JPH05224703A - ダイレクトドライブロボットの制御装置 - Google Patents
ダイレクトドライブロボットの制御装置Info
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- JPH05224703A JPH05224703A JP4027765A JP2776592A JPH05224703A JP H05224703 A JPH05224703 A JP H05224703A JP 4027765 A JP4027765 A JP 4027765A JP 2776592 A JP2776592 A JP 2776592A JP H05224703 A JPH05224703 A JP H05224703A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 水平系ダイレクトドライブロボットの位置制
御において、オートチューニングを可能にする。 【構成】 最適レギュレータ理論により算出した制御ゲ
インと、そのゲインで定まる入力から出力への伝達関数
の周波数帯域を狭めない速度フィルタの組をテーブル化
しておき、それぞれの組についてロボットにステップ応
答させた際に、所定時間後の最大偏差が所定値を越えな
い組の中で最も伝達関数の周波数帯域の広い組を最適サ
ーボパラメータとして採用することにより、ロボットの
オートチューニングを実現する。
御において、オートチューニングを可能にする。 【構成】 最適レギュレータ理論により算出した制御ゲ
インと、そのゲインで定まる入力から出力への伝達関数
の周波数帯域を狭めない速度フィルタの組をテーブル化
しておき、それぞれの組についてロボットにステップ応
答させた際に、所定時間後の最大偏差が所定値を越えな
い組の中で最も伝達関数の周波数帯域の広い組を最適サ
ーボパラメータとして採用することにより、ロボットの
オートチューニングを実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイレクトドライブロボ
ット（以下、ＤＤロボットと略す）の制御装置に関する
ものである。
ット（以下、ＤＤロボットと略す）の制御装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】水平系のＤＤロボットの概略構成を図２
に示す。図２において、１は１軸、２は２軸である。こ
のようなＤＤロボットにおける各軸１、２を単独で制御
する場合の従来の位置制御系を図８に示す。
に示す。図２において、１は１軸、２は２軸である。こ
のようなＤＤロボットにおける各軸１、２を単独で制御
する場合の従来の位置制御系を図８に示す。
【０００３】図８において、３は位置ループ用ＰＩＤコ
ントローラ、４は速度ループ用ＰＩＤコントローラ、５
はＰＷＭインバータから成る電流アンプ、６はＤＤロボ
ット単軸の伝達関数Ｇ（Ｓ）、７はローパスフィルタか
らなる速度フィルタであり、θ＊は位置指令、θは位
置、ω＊は速度指令、ωは速度である。
ントローラ、４は速度ループ用ＰＩＤコントローラ、５
はＰＷＭインバータから成る電流アンプ、６はＤＤロボ
ット単軸の伝達関数Ｇ（Ｓ）、７はローパスフィルタか
らなる速度フィルタであり、θ＊は位置指令、θは位
置、ω＊は速度指令、ωは速度である。
【０００４】このような制御系では、負荷であるＤＤロ
ボットのダイナミックス（伝達関数）を考慮せず、定性
的に位置・速度ループをＰＩＤコントローラで制御して
いる。
ボットのダイナミックス（伝達関数）を考慮せず、定性
的に位置・速度ループをＰＩＤコントローラで制御して
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示したような定性的に構築された制御系では、そのサー
ボパラメータ（制御ゲイン及び速度フィルタのカットオ
フ周波数）を定量的に決定するのは困難であり、人間が
経験と勘で調整を行ってきた。しかし、このような調整
法では、調整に時間がかかる上に調整にばらつきが出て
しまい、最適な調整になっているか疑問である。また、
ＤＤロボットが負荷を持つことによる慣性モーメントの
変化に即座に対応できない。
示したような定性的に構築された制御系では、そのサー
ボパラメータ（制御ゲイン及び速度フィルタのカットオ
フ周波数）を定量的に決定するのは困難であり、人間が
経験と勘で調整を行ってきた。しかし、このような調整
法では、調整に時間がかかる上に調整にばらつきが出て
しまい、最適な調整になっているか疑問である。また、
ＤＤロボットが負荷を持つことによる慣性モーメントの
変化に即座に対応できない。
【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ＤＤ
ロボットのサーボパラメータを自動調整できるようにし
たＤＤロボットの制御装置を提供することを目的とす
る。
ロボットのサーボパラメータを自動調整できるようにし
たＤＤロボットの制御装置を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のＤＤロボットの
制御装置は、最適レギュレータ理論により算出した制御
ゲインと、そのゲインで定まる入力から出力への伝達関
数の周波数帯域を狭めない速度フィルタの組をテーブル
化しておき、それぞれの組についてロボットにステップ
応答させた際に、所定時間後の最大偏差が所定値を越え
ない組の中で伝達関数の周波数帯域の広い組を最適サー
ボパラメータとして採用する手段を備えたことを特徴と
する。
制御装置は、最適レギュレータ理論により算出した制御
ゲインと、そのゲインで定まる入力から出力への伝達関
数の周波数帯域を狭めない速度フィルタの組をテーブル
化しておき、それぞれの組についてロボットにステップ
応答させた際に、所定時間後の最大偏差が所定値を越え
ない組の中で伝達関数の周波数帯域の広い組を最適サー
ボパラメータとして採用する手段を備えたことを特徴と
する。
【０００８】又、好適には最適レギュレータ理論を用い
て制御ゲインを求める際に必要な慣性モーメントに関す
る情報を、ロボットの姿勢を固定した状態で一定振幅の
電流で駆動することにより求める手段を備える。
て制御ゲインを求める際に必要な慣性モーメントに関す
る情報を、ロボットの姿勢を固定した状態で一定振幅の
電流で駆動することにより求める手段を備える。
【０００９】
【作用】本発明は上記した構成によって、ＤＤロボット
の最適なサーボパラメータを自動的に決定することがで
き、また上記好適な慣性モーメントを求める手段を備え
ると複雑な計算をすることなしにそれを得ることができ
る。
の最適なサーボパラメータを自動的に決定することがで
き、また上記好適な慣性モーメントを求める手段を備え
ると複雑な計算をすることなしにそれを得ることができ
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例のＤＤロボットの制
御装置について図１〜図７を参照しながら説明する。
御装置について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１１】ＤＤロボットの機構的な概略構成は、従来
例で説明した図２と同じであり、その説明を援用してこ
こでの説明は省略する。なお、このＤＤロボットに用い
られているモータは、ロータが永久磁石から成る回転磁
界形同期機である。このモータの運動方程式は、位置を
θ（ｔ）、角速度をω（ｔ）、三相対称電流の振幅（ト
ルク電流）をｉ（ｔ）とすると、次のようになる。
例で説明した図２と同じであり、その説明を援用してこ
こでの説明は省略する。なお、このＤＤロボットに用い
られているモータは、ロータが永久磁石から成る回転磁
界形同期機である。このモータの運動方程式は、位置を
θ（ｔ）、角速度をω（ｔ）、三相対称電流の振幅（ト
ルク電流）をｉ（ｔ）とすると、次のようになる。
【００１２】
【数１】
【００１３】位置の目標値をθ＊（ｔ）＝ａ（＝一
定）、位置偏差をｅ（ｔ）＝θ＊（ｔ）−θ（ｔ）、負
荷トルクＴ1 ＝０とし、まとめて行列表現すれば、以下
のようになる。
定）、位置偏差をｅ（ｔ）＝θ＊（ｔ）−θ（ｔ）、負
荷トルクＴ1 ＝０とし、まとめて行列表現すれば、以下
のようになる。
【００１４】
【数２】
【００１５】ここで評価関数Ｈをｑ1 、ｑ2 、ｑ3 、ｒ
を重みとして以下のように定義する。
を重みとして以下のように定義する。
【００１６】
【数３】
【００１７】このとき（数３）に対応するリカッチ方程
式は以下のようになる。
式は以下のようになる。
【００１８】
【数４】
【００１９】このリカッチ方程式の半正定な解を用い
て、最適制御ｖ＊（ｔ）は以下のように決まる。
て、最適制御ｖ＊（ｔ）は以下のように決まる。
【００２０】
【数５】
【００２１】（数５）より最適制御入力ｉ＊（ｔ）は以
下のように決まる。
下のように決まる。
【００２２】
【数６】
【００２３】（数６）をブロック線図で表すと、図３の
ようになる。図３において、θ＊は位置指令、θは位
置、ｅは位置偏差、ｉ＊は制御出力（電流指令）、ωは
角速度、１１は積分要素、１２は比例要素、１３は微分
要素、１４はＤＤロボット単軸の伝達関数、１５はロー
パスフィルタである。
ようになる。図３において、θ＊は位置指令、θは位
置、ｅは位置偏差、ｉ＊は制御出力（電流指令）、ωは
角速度、１１は積分要素、１２は比例要素、１３は微分
要素、１４はＤＤロボット単軸の伝達関数、１５はロー
パスフィルタである。
【００２４】以上述べた制御系において、重みｑ2 、ｑ
3 、ｒを固定し、位置偏差ｅの重みｑ1 を大きくしてい
くと、ゲインが大きくなり、制御帯域が広がる。ここで
制御帯域とは、図４に示すように入力から出力への伝達
関数Ｗのゲインが−３db下がる点を指す。図４は速度フ
ィルタがない場合であるが、実際には速度フィルタをか
けることにより、図５に示すように制御帯域を狭めてし
まう。この狭める大きさの許容範囲を予め決めておき、
その範囲内で最も低いカットオフ周波数を速度フィルタ
のカットオフ周波数とし、そのときのゲインと組にし、
テーブル化しておく。
3 、ｒを固定し、位置偏差ｅの重みｑ1 を大きくしてい
くと、ゲインが大きくなり、制御帯域が広がる。ここで
制御帯域とは、図４に示すように入力から出力への伝達
関数Ｗのゲインが−３db下がる点を指す。図４は速度フ
ィルタがない場合であるが、実際には速度フィルタをか
けることにより、図５に示すように制御帯域を狭めてし
まう。この狭める大きさの許容範囲を予め決めておき、
その範囲内で最も低いカットオフ周波数を速度フィルタ
のカットオフ周波数とし、そのときのゲインと組にし、
テーブル化しておく。
【００２５】次に、このゲインとフィルタの組を実際の
ロボットに適用してステップ応答させ、所定時間ｔ１後
の最大偏差が、図６に示すように所定値εより小さけれ
ば制御帯域を広げるゲインとフィルタの組を選択し、図
７に示すようにε以上であれば制御帯域を狭める組を選
択する。
ロボットに適用してステップ応答させ、所定時間ｔ１後
の最大偏差が、図６に示すように所定値εより小さけれ
ば制御帯域を広げるゲインとフィルタの組を選択し、図
７に示すようにε以上であれば制御帯域を狭める組を選
択する。
【００２６】以上の操作を繰り返すことにより、最適な
ゲインとフィルタの組へと収束させる。この様子をフロ
ーチャートにしたものが図１である。図１において、ス
テップ＃１はゲインとフィルタのカットオフ周波数のテ
ーブル化処理、ステップ＃２はロボットにステップ応答
させる処理、ステップ＃３は定常偏差が所定値εより大
であるか小であるかの判定処理、ステップ＃４は定常偏
差がεより小の場合に制御帯域を広げるゲインとフィル
タの組を選択する処理、ステップ＃５は定常偏差がεよ
り大の場合に制御帯域を狭めるゲインとフィルタの組を
選択する処理である。
ゲインとフィルタの組へと収束させる。この様子をフロ
ーチャートにしたものが図１である。図１において、ス
テップ＃１はゲインとフィルタのカットオフ周波数のテ
ーブル化処理、ステップ＃２はロボットにステップ応答
させる処理、ステップ＃３は定常偏差が所定値εより大
であるか小であるかの判定処理、ステップ＃４は定常偏
差がεより小の場合に制御帯域を広げるゲインとフィル
タの組を選択する処理、ステップ＃５は定常偏差がεよ
り大の場合に制御帯域を狭めるゲインとフィルタの組を
選択する処理である。
【００２７】最初は２軸２をサーボオフ状態で１軸１の
調整を図１に従って行い、次に１軸１はサーボオン状態
で２軸２の調整を行う。２軸２の調整の際には１軸１の
定状偏差もゲインとフィルタの組の選択の考慮に入れ
る。
調整を図１に従って行い、次に１軸１はサーボオン状態
で２軸２の調整を行う。２軸２の調整の際には１軸１の
定状偏差もゲインとフィルタの組の選択の考慮に入れ
る。
【００２８】なお本実施例では、最適レギュレータ設計
の際に目標値θ＊をステップ状にしているが、目標値追
従特性を良くするために目標値をランプ状（この場合制
御系は図３に示すＩ−ＰＤ制御系でなくＰＩＤ制御系に
なる）等、他の形状にした場合も同様に本発明が適用で
きるのは言うまでもない。また、目標追従特性を良くす
るためにフィードフォワード補償を加える場合は、フィ
ードフォワード補償を加えない状態でゲインとフィルタ
のテーブルを作成すれば、同様に本発明は適用できる。
の際に目標値θ＊をステップ状にしているが、目標値追
従特性を良くするために目標値をランプ状（この場合制
御系は図３に示すＩ−ＰＤ制御系でなくＰＩＤ制御系に
なる）等、他の形状にした場合も同様に本発明が適用で
きるのは言うまでもない。また、目標追従特性を良くす
るためにフィードフォワード補償を加える場合は、フィ
ードフォワード補償を加えない状態でゲインとフィルタ
のテーブルを作成すれば、同様に本発明は適用できる。
【００２９】（実施例２）（数４）のリカッチ方程式の
中でロボットのパラメータとしては、ｄ／ＪとＫt ／Ｊ
の２つがある。そこで、機械的に姿勢を固定して慣性モ
ーメントが変動しないようにし、さらに（数１）におい
て以下の仮定をすれば（数７）で１／Ｊを求めることが
できる。
中でロボットのパラメータとしては、ｄ／ＪとＫt ／Ｊ
の２つがある。そこで、機械的に姿勢を固定して慣性モ
ーメントが変動しないようにし、さらに（数１）におい
て以下の仮定をすれば（数７）で１／Ｊを求めることが
できる。
【００３０】 電流オフセットｉoff と負荷トルクＴ
i がゼロ 粘性係数ｄとトルク定数Ｋt は既知で慣性モーメン
トＪに関わらず一定
i がゼロ 粘性係数ｄとトルク定数Ｋt は既知で慣性モーメン
トＪに関わらず一定
【００３１】
【数７】
【００３２】２軸２の１／Ｊを求めるときは、１軸１を
機械的にロボットベースに固定して２軸２の一定振幅の
三相対称電流を流し、２軸２回りの角加速度α（ｔ）と
角速度ω（ｔ）を計測すればよい。同様に１軸１の１／
Ｊを求めるときは、１軸１と２軸２間を所定の相対角度
で機械的に固定し、１軸１に一定振幅の三相対称電流を
流し、１軸１回りの角速度α（ｔ）と角速度ω（ｔ）を
計測すればよい。このように１／Ｊが求まれば、粘性係
数ｄとトルク定数Ｋt は既知であるので、直ちにＫt ／
Ｊ及びｄ／Ｊは求めることができる。
機械的にロボットベースに固定して２軸２の一定振幅の
三相対称電流を流し、２軸２回りの角加速度α（ｔ）と
角速度ω（ｔ）を計測すればよい。同様に１軸１の１／
Ｊを求めるときは、１軸１と２軸２間を所定の相対角度
で機械的に固定し、１軸１に一定振幅の三相対称電流を
流し、１軸１回りの角速度α（ｔ）と角速度ω（ｔ）を
計測すればよい。このように１／Ｊが求まれば、粘性係
数ｄとトルク定数Ｋt は既知であるので、直ちにＫt ／
Ｊ及びｄ／Ｊは求めることができる。
【００３３】
【数８】
【００３４】なお、実施例１、２とも水平２軸のロボッ
トを対称に説明を行ったが、３軸以上でも同様に実施可
能なのは言うまでもない。
トを対称に説明を行ったが、３軸以上でも同様に実施可
能なのは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、以上のように最適レギ
ュレータ理論により算出した制御ゲインと、そのゲイン
で定まる入力から出力への伝達関数の周波数帯域を狭め
ない速度フィルタの組をテーブル化しておき、それぞれ
の組についてロボットにステップ応答させた際に、所定
時間後の最大偏差が所定値を越えない組の中で最も伝達
関数の周波数帯域の広い組を最適サーボパラメータとし
て採用することにより、ロボットのオートチューニング
を実現できるものである。
ュレータ理論により算出した制御ゲインと、そのゲイン
で定まる入力から出力への伝達関数の周波数帯域を狭め
ない速度フィルタの組をテーブル化しておき、それぞれ
の組についてロボットにステップ応答させた際に、所定
時間後の最大偏差が所定値を越えない組の中で最も伝達
関数の周波数帯域の広い組を最適サーボパラメータとし
て採用することにより、ロボットのオートチューニング
を実現できるものである。
【００３６】又、最適レギュレータ理論を用いて制御ゲ
インを求める際に必要な慣性モーメントに関する情報
を、ロボットの姿勢を固定した状態で一定振幅の電流で
駆動して求めることにより複雑な計算なしで得ることが
できる。
インを求める際に必要な慣性モーメントに関する情報
を、ロボットの姿勢を固定した状態で一定振幅の電流で
駆動して求めることにより複雑な計算なしで得ることが
できる。
【図１】本発明の一実施例におけるＤＤロボットのオー
トチューニングのフローチャートである。
トチューニングのフローチャートである。
【図２】同実施例における水平系ＤＤロボットの概略構
成を示す斜視図である。
成を示す斜視図である。
【図３】同実施例における一制御系のブロック線図であ
る。
る。
【図４】同実施例における速度フィルタ無しの場合の伝
達関数のボード線図である。
達関数のボード線図である。
【図５】同実施例における速度フィルタ有りの場合の伝
達関数のボード線図である。
達関数のボード線図である。
【図６】同実施例におけるステップ応答における偏差の
説明図である。
説明図である。
【図７】同実施例におけるステップ応答における偏差の
説明図である。
説明図である。
【図８】従来例における一制御系のブロック線図であ
る。
る。
１１ 積分要素 １２ 比例要素 １３ 微分要素 １４ 伝達関数 １５ ローパスフィルタ
Claims (2)
- 【請求項１】 最適レギュレータ理論により算出した制
御ゲインと、そのゲインで定まる入力から出力への伝達
関数の周波数帯域を狭めない速度フィルタの組をテーブ
ル化しておき、それぞれの組についてロボットにステッ
プ応答させた際に、所定時間後の最大偏差が所定値を越
えない組の中で伝達関数の周波数帯域の広い組を最適サ
ーボパラメータとして採用する手段を備えたことを特徴
とするダイレクトドライブロボットの制御装置。 - 【請求項２】 最適レギュレータ理論を用いて制御ゲイ
ンを求める際に必要な慣性モーメントに関する情報を、
ロボットの姿勢を固定した状態で一定振幅の電流で駆動
することにより求める手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載のダイレクトドライブロボットの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02776592A JP3190088B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ダイレクトドライブロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02776592A JP3190088B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ダイレクトドライブロボットの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05224703A true JPH05224703A (ja) | 1993-09-03 |
| JP3190088B2 JP3190088B2 (ja) | 2001-07-16 |
Family
ID=12230094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02776592A Expired - Fee Related JP3190088B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ダイレクトドライブロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3190088B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002005414A1 (fr) * | 2000-07-11 | 2002-01-17 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Dispositif de commande pour un moteur |
| JP2007135344A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 電動機制御装置の自動調整法および装置 |
| JP2012185658A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Takenaka Komuten Co Ltd | アクティブフィードバック制御装置及びプログラム |
| KR101339357B1 (ko) * | 2009-09-24 | 2013-12-09 | 현대중공업 주식회사 | 산업용 로봇 암의 자동튜닝 장치 및 방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101841002B (zh) | 2004-09-24 | 2011-11-16 | 株式会社半导体能源研究所 | 发光器件 |
| US8115382B2 (en) | 2007-09-20 | 2012-02-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting element, light-emitting device, and electronic device, comprising controlled carrier transport |
| US8384283B2 (en) | 2007-09-20 | 2013-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting element, light-emitting device, and electronic device |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP02776592A patent/JP3190088B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002005414A1 (fr) * | 2000-07-11 | 2002-01-17 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Dispositif de commande pour un moteur |
| JP2007135344A (ja) * | 2005-11-11 | 2007-05-31 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 電動機制御装置の自動調整法および装置 |
| KR101339357B1 (ko) * | 2009-09-24 | 2013-12-09 | 현대중공업 주식회사 | 산업용 로봇 암의 자동튜닝 장치 및 방법 |
| JP2012185658A (ja) * | 2011-03-04 | 2012-09-27 | Takenaka Komuten Co Ltd | アクティブフィードバック制御装置及びプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3190088B2 (ja) | 2001-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |