JPH02131392A - 電動機のトルク制御方式 - Google Patents
電動機のトルク制御方式Info
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- JPH02131392A JPH02131392A JP63279493A JP27949388A JPH02131392A JP H02131392 A JPH02131392 A JP H02131392A JP 63279493 A JP63279493 A JP 63279493A JP 27949388 A JP27949388 A JP 27949388A JP H02131392 A JPH02131392 A JP H02131392A
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- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
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- Control Of Electric Motors 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〕
本発明は、減速機系を介して負荷を駆動する電動機のト
ルク制御方式に関する。
ルク制御方式に関する。
したがって、各部の要素機構は、小型，軽量に重点が置
かれ、例えば、作業腕（以下マニビュレー夕という）の
関節を駆動するアクチュエータは、現在のｌ／１０程度
の重量に軽量化する必要があると言われている。
かれ、例えば、作業腕（以下マニビュレー夕という）の
関節を駆動するアクチュエータは、現在のｌ／１０程度
の重量に軽量化する必要があると言われている。
上記の場合、アクチュエー夕は、電動機部と減速機を一
体化して小型，軽量を追求する方向をとるが、特に、減
速機については電動機に内蔵することを可能にするため
、小形形状となり、必然的に剛性（バネ定数）が低下す
る傾向にある。
体化して小型，軽量を追求する方向をとるが、特に、減
速機については電動機に内蔵することを可能にするため
、小形形状となり、必然的に剛性（バネ定数）が低下す
る傾向にある。
本発明は、このような振動系のダンピングを改善して、
速い動作のできるマニピコレータを可能にし、ロボット
の作業性を向上することを主な狙いとしている。また、
あわせて減速機系の摩擦トルクを補償し、繊細な作業へ
の対応も目的の一つである。
速い動作のできるマニピコレータを可能にし、ロボット
の作業性を向上することを主な狙いとしている。また、
あわせて減速機系の摩擦トルクを補償し、繊細な作業へ
の対応も目的の一つである。
さて、電動機によるバネ系の駆動モデルは、般に第５図
のように与えられる。図において、１は電動機、１２は
負荷、Ｊｌ１ は電動機１の慣性モーメント、ＪＬ は
負荷１２の慣性モーメント、τ．はここで、電動機ｌは
、説明を簡単にするため、直流サーボモー夕とし、負荷
１２側の角度品及び慣性モーメン｝Ｊｔ は減速比Ｒを
通して、電動機１側に換算されているものとする。なお
、減速機部のバックラッシュあるいはロストモーンヨン
は、本発明の対象外となるので、ここでは省略している
。
のように与えられる。図において、１は電動機、１２は
負荷、Ｊｌ１ は電動機１の慣性モーメント、ＪＬ は
負荷１２の慣性モーメント、τ．はここで、電動機ｌは
、説明を簡単にするため、直流サーボモー夕とし、負荷
１２側の角度品及び慣性モーメン｝Ｊｔ は減速比Ｒを
通して、電動機１側に換算されているものとする。なお
、減速機部のバックラッシュあるいはロストモーンヨン
は、本発明の対象外となるので、ここでは省略している
。
第５図の記号によると、電動機にトルクτ．が発生した
場合、次の関係式が成り立つ。
場合、次の関係式が成り立つ。
上式を変形すると、
となる。したがって、下式が成立する。
τ 一１− １」＝＝ ｉユ
ーΔ十ｋ（＋一）（θ，一へ）・・・（３）Ｊ，
Ｊ． ＪＬあるいは、次の
ようにも表現できる。
ーΔ十ｋ（＋一）（θ，一へ）・・・（３）Ｊ，
Ｊ． ＪＬあるいは、次の
ようにも表現できる。
Ｊ ・τ．＝Ｊ。（ｌ１−Δ）十ｋ（θ１一１・・・
（４）Ｊｌｌ＋ ＪＬ ただし、Ｊ．Ｊ′Ｊ ＪＸ＋ ＪＬ 以上の計算により、第５図の系は、 ｆ． ＝（１／２π）・Ｊｋ／Ｊ． という固有振動数を有していることが分かる。サーボ系
を構成した場合、この共振に抑えられて、系の応答を上
げることができなくなる。
（４）Ｊｌｌ＋ ＪＬ ただし、Ｊ．Ｊ′Ｊ ＪＸ＋ ＪＬ 以上の計算により、第５図の系は、 ｆ． ＝（１／２π）・Ｊｋ／Ｊ． という固有振動数を有していることが分かる。サーボ系
を構成した場合、この共振に抑えられて、系の応答を上
げることができなくなる。
そこで従来は、（４）式に制動力（ダンピング）を付加
するため、Ｄ（υ１−＾）（Ｄは制動係数）を、位置偏
差（θ，一へ）の微分から作り、（４）式に加えて制動
項を実現することが一般的手法であった。
するため、Ｄ（υ１−＾）（Ｄは制動係数）を、位置偏
差（θ，一へ）の微分から作り、（４）式に加えて制動
項を実現することが一般的手法であった。
しかし、上記の方法には、次の２つの問題点がある。
１）減速機がある場合、負荷側への検出分解能は、電動
機側に比べて、減速比倍の分解能が必要となる。たとえ
ば、電動機側が１万パルス／回転、減速比＝４０のとき
、減速機出力側（＝負荷側）では４０万パルス／回転が
必要になる。これは、小形軽量化と相反するため、実現
が困難である。
機側に比べて、減速比倍の分解能が必要となる。たとえ
ば、電動機側が１万パルス／回転、減速比＝４０のとき
、減速機出力側（＝負荷側）では４０万パルス／回転が
必要になる。これは、小形軽量化と相反するため、実現
が困難である。
２）仮に、ダンピングの改善ができたとしても、減速機
部の摩擦トルクに対しては、全く補償ができず、減速機
系の駆動法としては、適切な方法ではない。
部の摩擦トルクに対しては、全く補償ができず、減速機
系の駆動法としては、適切な方法ではない。
に満足させるために、電動機の発生トルクを電機子電流
としたものの微分値を速度指令の印加点に負帰還すると
いうものである。
としたものの微分値を速度指令の印加点に負帰還すると
いうものである。
ところが、電動機の電機子電流と負荷の挙動とは、特に
弾性系が介在している系においては対応せず、動的特性
は勿論、静的な特性を含めてのトルク制御はできないと
いう問題があった。
弾性系が介在している系においては対応せず、動的特性
は勿論、静的な特性を含めてのトルク制御はできないと
いう問題があった。
そこで本発明は、減速機を介して負荷を運転する制御系
において、高精度のトルク制御を行うことを目的とする
。
において、高精度のトルク制御を行うことを目的とする
。
この目的を達成するため、本発明の電動機のトルク制御
方式は、減速機を介して負荷を駆動する電動機制御系に
おいて、電動機の電流検出値を電流指令に負帰還して発
生トルクを制御する電流フィードバックルーブと、前記
減速機出力と負荷との間のトルク検出値をトルク指令に
負帰還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフィ
ードバックループとを備え、かつ、該トルクフィードバ
ックルーブにおいて、前記トルク検出値の微分値、又は
トルク検出値の微分値に非線形補償を行った値を前記ト
ルク検出値に加算することにより、減速機の有する剛性
に基づく駆動系のダンピングを改善することを特徴とす
る。
方式は、減速機を介して負荷を駆動する電動機制御系に
おいて、電動機の電流検出値を電流指令に負帰還して発
生トルクを制御する電流フィードバックルーブと、前記
減速機出力と負荷との間のトルク検出値をトルク指令に
負帰還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフィ
ードバックループとを備え、かつ、該トルクフィードバ
ックルーブにおいて、前記トルク検出値の微分値、又は
トルク検出値の微分値に非線形補償を行った値を前記ト
ルク検出値に加算することにより、減速機の有する剛性
に基づく駆動系のダンピングを改善することを特徴とす
る。
本発明においては、ダンピングの改善と摩ｔａ トルク
の補償を合わせて解決するため、第２図に示すように、
減速機１１の出力軸にトルク検出器５を設けて、従来の
電流フィードバックの外側にトルク制御ループを構成し
、さらに、トルク検出信号を微分し、所要の係数（ｋ０
）を乗じて上記ループに追加する。また、バネ定数の非
線形性を補償するため、トルクに応じた補償特性を前記
ｋ。に加えている。
の補償を合わせて解決するため、第２図に示すように、
減速機１１の出力軸にトルク検出器５を設けて、従来の
電流フィードバックの外側にトルク制御ループを構成し
、さらに、トルク検出信号を微分し、所要の係数（ｋ０
）を乗じて上記ループに追加する。また、バネ定数の非
線形性を補償するため、トルクに応じた補償特性を前記
ｋ。に加えている。
トルク検出器５は、τ＝ｋ（θ１一凸）を検出する。
したがって、これを微分するとｄτ／ｄｔ＝ｋ（＋！ｌ
＋−＾）となり、位置偏差による場合と同様の効果が得
られる。そこで、トルク制御ループの中に、ｄτ／ｄｔ
に比例した値ｋｏｋ（δ，−＾）を加算すれば、（４）
式のダンピング項Ｄ（δ１−Δ）を実現したことになり
、安定度が改善される。
＋−＾）となり、位置偏差による場合と同様の効果が得
られる。そこで、トルク制御ループの中に、ｄτ／ｄｔ
に比例した値ｋｏｋ（δ，−＾）を加算すれば、（４）
式のダンピング項Ｄ（δ１−Δ）を実現したことになり
、安定度が改善される。
ただし、上記の説明は、ｋが一定であるとみなすことが
できる場合であるが、実際の減速機では、バネ定数ｋは
第３図に示すように、トルクの大きさに応じて変化する
。そこで、一様なダンピング特性を得るため、トルクτ
に関係した補正関数を付加して、このような不都合を補
償している。
できる場合であるが、実際の減速機では、バネ定数ｋは
第３図に示すように、トルクの大きさに応じて変化する
。そこで、一様なダンピング特性を得るため、トルクτ
に関係した補正関数を付加して、このような不都合を補
償している。
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
第１図は本発明の制御方式を適用した制御系のブロック
図である。ここでは、説明を簡単にするため、電動機１
として直流電動機を例に挙げているが、交流電動機（Ａ
Ｃサーボモータ）でも問題なく適用できる。２はスイッ
チング素子、例えばパワートランジスタを使用したＰ
Ｗ Ｍアンプであり、電動機１に印加する電圧を制御し
ている。３は電動機１の電機子の電流検出器であり、検
出された電流値と電流Ｉ旨令との偏差は、電流アンプ４
により増幅されてＰＷＭアンブ２に出力される。
図である。ここでは、説明を簡単にするため、電動機１
として直流電動機を例に挙げているが、交流電動機（Ａ
Ｃサーボモータ）でも問題なく適用できる。２はスイッ
チング素子、例えばパワートランジスタを使用したＰ
Ｗ Ｍアンプであり、電動機１に印加する電圧を制御し
ている。３は電動機１の電機子の電流検出器であり、検
出された電流値と電流Ｉ旨令との偏差は、電流アンプ４
により増幅されてＰＷＭアンブ２に出力される。
以上の１〜４の要素は、従来から採用されている電流制
御ループを構成し、電動機１の，発生トルクを制御して
いる。
御ループを構成し、電動機１の，発生トルクを制御して
いる。
本発明では、さらに、減速機出力側（低速側）に、たと
えばストレインメータ方式あるいは磁歪方式等のトルク
検出器５を設け、トルク指令とこのトルク検出値との偏
差を制御するトルク制御アンブ６を付加している。した
がって、電動機出力トルクではなく、負荷の駆動トルク
を直接的に制御していることになる。
えばストレインメータ方式あるいは磁歪方式等のトルク
検出器５を設け、トルク指令とこのトルク検出値との偏
差を制御するトルク制御アンブ６を付加している。した
がって、電動機出力トルクではなく、負荷の駆動トルク
を直接的に制御していることになる。
減速機系の剛性が十分高い場合には、このままでトルク
制御が可能であるが、実際には、減速機剛性と慣性モー
メントとの関係で、５〜ｌＱＨｚに共振周波数があり、
サーボ系のゲインが抑えられる。
制御が可能であるが、実際には、減速機剛性と慣性モー
メントとの関係で、５〜ｌＱＨｚに共振周波数があり、
サーボ系のゲインが抑えられる。
そこで、本発明では、前記の構成のほかに、微分回路７
、またその値を適切なゲインとするためのゲイン調整回
路８を追加し、トルク制御ループに加えている。前に説
明したように、この微分回路７，ゲイン調整回路８を設
けることによって、振動系のダンピングがよくなり、ト
ルク制御ループのゲインが上がり、応答も速くなる。
、またその値を適切なゲインとするためのゲイン調整回
路８を追加し、トルク制御ループに加えている。前に説
明したように、この微分回路７，ゲイン調整回路８を設
けることによって、振動系のダンピングがよくなり、ト
ルク制御ループのゲインが上がり、応答も速くなる。
さらに、トルク検出値が減速機系の剛性係数、すなわち
バネ係数に関係しているので、検出トルクに対して、ゲ
イン補償部９を通し、乗算器１０により、フィードバッ
クゲインｋ。をトルクに関して補正する方法を付加すれ
ば、減速機バネ係数の非線形性も補償でき、一様なダン
ピング特性が得られる。
バネ係数に関係しているので、検出トルクに対して、ゲ
イン補償部９を通し、乗算器１０により、フィードバッ
クゲインｋ。をトルクに関して補正する方法を付加すれ
ば、減速機バネ係数の非線形性も補償でき、一様なダン
ピング特性が得られる。
第４図は、本発明による効果を示すトルク指令のステッ
プ応答を示す。同図において、（ａ）は電流フィードバ
ックのみの制御系の場合、ら）は検出トルクの微分値を
フィードバックした場合、（Ｃ）はさらに非線形補償を
行った場合を示している。（ａ）の場合には、オーバー
シュートとアンダーシュートが大きく、制御整定に時間
がかかり、安定性も悪いことがわかる。ら）の場合は、
わずかなオーバーンユートを経て整定しており、十分な
安定性が得られている。さらに、（Ｃ）の場合は、オー
バーンユートが改善されていることが分かる。
プ応答を示す。同図において、（ａ）は電流フィードバ
ックのみの制御系の場合、ら）は検出トルクの微分値を
フィードバックした場合、（Ｃ）はさらに非線形補償を
行った場合を示している。（ａ）の場合には、オーバー
シュートとアンダーシュートが大きく、制御整定に時間
がかかり、安定性も悪いことがわかる。ら）の場合は、
わずかなオーバーンユートを経て整定しており、十分な
安定性が得られている。さらに、（Ｃ）の場合は、オー
バーンユートが改善されていることが分かる。
以上に述べたように、本発明においては、トルク制御ル
ープに対して、検出トルクの微分値をループに追加する
ことによって、振動系のダンピングを向上できる。また
、トルクに関連して、前記微分値のフィードバックゲイ
ンを補償することによって、バ不定数の非線形性も補償
でき、負荷トルクに関するダンピング改善の範囲を広げ
ることができる。
ープに対して、検出トルクの微分値をループに追加する
ことによって、振動系のダンピングを向上できる。また
、トルクに関連して、前記微分値のフィードバックゲイ
ンを補償することによって、バ不定数の非線形性も補償
でき、負荷トルクに関するダンピング改善の範囲を広げ
ることができる。
このトルク制御方式を適用することにより、自由度の多
いマニピュレータ関節に関して、個々の減速機を含むア
クチュエー夕のダンピングを高めることによって、全体
的に迅速な動作を期待できるようになり、作業能率が向
上する。
いマニピュレータ関節に関して、個々の減速機を含むア
クチュエー夕のダンピングを高めることによって、全体
的に迅速な動作を期待できるようになり、作業能率が向
上する。
第１図は本発明のトルク制御方式を適用した電動機制御
系のブロック図、第２図は本発明によるトルク検出器の
配置を示す概略図、第３図は減速機の剛性を示すグラフ
、第４図は本発明によるダンピング特性の改善の結果を
示す波形図、第５図はバネ系負荷駆動モデルの概略図で
ある。 ｌ；電動機 ２：ＰＷＭアンプ３：電流検出器
４：電流アンプ ５：トルク検出器 ６：トルク制御アンプ７：微分回
路 ８：ゲイン調整回路９：ゲイン補償部 １
０：乗算器 １１：滅速機 １２：負荷
系のブロック図、第２図は本発明によるトルク検出器の
配置を示す概略図、第３図は減速機の剛性を示すグラフ
、第４図は本発明によるダンピング特性の改善の結果を
示す波形図、第５図はバネ系負荷駆動モデルの概略図で
ある。 ｌ；電動機 ２：ＰＷＭアンプ３：電流検出器
４：電流アンプ ５：トルク検出器 ６：トルク制御アンプ７：微分回
路 ８：ゲイン調整回路９：ゲイン補償部 １
０：乗算器 １１：滅速機 １２：負荷
Claims (1)
- １、減速機を介して負荷を駆動する電動機制御系におい
て、電動機の電流検出値を電流指令に負帰還して発生ト
ルクを制御する電流フィードバックループと、前記減速
機出力と負荷との間のトルク検出値をトルク指令に負帰
還してその偏差を前記電流指令値とするトルクフィード
バックループとを備え、かつ、該トルクフィードバック
ループにおいて、前記トルク検出値の微分値、又はトル
ク検出値の微分値に非線形補償を行った値を前記トルク
検出値に加算することにより、減速機の有する剛性に基
づく駆動系のダンピングを改善することを特徴とする電
動機のトルク制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279493A JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63279493A JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02131392A true JPH02131392A (ja) | 1990-05-21 |
| JP2728697B2 JP2728697B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=17611816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63279493A Expired - Lifetime JP2728697B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 電動機のトルク制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2728697B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006050710A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Yaskawa Electric Corp | 減速機一体型アクチュエータおよびこれを備えたアクチュエータシステム |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5444714A (en) * | 1977-09-14 | 1979-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | System for controlling torsional vibration of mechanical drive system |
| JPS5512793U (ja) * | 1978-07-12 | 1980-01-26 | ||
| JPS6220718A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Mazda Motor Corp | 自動車用エンジンの吸気装置 |
-
1988
- 1988-11-07 JP JP63279493A patent/JP2728697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5444714A (en) * | 1977-09-14 | 1979-04-09 | Mitsubishi Electric Corp | System for controlling torsional vibration of mechanical drive system |
| JPS5512793U (ja) * | 1978-07-12 | 1980-01-26 | ||
| JPS6220718A (ja) * | 1985-07-19 | 1987-01-29 | Mazda Motor Corp | 自動車用エンジンの吸気装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006050710A (ja) * | 2004-08-02 | 2006-02-16 | Yaskawa Electric Corp | 減速機一体型アクチュエータおよびこれを備えたアクチュエータシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2728697B2 (ja) | 1998-03-18 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |