実施例を示す。
第２図において制御装置１はメモリ内の位置指令と位置
検出手段９により検出された現在位置を比較してサーボ
演算を行い、演算結果を適応フィルタの入力データとし
て適応フィルタ演算を行い結果を出力手段１０を介して
電力増幅用のパワーアンプ１１に出力する。パワーアン
プ１１はロボット駆動用モータ１２の電流を制御し、駆
動用モータ１２は電流に比例したトルクをロボットアー
ムＩ４に対して出力する。
検出手段９により検出された現在位置を比較してサーボ
演算を行い、演算結果を適応フィルタの入力データとし
て適応フィルタ演算を行い結果を出力手段１０を介して
電力増幅用のパワーアンプ１１に出力する。パワーアン
プ１１はロボット駆動用モータ１２の電流を制御し、駆
動用モータ１２は電流に比例したトルクをロボットアー
ムＩ４に対して出力する。
モータ１２とロボットアーム１４との間にはベルト、減
速機または未知の低剛性構造物等から成り、弾性にと粘
性摩擦Ｃとでモデル化されるトルク伝達機構１３が介さ
れる。
速機または未知の低剛性構造物等から成り、弾性にと粘
性摩擦Ｃとでモデル化されるトルク伝達機構１３が介さ
れる。
第１式はモータ１２、トルク伝達機構１３、ロボットア
ーム１４の伝達関数である。パラメータは第２式で表さ
れ、固有振動数ωは弾性にとロボット及びモータとで表
される有効慣性Ｊｅとの比で求められる。有効慣性Ｊｅ
はモータ１２の慣性Ｊ１とロボットアームの慣性Ｊ２か
ら成り、Ｊ２はロボットアームの姿勢θ２に応じて変化
する。ロボットアームはこの固有振動数ωにおいて機械
共振を生じ易いシステムとなっている。従って、固有振
動数ωはθ２の関数である。
ーム１４の伝達関数である。パラメータは第２式で表さ
れ、固有振動数ωは弾性にとロボット及びモータとで表
される有効慣性Ｊｅとの比で求められる。有効慣性Ｊｅ
はモータ１２の慣性Ｊ１とロボットアームの慣性Ｊ２か
ら成り、Ｊ２はロボットアームの姿勢θ２に応じて変化
する。ロボットアームはこの固有振動数ωにおいて機械
共振を生じ易いシステムとなっている。従って、固有振
動数ωはθ２の関数である。
但し、Ｊｅ＝ＪＩＪ２／（Ｊ１＋Ｊ２）Ｊ１＝ｃｏｎｓ
Ｌ、 （第２式）％式％ ω−に／Ｊｅ・・・・θの関数 第３図に従来からあるノツチフィルタのアナログ回路に
よる実施例を示す。
Ｌ、 （第２式）％式％ ω−に／Ｊｅ・・・・θの関数 第３図に従来からあるノツチフィルタのアナログ回路に
よる実施例を示す。
第３弐がノツチフィルタの伝達関数。適応フィルタを実
現するために同じ特性をソフトウェアに置き換える準備
が必要になる。第４式が第３式を双一次変換によりディ
ジクル化した伝達関数であり、Ｚ変換で表される。パラ
メータは第５式。第６式は、第４式を時系列表現に書き
下したものであり、回路による実施例と同じフィルタ特
性を実現することができる。ここで、ノツチフィルタの
特性は第５弐のパラメータを設定することにより、−意
に定められる。つまり、第５式の右辺のωをアームの姿
勢変化に応じて第２弐に従って逐次に変更すればノツチ
フィルタの特性を動的に変化させることができる。
現するために同じ特性をソフトウェアに置き換える準備
が必要になる。第４式が第３式を双一次変換によりディ
ジクル化した伝達関数であり、Ｚ変換で表される。パラ
メータは第５式。第６式は、第４式を時系列表現に書き
下したものであり、回路による実施例と同じフィルタ特
性を実現することができる。ここで、ノツチフィルタの
特性は第５弐のパラメータを設定することにより、−意
に定められる。つまり、第５式の右辺のωをアームの姿
勢変化に応じて第２弐に従って逐次に変更すればノツチ
フィルタの特性を動的に変化させることができる。
但し、ａｏ ＝ω” ＋４／Ｔ”、 ｂ −ω” ＋’
／ｒ” ＋２ω”／ＱＴａ＋ ” ２ ω” −８／Ｔ
” 、ｂ ＝２ ω２−８／Ｔ”ａｔ ＝ ω” ＋
４／Ｔ” 、 １． ＝ ω２ 十４７７２
−２ωＺ／口Ｔ （第５式）％式％（２） ＋ａ７ｂｏ ・ｕ（ｋ−２） （ｋ＝Ｏ＋１＋２．・
・・）（第６式）制御装置１の制御の流れを示したのが
第４図。
／ｒ” ＋２ω”／ＱＴａ＋ ” ２ ω” −８／Ｔ
” 、ｂ ＝２ ω２−８／Ｔ”ａｔ ＝ ω” ＋
４／Ｔ” 、 １． ＝ ω２ 十４７７２
−２ωＺ／口Ｔ （第５式）％式％（２） ＋ａ７ｂｏ ・ｕ（ｋ−２） （ｋ＝Ｏ＋１＋２．・
・・）（第６式）制御装置１の制御の流れを示したのが
第４図。
第５図である。第４図において、制御装置１は一定のサ
ンプリングタイム毎にアームの現在位置θ１、θ２を９
から検出し、サーボ演算を行い、結果ｕ （ｋ）を適応
フィルタサブルーチンに出力し、フィルタ出力ｙ （ｋ
）をＤ／Ａ変換器等ＩＯからｔ＝ｋＴ〜（ｋ＋ｌ）Ｔの
聞出力保持する。ついで、サンプル回数ｋを更新し、次
のサンプリングを待つ。
ンプリングタイム毎にアームの現在位置θ１、θ２を９
から検出し、サーボ演算を行い、結果ｕ （ｋ）を適応
フィルタサブルーチンに出力し、フィルタ出力ｙ （ｋ
）をＤ／Ａ変換器等ＩＯからｔ＝ｋＴ〜（ｋ＋ｌ）Ｔの
聞出力保持する。ついで、サンプル回数ｋを更新し、次
のサンプリングを待つ。
第５図では、第２弐を用いてθ２から慣性Ｊ２を求め、
有効慣性Ｊｅを求め、弾性にとから固有振動数ωを算出
し、第５式を用いてフィルタ係数を求め、第６式により
フィルタ出力ｙ （ｋ）を算出する。
有効慣性Ｊｅを求め、弾性にとから固有振動数ωを算出
し、第５式を用いてフィルタ係数を求め、第６式により
フィルタ出力ｙ （ｋ）を算出する。
本適応アクティブフィルタをロボット工作機械等の機械
制御系に利用することにより、機械体自身の低剛性によ
り生じる機械共振を制御できる他に、把持物の低剛性に
よって生じる振動の防振にも効果を持ち、全体として機
械体を安定制御させる働きを有する。
制御系に利用することにより、機械体自身の低剛性によ
り生じる機械共振を制御できる他に、把持物の低剛性に
よって生じる振動の防振にも効果を持ち、全体として機
械体を安定制御させる働きを有する。
第１図に適応フィルタを挿入した制御装置の概略図を示
す。第２図に低剛性なトルク伝達機構を介した２関節ロ
ボットアームによる実施例を示す。 第３図に典型的なノツチフィルタのアナログ回路による
例を示す。第４図、第５図に制御の流れと適応フィルタ
のサブルーチンを示す。第６図から第１２図に機械系及
び機械系にノツチフィルタを介した場合の入力をトルク
または力、出力を位置とした周波数特性を示す。 １・・・制御装置 ２・・・サーボ演算部３・・・
適応フィルタ ４・・・機械系５・・・ｔ＝ｋＴ〜（ｋ
＋１）Ｔにおけるフィルタ人力 ６・・・ｔ ＝ｋＴ〜（ｋ＋１）Ｔにおけるフィルタ出
力 フ・・・指令位置 ８・・・現在位置 ９・・・位置検出手段 １０・・・トルク指令出力手段 １１・・・トルク制御型モータパワーアンプ１２・・・
モータ １３・・・ヘルドまたは減速器 １４・・・ロボットアーム Ｊｅ・・・有効慣性モーメント Ｊｌ・・・モータ慣性 Ｊ２・・・アームの慣性 ｋ・・・弾性 Ｃ・・・粘性 Ｑ ・ ・ ・ 共振Ｑイ直 θ１・・第１軸の位置 θ２・・第２軸の位置 ω・・・固有振動数 Ｔ・・・サンプリングタイム ａＯ−”！＋ ｂＯ−ｂ！ ” ’フィルタ係数ｋ・
・・サンプリング回数（０，１，２−）Ｓ・・・ラプラ
ス変換演算子 ２・・・２変換演算子 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助う、ｕ（ｋｌ
Ｇ、ｙ（Ｌ）目７−。 Ｊ ：！［、＋２’） 第２０ 実施例のハートウェイ上１丑違閏額戊明口第３
図 ノｌチフィルタ回路口と式の説明図のサブルーチン
を１１口 第６図 慣性ｊ！Ｌ荷の特性説明図 第７図 周シ反波特性の説明図 竹・ビ虹にざ５月ひフ 一＄ １０図 特性す変りす？Ｊの 第 １２
図 付性変化にツマ４フイ説８Ｆ４閃
ル９が追従した肴柱の説明図
す。第２図に低剛性なトルク伝達機構を介した２関節ロ
ボットアームによる実施例を示す。 第３図に典型的なノツチフィルタのアナログ回路による
例を示す。第４図、第５図に制御の流れと適応フィルタ
のサブルーチンを示す。第６図から第１２図に機械系及
び機械系にノツチフィルタを介した場合の入力をトルク
または力、出力を位置とした周波数特性を示す。 １・・・制御装置 ２・・・サーボ演算部３・・・
適応フィルタ ４・・・機械系５・・・ｔ＝ｋＴ〜（ｋ
＋１）Ｔにおけるフィルタ人力 ６・・・ｔ ＝ｋＴ〜（ｋ＋１）Ｔにおけるフィルタ出
力 フ・・・指令位置 ８・・・現在位置 ９・・・位置検出手段 １０・・・トルク指令出力手段 １１・・・トルク制御型モータパワーアンプ１２・・・
モータ １３・・・ヘルドまたは減速器 １４・・・ロボットアーム Ｊｅ・・・有効慣性モーメント Ｊｌ・・・モータ慣性 Ｊ２・・・アームの慣性 ｋ・・・弾性 Ｃ・・・粘性 Ｑ ・ ・ ・ 共振Ｑイ直 θ１・・第１軸の位置 θ２・・第２軸の位置 ω・・・固有振動数 Ｔ・・・サンプリングタイム ａＯ−”！＋ ｂＯ−ｂ！ ” ’フィルタ係数ｋ・
・・サンプリング回数（０，１，２−）Ｓ・・・ラプラ
ス変換演算子 ２・・・２変換演算子 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 林 敬 之 助う、ｕ（ｋｌ
Ｇ、ｙ（Ｌ）目７−。 Ｊ ：！［、＋２’） 第２０ 実施例のハートウェイ上１丑違閏額戊明口第３
図 ノｌチフィルタ回路口と式の説明図のサブルーチン
を１１口 第６図 慣性ｊ！Ｌ荷の特性説明図 第７図 周シ反波特性の説明図 竹・ビ虹にざ５月ひフ 一＄ １０図 特性す変りす？Ｊの 第 １２
図 付性変化にツマ４フイ説８Ｆ４閃
ル９が追従した肴柱の説明図
Claims (1)
- 機械系の慣性モーメントを検出または同定する手段を持
ち、慣性モーメントの変動に応じて変化する固有振動数
に対して、カットオフ周波数またはノッチ周波数が追従
して変化する適応フィルタを設けることにより、機械共
振を抑える機能を持つことを特徴としたサーボ制御装置
。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63135928A JPH01304511A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | サーボ制御装置 |
| US07/359,570 US4980625A (en) | 1988-06-02 | 1989-06-01 | Apparatus and method for servo control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63135928A JPH01304511A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | サーボ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01304511A true JPH01304511A (ja) | 1989-12-08 |
Family
ID=15163127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63135928A Pending JPH01304511A (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | サーボ制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4980625A (ja) |
| JP (1) | JPH01304511A (ja) |
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| JP2997036B2 (ja) * | 1990-11-30 | 2000-01-11 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
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