JPH0683403A - 適応ｐｉ制御方式 - Google Patents
適応ｐｉ制御方式Info
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- JPH0683403A JPH0683403A JP4311142A JP31114292A JPH0683403A JP H0683403 A JPH0683403 A JP H0683403A JP 4311142 A JP4311142 A JP 4311142A JP 31114292 A JP31114292 A JP 31114292A JP H0683403 A JPH0683403 A JP H0683403A
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- suf
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- motor
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- 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
- B25J9/163—Program controls characterised by the control loop learning, adaptive, model based, rule based expert control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
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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
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/34—Director, elements to supervisory
- G05B2219/34448—Integrated servo control circuit fixed to housing, remote from cpu
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05B2219/39178—Compensation inertia arms
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- G05B2219/41123—Correction inertia of servo
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-
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 制御対象にパラメータ変動があっても非常に
ロバストな適応ＰＩ制御方式を得る。 【構成】 （速度指令ｒ−実速度ｙ）を状態変数Ｓｕｆ
として用い、イナーシャ，動摩擦係数，ロボット角度に
よる重力外乱，クーロン摩擦の推定値Ｊ* ，Ａ*，Ｇｒ
* ，ＣL * 求め、この各推定値と実際の値との誤差が
「０」となるようにトルク指令τを次のように求める。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／ｓ）・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´ ＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ＋ＣL * ＋τ１ なお、上記式の右辺１項と２項はＰＩ制御より求められ
るトルク指令である。ｒ´は指令の加速度、θはロボッ
トアーム角度であり、τ１はその他の外乱に対応するた
めの切換入力である。各推定値と実際の値との誤差が
「０」となるため、速度指令ｒ＝実速度ｙが得られ、伝
達関数「１」の適応ＰＩ制御が得られる。
ロバストな適応ＰＩ制御方式を得る。 【構成】 （速度指令ｒ−実速度ｙ）を状態変数Ｓｕｆ
として用い、イナーシャ，動摩擦係数，ロボット角度に
よる重力外乱，クーロン摩擦の推定値Ｊ* ，Ａ*，Ｇｒ
* ，ＣL * 求め、この各推定値と実際の値との誤差が
「０」となるようにトルク指令τを次のように求める。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／ｓ）・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´ ＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ＋ＣL * ＋τ１ なお、上記式の右辺１項と２項はＰＩ制御より求められ
るトルク指令である。ｒ´は指令の加速度、θはロボッ
トアーム角度であり、τ１はその他の外乱に対応するた
めの切換入力である。各推定値と実際の値との誤差が
「０」となるため、速度指令ｒ＝実速度ｙが得られ、伝
達関数「１」の適応ＰＩ制御が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットや工作機械等
の制御対象を駆動するモータの制御方式に関するもの
で、特に、イナーシャ，動摩擦係数，重力外乱，クーロ
ン摩擦等の制御対象の特性を決めるパラメータの変動に
強い適応ＰＩ（比例、積分）制御方式に関する。
の制御対象を駆動するモータの制御方式に関するもの
で、特に、イナーシャ，動摩擦係数，重力外乱，クーロ
ン摩擦等の制御対象の特性を決めるパラメータの変動に
強い適応ＰＩ（比例、積分）制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】サーボモータで駆動されるロボットや工
作機械等の機械の制御においては、位置制御をＰ制御
（比例制御）、速度制御をＰＩ制御（比例、積分制御）
が通常一般的に行われている。図２はこのＰＩ制御方式
を用いたモータの速度制御方式のブロック図であり、指
令速度ｒからモータの実速度ｙを減じた速度偏差に比例
器１で比例ゲインＫ２を乗じた値と、積分器２で上記速
度偏差を積分し積分ゲインＫ１を乗じた値を加算し、ト
ルク指令Ｔcmd を求め該トルク指令Ｔcmd を制御対象の
モータ７に出力しモータ７を駆動している。そして、Ｐ
Ｉ制御のゲインＫ１，Ｋ２は通常固定ゲインで制御が実
行されている。
作機械等の機械の制御においては、位置制御をＰ制御
（比例制御）、速度制御をＰＩ制御（比例、積分制御）
が通常一般的に行われている。図２はこのＰＩ制御方式
を用いたモータの速度制御方式のブロック図であり、指
令速度ｒからモータの実速度ｙを減じた速度偏差に比例
器１で比例ゲインＫ２を乗じた値と、積分器２で上記速
度偏差を積分し積分ゲインＫ１を乗じた値を加算し、ト
ルク指令Ｔcmd を求め該トルク指令Ｔcmd を制御対象の
モータ７に出力しモータ７を駆動している。そして、Ｐ
Ｉ制御のゲインＫ１，Ｋ２は通常固定ゲインで制御が実
行されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のモータの速度制御方式では、ゲインＫ１，Ｋ２が固定
であるために、制御対象の機械等のイナーシャ、動摩擦
係数，重力外乱，クーロン摩擦等のパラメータが変化す
ると、制御特性が変化してしまい、制御性能を悪くする
という欠点がある。例えば、図３に示すように、積分ゲ
インＫ１，比例ゲインＫ２がある固定の値で、制御対象
のイナーシャがある値のとき、周波数に対する制御系全
体のゲインおよび位相がＧ，ｆである場合、イナーシャ
が１／５に低下すると、ゲインおよび位相はＧ´，ｆ´
のように変化してしまい、制御系全体の特性が変化して
しまう。そのため、従来は、考えられる範囲でのパラメ
ータ変動において、制御系が常に安定になるように上記
積分ゲイン，比例ゲインＫ１，Ｋ２を選択しなければな
らなかった。
のモータの速度制御方式では、ゲインＫ１，Ｋ２が固定
であるために、制御対象の機械等のイナーシャ、動摩擦
係数，重力外乱，クーロン摩擦等のパラメータが変化す
ると、制御特性が変化してしまい、制御性能を悪くする
という欠点がある。例えば、図３に示すように、積分ゲ
インＫ１，比例ゲインＫ２がある固定の値で、制御対象
のイナーシャがある値のとき、周波数に対する制御系全
体のゲインおよび位相がＧ，ｆである場合、イナーシャ
が１／５に低下すると、ゲインおよび位相はＧ´，ｆ´
のように変化してしまい、制御系全体の特性が変化して
しまう。そのため、従来は、考えられる範囲でのパラメ
ータ変動において、制御系が常に安定になるように上記
積分ゲイン，比例ゲインＫ１，Ｋ２を選択しなければな
らなかった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、制御対象のパラ
メータが変動しても常に安定した制御ができるモータ制
御方式を提供することにある。さらに、本発明の目的
は、制御系の伝達関数が常に「１」となる制御方式を提
供することにある。
メータが変動しても常に安定した制御ができるモータ制
御方式を提供することにある。さらに、本発明の目的
は、制御系の伝達関数が常に「１」となる制御方式を提
供することにある。
【０００５】
【問題を解決するための手段】速度ループに比例積分ル
ープを有するモータ制御系において、本発明は、速度指
令からモータの実速度を減じた速度偏差を状態変数と
し、該状態変数を用いてモータで制御される制御対象の
特性を変動させる各種パラメータの値を推定し、各推定
値と実際との誤差が「０」になるようにトルク補正値を
求め、該トルク補正値を上記比例積分ループ処理で得ら
れたトルク指令に加算してモータへのトルク指令として
モータを駆動する。
ープを有するモータ制御系において、本発明は、速度指
令からモータの実速度を減じた速度偏差を状態変数と
し、該状態変数を用いてモータで制御される制御対象の
特性を変動させる各種パラメータの値を推定し、各推定
値と実際との誤差が「０」になるようにトルク補正値を
求め、該トルク補正値を上記比例積分ループ処理で得ら
れたトルク指令に加算してモータへのトルク指令として
モータを駆動する。
【０００６】制御対象の特性に影響を与えるパラメータ
としては、制御対象のイナーシャ，動摩擦係数，重力外
乱さらには、クーロン摩擦を想定し、これらのパラメー
タの推定値がと実際の値が「０」になるように制御す
る。また、重力外乱としては、制御対象の位置姿勢によ
って決まる外乱を決める重力外乱係数とそれ以外の一定
重力外乱を推定する。さらに、制御対象がロボットに
は、重力外乱のための推定値として該重力外乱に影響す
るパラメータを重力の影響が一番大きいアームの角度に
対する重力外乱係数、上記アーム以外のアームの角度に
よって決まる外乱、及び一定重力外乱に分けて重力外乱
を推定する。
としては、制御対象のイナーシャ，動摩擦係数，重力外
乱さらには、クーロン摩擦を想定し、これらのパラメー
タの推定値がと実際の値が「０」になるように制御す
る。また、重力外乱としては、制御対象の位置姿勢によ
って決まる外乱を決める重力外乱係数とそれ以外の一定
重力外乱を推定する。さらに、制御対象がロボットに
は、重力外乱のための推定値として該重力外乱に影響す
るパラメータを重力の影響が一番大きいアームの角度に
対する重力外乱係数、上記アーム以外のアームの角度に
よって決まる外乱、及び一定重力外乱に分けて重力外乱
を推定する。
【０００７】
【作用】制御対象の特性に影響を与える各種パラメータ
（例えば、制御対象のイナーシャ，動摩擦係数，重力外
乱，クーロン摩擦）の推定値と実際との誤差が「０」に
なるようにトルク補正値を求め、従来と同様の比例積分
ループ処理で得られたトルク指令に上記トルク補正値を
加算してモータへのトルク指令としてモータを駆動する
ことにより、これらのパラメータが変動しても常にこれ
らの値は推定され、実際との差が「０」になるように制
御されることになるから、モータの実速度は指令速度と
等しくなり、制御系の伝達関数は「１」となり、非常に
ロバストなＰＩ制御方式を得ることができる。
（例えば、制御対象のイナーシャ，動摩擦係数，重力外
乱，クーロン摩擦）の推定値と実際との誤差が「０」に
なるようにトルク補正値を求め、従来と同様の比例積分
ループ処理で得られたトルク指令に上記トルク補正値を
加算してモータへのトルク指令としてモータを駆動する
ことにより、これらのパラメータが変動しても常にこれ
らの値は推定され、実際との差が「０」になるように制
御されることになるから、モータの実速度は指令速度と
等しくなり、制御系の伝達関数は「１」となり、非常に
ロバストなＰＩ制御方式を得ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する、
この実施例においては、制御対象をロボットとしてい
る。まず、状態変数Ｓｕｆを次の１式とする。また、制
御対象であるロボットの運動方程式を立てると次の２式
となる。 Ｓｕｆ＝ｒ−ｙ …（１） τ＝Ｊ・ｙ´＋Ａ・ｙ＋Ｇｒ・ｓｉｎθ＋Ｆｒ＋ＣL ＋Ｄｉｓ …（２） なお、上記１式，２式において、ｒはモータへの速度指
令で、ｙはモータの実速度である。その結果、状態変数
Ｓｕｆは速度偏差を意味する。また、ｙ´はモータの実
速度の微分を意味し加速度を示している。なお、文字の
右肩に「´」を付したものは、その文字が意味する変数
の微分を意味する。さらに、Ｊはイナーシャ，Ａは動摩
擦係数，Ｇｒはロボットアーム角度に対する重力外乱係
数，θは重力外乱に一番大きく影響を与えるロボットア
ームの回転角度，Ｆｒは一定重力外乱，ＣL はクーロン
摩擦，Ｄｉｓは他のロボットアームの回転角度等によっ
て与えられる重力外乱等のその他の外乱である。
この実施例においては、制御対象をロボットとしてい
る。まず、状態変数Ｓｕｆを次の１式とする。また、制
御対象であるロボットの運動方程式を立てると次の２式
となる。 Ｓｕｆ＝ｒ−ｙ …（１） τ＝Ｊ・ｙ´＋Ａ・ｙ＋Ｇｒ・ｓｉｎθ＋Ｆｒ＋ＣL ＋Ｄｉｓ …（２） なお、上記１式，２式において、ｒはモータへの速度指
令で、ｙはモータの実速度である。その結果、状態変数
Ｓｕｆは速度偏差を意味する。また、ｙ´はモータの実
速度の微分を意味し加速度を示している。なお、文字の
右肩に「´」を付したものは、その文字が意味する変数
の微分を意味する。さらに、Ｊはイナーシャ，Ａは動摩
擦係数，Ｇｒはロボットアーム角度に対する重力外乱係
数，θは重力外乱に一番大きく影響を与えるロボットア
ームの回転角度，Ｆｒは一定重力外乱，ＣL はクーロン
摩擦，Ｄｉｓは他のロボットアームの回転角度等によっ
て与えられる重力外乱等のその他の外乱である。
【０００９】また、モータへのトルク指令τを次の３式
とする。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ ＋Ｆｒ* ＋ＣL * ＋τ１ …（３） 上記３式において、Ｋ２は後述するように収束速度を決
める定数であり、Ｊ*はイナーシャ項の推定値、Ａ* は
動摩擦係数の推定値、Ｇｒ* は重力外乱係数の推定値、
Ｆｒ* は一定重力外乱の推定値、ＣL * はクーロン摩擦
の推定値で、速度ｙの正負の極性と同一極性で絶対値が
等しい。すなわち、 ｙ＝０のときは、ＣL * ＝０ ｙ＞０のときは、ＣL * ＝正の所定値の推定値ＣL+* ｙ＜０のときは、ＣL * ＝負の所定値の推定値ＣL-* である。また、τ１は切換入力である。
とする。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ ＋Ｆｒ* ＋ＣL * ＋τ１ …（３） 上記３式において、Ｋ２は後述するように収束速度を決
める定数であり、Ｊ*はイナーシャ項の推定値、Ａ* は
動摩擦係数の推定値、Ｇｒ* は重力外乱係数の推定値、
Ｆｒ* は一定重力外乱の推定値、ＣL * はクーロン摩擦
の推定値で、速度ｙの正負の極性と同一極性で絶対値が
等しい。すなわち、 ｙ＝０のときは、ＣL * ＝０ ｙ＞０のときは、ＣL * ＝正の所定値の推定値ＣL+* ｙ＜０のときは、ＣL * ＝負の所定値の推定値ＣL-* である。また、τ１は切換入力である。
【００１０】次に、リアプノフ関数候補Ｖを次の４式と
する。 Ｖ＝（1/2)Ｊ・Ｓｕｆ2 ＋（1/2)α・Ｊbar 2 ＋（1/2)β・Ａbar 2 ＋（1/2)γ・Ｇｒbar 2 ＋（1/2)δ・Ｆｒbar 2 ＋（1/2)ε・ＣLbar2 …（４） なお、α，β，γ，δ，εは適応速度を決める正の調整
パラメータであり、Ｊbar ，Ａbar ，Ｇｒbar ，Ｆｒba
r ，ＣLbarはイナーシャ項の推定誤差，動摩擦係数の推
定誤差，重力外乱係数の推定誤差、一定重力外乱の推定
誤差、クーロン摩擦の推定誤差で、次の５式の関係にあ
る。
する。 Ｖ＝（1/2)Ｊ・Ｓｕｆ2 ＋（1/2)α・Ｊbar 2 ＋（1/2)β・Ａbar 2 ＋（1/2)γ・Ｇｒbar 2 ＋（1/2)δ・Ｆｒbar 2 ＋（1/2)ε・ＣLbar2 …（４） なお、α，β，γ，δ，εは適応速度を決める正の調整
パラメータであり、Ｊbar ，Ａbar ，Ｇｒbar ，Ｆｒba
r ，ＣLbarはイナーシャ項の推定誤差，動摩擦係数の推
定誤差，重力外乱係数の推定誤差、一定重力外乱の推定
誤差、クーロン摩擦の推定誤差で、次の５式の関係にあ
る。
【００１１】 Ｊbar ＝Ｊ−Ｊ* Ａbar ＝Ａ−Ａ* Ｇｒbar ＝Ｇｒ−Ｇｒ* Ｆｒbar ＝Ｆｒ−Ｆｒ* ＣLbar＝ＣL −ＣL * …（５） 上記リアプノフ関数候補Ｖは最小値が「０」で常に正に
なる関数である。よって、リアプノフ関数候補Ｖの微分
値Ｖ´が常に負になる（単調減少）ようなモータへのト
ルクτを決定すれば、リアプノフ関数候補Ｖは最小値
「０」に収束する。すなわち、Ｓｕｆ＝０，Ｊbar ＝
０，Ａbar ＝０，Ｇｒbar ＝０，Ｆｒbar ＝０，ＣLbar
＝０となり、応答は従来のスライディングモード制御と
同様に、制御対象のパラメータ（イナーシャ，動摩擦係
数，重力外乱，一定重力外乱，クーロン摩擦およびその
他の外乱）に依存しない、伝達関数「１」（Ｓｕｆ＝ｒ
−ｙ＝０ということは、指令速度ｒ＝実速度ｙとなり伝
達関数が１であることを意味する）となると共に、各推
定誤差は「０」になり、各推定値は真値に収束すること
になる。
なる関数である。よって、リアプノフ関数候補Ｖの微分
値Ｖ´が常に負になる（単調減少）ようなモータへのト
ルクτを決定すれば、リアプノフ関数候補Ｖは最小値
「０」に収束する。すなわち、Ｓｕｆ＝０，Ｊbar ＝
０，Ａbar ＝０，Ｇｒbar ＝０，Ｆｒbar ＝０，ＣLbar
＝０となり、応答は従来のスライディングモード制御と
同様に、制御対象のパラメータ（イナーシャ，動摩擦係
数，重力外乱，一定重力外乱，クーロン摩擦およびその
他の外乱）に依存しない、伝達関数「１」（Ｓｕｆ＝ｒ
−ｙ＝０ということは、指令速度ｒ＝実速度ｙとなり伝
達関数が１であることを意味する）となると共に、各推
定誤差は「０」になり、各推定値は真値に収束すること
になる。
【００１２】そこで、上記４式の両辺を微分すると、 Ｖ´＝Ｊ・Ｓｕｆ・Ｓｕｆ´＋α・Ｊbar ・Ｊbar'＋β・Ａbar ・Ａbar'＋ γ・Ｇｒbar ・Ｇｒbar'＋δ・Ｆｒbar ・Ｆｒbar'＋ε・ＣLbar・ＣLbar' …（６） また、１式の両辺を微分すると、 Ｓｕｆ´＝ｒ´−ｙ´ …（７） ２式よりｙ´を求めると、 ｙ´＝（τ／Ｊ）−（Ａ・ｙ／Ｊ）−（Ｇｒ・ｓｉｎθ＋Ｆｒ＋ＣL ）／Ｊ −（Ｄｉｓ／Ｊ） …（８） ７式に８式を代入して解くと、 Ｓｕｆ´＝ｒ´＋（Ａ・ｙ／Ｊ）＋（Ｇｒ・ｓｉｎθ＋Ｆｒ＋ＣL ）／Ｊ ＋（Ｄｉｓ／Ｊ）−τ／Ｊ …（９） ９式を６式に代入しＶ´を求めると、 Ｖ´＝Ｓｕｆ（Ｊ・ｒ´＋Ａ・ｙ＋Ｇｒ・ｓｉｎθ＋Ｆｒ＋ＣL ＋Ｄｉｓ−τ） ＋α・Ｊbar ・Ｊbar'＋β・Ａbar ・Ａbar' ＋γ・Ｇｒbar ・Ｇｒbar'＋δ・Ｆｒbar ・Ｆｒbar' ＋ε・ＣLbar・ＣLbar' …（１０） 上記１０式に３式を代入して整理すると、次の１１式と
なる。
なる。
【００１３】 Ｖ´＝−Ｋ２・Ｓｕｆ2 ＋Ｊbar （Ｓｕｆ・ｒ´＋α・Ｊbar'） ＋Ａbar （Ｓｕｆ・ｙ＋β・Ａbar'） ＋Ｇｒbar （Ｓｕｆ・ｓｉｎθ＋γ・Ｇｒbar'） ＋Ｆｒbar （Ｓｕｆ＋δ・Ｆｒbar'） ＋ＣLbar（Ｓｕｆ＋ε・ＣLbar' ） ＋Ｓｕｆ（Ｄｉｓ−τ１） …（１１） 上記リアプノフ関数候補の微分値Ｖ´を常に負にするに
は、１１式の右辺第１項は常に負であることから、右辺
第２〜第６項を「０」とし、第７項が常に負になるよう
に切り替え入力τ１を選択するようにする。
は、１１式の右辺第１項は常に負であることから、右辺
第２〜第６項を「０」とし、第７項が常に負になるよう
に切り替え入力τ１を選択するようにする。
【００１４】まず、上記１１式第２項を「０」にするこ
とを考える。 Ｊbar （Ｓｕｆ・ｒ´＋α・Ｊbar'）＝０ …（１２） 上記１２式が常に「０」になるには、次の１３式が成立
すればよい。 Ｓｕｆ・ｒ´＋α・Ｊbar'＝０ よって、 Ｊbar'＝−（１／α）Ｓｕｆ・ｒ´ …（１３） そこで、イナーシャＪの変化が非常に小さくその微分値
Ｊ´が「０」であるとすると、上記５式のＪbar ＝Ｊ−
Ｊ* よりＪbar ´＝−Ｊ* ´となるので、次の１４式が
成立するように状態変数Ｓｕｆと指令速度の微分値（加
速度）ｒ´に基づいて推定イナーシャＪ* を変化させれ
ば、１１式右辺第２項は「０」となる。
とを考える。 Ｊbar （Ｓｕｆ・ｒ´＋α・Ｊbar'）＝０ …（１２） 上記１２式が常に「０」になるには、次の１３式が成立
すればよい。 Ｓｕｆ・ｒ´＋α・Ｊbar'＝０ よって、 Ｊbar'＝−（１／α）Ｓｕｆ・ｒ´ …（１３） そこで、イナーシャＪの変化が非常に小さくその微分値
Ｊ´が「０」であるとすると、上記５式のＪbar ＝Ｊ−
Ｊ* よりＪbar ´＝−Ｊ* ´となるので、次の１４式が
成立するように状態変数Ｓｕｆと指令速度の微分値（加
速度）ｒ´に基づいて推定イナーシャＪ* を変化させれ
ば、１１式右辺第２項は「０」となる。
【００１５】 Ｊ* ' ＝（１／α）Ｓｕｆ・ｒ´ …（１４） さらに、同様に、動摩擦係数，重力外乱係数，一定重力
外乱，クーロン摩擦の変化が小さいとして、Ａ´＝０，
Ｇｒ´＝０，Ｆｒ´＝０，ＣL ´＝０と仮定して、１１
式右辺の第３項〜第６項についても「０」とすれば、 Ａ* ' ＝（１／β）Ｓｕｆ・ｙ …（１５） Ｇｒ* ' ＝（１／γ）Ｓｕｆ・ｓｉｎθ …（１６） Ｆｒ* ' ＝（１／δ）Ｓｕｆ …（１７） ＣL+* ' ＝（１／ε）Ｓｕｆ ｙ＞０の時のみ適応…（１８） ＣL-* ' ＝（１／ε）Ｓｕｆ ｙ＜０の時のみ適応…（１９） となり、動摩擦係数の推定値Ａ* 、重力外乱係数の推定
値Ｇｒ* 、一定重力外乱の推定値Ｆｒ* 、及びクーロン
摩擦の実速度ｙが正の時と負の時に分けて推定値ＣL
+* ，ＣL-* をそれぞれ上記１５式〜１９式を満足する
ように変化させれば、１１式右辺第３項〜第６項は
「０」となる。
外乱，クーロン摩擦の変化が小さいとして、Ａ´＝０，
Ｇｒ´＝０，Ｆｒ´＝０，ＣL ´＝０と仮定して、１１
式右辺の第３項〜第６項についても「０」とすれば、 Ａ* ' ＝（１／β）Ｓｕｆ・ｙ …（１５） Ｇｒ* ' ＝（１／γ）Ｓｕｆ・ｓｉｎθ …（１６） Ｆｒ* ' ＝（１／δ）Ｓｕｆ …（１７） ＣL+* ' ＝（１／ε）Ｓｕｆ ｙ＞０の時のみ適応…（１８） ＣL-* ' ＝（１／ε）Ｓｕｆ ｙ＜０の時のみ適応…（１９） となり、動摩擦係数の推定値Ａ* 、重力外乱係数の推定
値Ｇｒ* 、一定重力外乱の推定値Ｆｒ* 、及びクーロン
摩擦の実速度ｙが正の時と負の時に分けて推定値ＣL
+* ，ＣL-* をそれぞれ上記１５式〜１９式を満足する
ように変化させれば、１１式右辺第３項〜第６項は
「０」となる。
【００１６】また、１１式右辺の第７項が常に負となる
には、すなわち、次の２０式が成立するには、 Ｓｕｆ（Ｄｉｓ−τ１）＜０ …（２０） Ｓｕｆ≧０のときには、τ１＞Ｄｉｓであればよいか
ら、切換入力τ１を上記その他の外乱Ｄｉｓの最大値Ｄ
ｉｓmax にすればよい。また、Ｓｕｆ＜０のときには、
τ１＜Ｄｉｓであればよいから、切換入力τ１を上記そ
の他の外乱Ｄｉｓの最小値Ｄｉｓmin にすればよい。以
上のように、上記１４式〜２０式が成立するようにトル
ク指令τを求め、モータを制御すればリアプノフ関数候
補Ｖの微分値は常に負になる。すなわち、１４式〜１９
式を積分すれば、夫々推定値Ｊ* ，Ａ* ，Ｇｒ* ，Ｆｒ
* ，ＣL+* ，ＣL-* が求められ、２０式が成立するよう
に状態変数Ｓｕｆの正負に応じて切換入力τ１を、その
他の外乱Ｄｉｓの最大値か最小値に切換えて、３式でト
ルク指令τを求めモータに入力するようにすればよい。
これにより、リアプノフ関数候補Ｖは最小値「０」に収
束し、状態変数Ｓｕｆ＝０，各パラメータの推定誤差も
「０」となる（Ｊbar ＝０，Ａbar ＝０，Ｇｒbar ＝
０，Ｆｒbar ＝０，ＣLbar＝０）。
には、すなわち、次の２０式が成立するには、 Ｓｕｆ（Ｄｉｓ−τ１）＜０ …（２０） Ｓｕｆ≧０のときには、τ１＞Ｄｉｓであればよいか
ら、切換入力τ１を上記その他の外乱Ｄｉｓの最大値Ｄ
ｉｓmax にすればよい。また、Ｓｕｆ＜０のときには、
τ１＜Ｄｉｓであればよいから、切換入力τ１を上記そ
の他の外乱Ｄｉｓの最小値Ｄｉｓmin にすればよい。以
上のように、上記１４式〜２０式が成立するようにトル
ク指令τを求め、モータを制御すればリアプノフ関数候
補Ｖの微分値は常に負になる。すなわち、１４式〜１９
式を積分すれば、夫々推定値Ｊ* ，Ａ* ，Ｇｒ* ，Ｆｒ
* ，ＣL+* ，ＣL-* が求められ、２０式が成立するよう
に状態変数Ｓｕｆの正負に応じて切換入力τ１を、その
他の外乱Ｄｉｓの最大値か最小値に切換えて、３式でト
ルク指令τを求めモータに入力するようにすればよい。
これにより、リアプノフ関数候補Ｖは最小値「０」に収
束し、状態変数Ｓｕｆ＝０，各パラメータの推定誤差も
「０」となる（Ｊbar ＝０，Ａbar ＝０，Ｇｒbar ＝
０，Ｆｒbar ＝０，ＣLbar＝０）。
【００１７】特に１／δ＝Ｋ１とすると、上記１７より
次の２１式が成立する。 Ｆｒ* ＝（Ｋ１／Ｓ）Ｓｕｆ …（２１） Ｓｕｆ＝ｒ−ｙであるからＳｕｆは速度偏差であり、２
１式が意味する内容は、速度偏差を積分し定数Ｋ１を乗
じるということであり、これは、従来のＰＩ制御による
速度ループ処理の積分器２の処理と同一である。
次の２１式が成立する。 Ｆｒ* ＝（Ｋ１／Ｓ）Ｓｕｆ …（２１） Ｓｕｆ＝ｒ−ｙであるからＳｕｆは速度偏差であり、２
１式が意味する内容は、速度偏差を積分し定数Ｋ１を乗
じるということであり、これは、従来のＰＩ制御による
速度ループ処理の積分器２の処理と同一である。
【００１８】そこで、３式で求めるトルク指令τは次の
２２式となる。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／ｓ）・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´ ＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ＋ＣL * ＋τ１ …（２２） 上記２２式において、状態変数Ｓｕｆは（ｒ−ｙ）であ
り、速度偏差であるので、｛Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／
ｓ）・Ｓｕｆ｝は従来のＰＩ制御によって求められるト
ルク指令Ｔcmd となるから、上記２２式は次の２３式と
なる。なお、ＣL * は上記１８式，１９式より実速度ｙ
が正の時及び負の時のそれぞれの微分値ＣL * ' を積分
して得られるＣL+* ，ＣL-* に実速度ｙの正負に応じて
変わる。
２２式となる。 τ＝Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／ｓ）・Ｓｕｆ＋Ｊ* ・ｒ´ ＋Ａ* ・ｙ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ＋ＣL * ＋τ１ …（２２） 上記２２式において、状態変数Ｓｕｆは（ｒ−ｙ）であ
り、速度偏差であるので、｛Ｋ２・Ｓｕｆ＋（Ｋ１／
ｓ）・Ｓｕｆ｝は従来のＰＩ制御によって求められるト
ルク指令Ｔcmd となるから、上記２２式は次の２３式と
なる。なお、ＣL * は上記１８式，１９式より実速度ｙ
が正の時及び負の時のそれぞれの微分値ＣL * ' を積分
して得られるＣL+* ，ＣL-* に実速度ｙの正負に応じて
変わる。
【００１９】 τ＝Ｔcmd ＋Ｊ* ・ｒ´＋Ａ* ・ｙ ＋Ｇｒ* ・ｓｉｎθ＋ＣL * ＋τ１ …（２３） 上述の関係をブロック図で表せば、図１に示すものとな
る。なお、図１において、１は速度偏差（状態変数）Ｓ
ｕｆに定数Ｋ２を乗じる項で従来のＰＩ制御における比
例項に対応し、上記２２式における右辺第１項に値す
る。２は積分の項で上記２１式（３式の右辺第５項）に
対応し、静摩擦外乱の推定値Ｆｒhat を求める項であ
り、従来のＰＩ制御における積分項に対応し（上記第２
２式の右辺第２項）、要素１と要素２の出力を加算した
値はＰＩ制御によるトルク指令Ｔcmdを意味し、上記２
３式における右辺第１項に対応する。
る。なお、図１において、１は速度偏差（状態変数）Ｓ
ｕｆに定数Ｋ２を乗じる項で従来のＰＩ制御における比
例項に対応し、上記２２式における右辺第１項に値す
る。２は積分の項で上記２１式（３式の右辺第５項）に
対応し、静摩擦外乱の推定値Ｆｒhat を求める項であ
り、従来のＰＩ制御における積分項に対応し（上記第２
２式の右辺第２項）、要素１と要素２の出力を加算した
値はＰＩ制御によるトルク指令Ｔcmdを意味し、上記２
３式における右辺第１項に対応する。
【００２０】３は指令速度ｒを微分し指令の加速度ｒ´
を求める項で、４は指令の加速度ｒ´に推定イナーシャ
Ｊ* を乗じる項で、上記２３式の右辺第２項の値を求め
る項である。５はロボットアーム角度θに対する重力外
乱係数の推定値Ｇｒ* の項であり、ロボットアーム角度
θに対応するｓｉｎθにこの推定値Ｇｒ* を乗じて重力
外乱を求める項で、上記２３式の右辺第４項の値を求め
る項である。６は動摩擦係数の推定値Ａ* をモータの実
速度ｙに乗じて重力外乱を求める項であり、上記２３式
における第３項の値を求める項である。そして、上記要
素１，２，４，５，６からの出力をすべて加算し、さら
に、実速度ｙの正，負に応じて正のクーロン摩擦及び負
のクーロン摩擦を加算し、切換入力τ１を加算した値を
トルク指令τとしてモータへ入力してモータを駆動す
る。
を求める項で、４は指令の加速度ｒ´に推定イナーシャ
Ｊ* を乗じる項で、上記２３式の右辺第２項の値を求め
る項である。５はロボットアーム角度θに対する重力外
乱係数の推定値Ｇｒ* の項であり、ロボットアーム角度
θに対応するｓｉｎθにこの推定値Ｇｒ* を乗じて重力
外乱を求める項で、上記２３式の右辺第４項の値を求め
る項である。６は動摩擦係数の推定値Ａ* をモータの実
速度ｙに乗じて重力外乱を求める項であり、上記２３式
における第３項の値を求める項である。そして、上記要
素１，２，４，５，６からの出力をすべて加算し、さら
に、実速度ｙの正，負に応じて正のクーロン摩擦及び負
のクーロン摩擦を加算し、切換入力τ１を加算した値を
トルク指令τとしてモータへ入力してモータを駆動す
る。
【００２１】図４は本発明の一実施例を実施するロボッ
トを駆動するサーボモータの制御系の要部ブロック図で
ある。図４中、２０は制御対象（ロボット）を制御する
ホストプロセッサで、制御対象の各軸に位置指令を分配
する。２１はホストプロセッサ２０とディジタルサーボ
回路２２のプロセッサ間の情報の伝達を仲介する共有メ
モリで、ホストプロセッサ２０が書き込んだ位置指令等
のデータをディジタルサーボ回路２２のプロセッサに受
け渡し、ディジタルサーボ回路２２のプロセッサが書き
込んだアラーム情報等をホストプロセッサに引き渡す機
能を行うものである。２２はディジタルシグナルプロセ
ッサ等で構成されるディジタルサーボ回路で、プロセッ
サ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されている。このディジタ
ルサーボ回路２２はロボットの各軸のサーボモータの制
御を行うもので、本発明の適応ＰＩ制御のサーボモータ
制御処理を行うものである。２３はトランジスタインバ
ータ等で構成されるサーボアンプで、２４はサーボモー
タである。また、２５はサーボモータ２４の位置，速度
を検出する位置・速度検出器で、位置，速度ｙはディジ
タルサーボ回路にフィードバックされている。なお、サ
ーボアンプ２３，サーボモータ２４は１軸のみを図示し
ている。
トを駆動するサーボモータの制御系の要部ブロック図で
ある。図４中、２０は制御対象（ロボット）を制御する
ホストプロセッサで、制御対象の各軸に位置指令を分配
する。２１はホストプロセッサ２０とディジタルサーボ
回路２２のプロセッサ間の情報の伝達を仲介する共有メ
モリで、ホストプロセッサ２０が書き込んだ位置指令等
のデータをディジタルサーボ回路２２のプロセッサに受
け渡し、ディジタルサーボ回路２２のプロセッサが書き
込んだアラーム情報等をホストプロセッサに引き渡す機
能を行うものである。２２はディジタルシグナルプロセ
ッサ等で構成されるディジタルサーボ回路で、プロセッ
サ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成されている。このディジタ
ルサーボ回路２２はロボットの各軸のサーボモータの制
御を行うもので、本発明の適応ＰＩ制御のサーボモータ
制御処理を行うものである。２３はトランジスタインバ
ータ等で構成されるサーボアンプで、２４はサーボモー
タである。また、２５はサーボモータ２４の位置，速度
を検出する位置・速度検出器で、位置，速度ｙはディジ
タルサーボ回路にフィードバックされている。なお、サ
ーボアンプ２３，サーボモータ２４は１軸のみを図示し
ている。
【００２２】図５は、本実施例において、上記デジタル
サーボ回路２２のプロセッサが実行する本発明のサーボ
モータ制御処理に関するフローチャートであり、該プロ
セッサは所定周期毎図５に示す処理を実行する。まず、
ディジタルサーボ回路２２のメモリ内に本実施例におけ
る適応ＰＩ制御のサーボモータ制御処理に必要な定数
等、即ち、比例ゲインＫ２，積分ゲインＫ１（＝１／
δ）、他の外乱の予想される最大値Ｄｉｓmax ，最小値
Ｄｉｓmin および調整パラメータα，β，γ，εの値を
あらかじめ設定する。
サーボ回路２２のプロセッサが実行する本発明のサーボ
モータ制御処理に関するフローチャートであり、該プロ
セッサは所定周期毎図５に示す処理を実行する。まず、
ディジタルサーボ回路２２のメモリ内に本実施例におけ
る適応ＰＩ制御のサーボモータ制御処理に必要な定数
等、即ち、比例ゲインＫ２，積分ゲインＫ１（＝１／
δ）、他の外乱の予想される最大値Ｄｉｓmax ，最小値
Ｄｉｓmin および調整パラメータα，β，γ，εの値を
あらかじめ設定する。
【００２３】そして、制御対象（ロボット）の動作を開
始させると、ホストプロセッサ２０は制御対象の各軸に
対して位置指令を分配し、ディジタルサーボ回路２２の
プロセッサは共有ＲＡＭ２１より位置指令を読み取ると
共に、パルスコーダ１６から出力される位置フィードバ
ック量を読取り従来と同様に位置ループ処理を行い速度
指令ｒを求める。次に、ディジタルサーボ回路のプロセ
ッサは図５に示す処理を開始し、まず、位置ループ処理
によって得られた速度指令ｒを読取ると共に、位置速度
検出器２５で検出されたモータ２４の実速度ｙを読取る
（ステップＳ１，Ｓ２）。さらに、共有メモリ２１を介
してホストプロセッサ２０から送られてくる重力の影響
を一番受けるロボットアームの回転角度θを読み、該値
よりｓｉｎθの値を算出する（ステップＳ３）。次に、
指令速度加速度ｒ´を算出すると共に速度指令ｒから実
速度ｙを減じて状態変数Ｓｕｆとしての速度偏差を求め
る（ステップＳ４，Ｓ５）。次に、従来と同様の処理で
あるＰＩ制御の処理を行いＰＩ制御によるトルク指令Ｔ
cmd を求める。
始させると、ホストプロセッサ２０は制御対象の各軸に
対して位置指令を分配し、ディジタルサーボ回路２２の
プロセッサは共有ＲＡＭ２１より位置指令を読み取ると
共に、パルスコーダ１６から出力される位置フィードバ
ック量を読取り従来と同様に位置ループ処理を行い速度
指令ｒを求める。次に、ディジタルサーボ回路のプロセ
ッサは図５に示す処理を開始し、まず、位置ループ処理
によって得られた速度指令ｒを読取ると共に、位置速度
検出器２５で検出されたモータ２４の実速度ｙを読取る
（ステップＳ１，Ｓ２）。さらに、共有メモリ２１を介
してホストプロセッサ２０から送られてくる重力の影響
を一番受けるロボットアームの回転角度θを読み、該値
よりｓｉｎθの値を算出する（ステップＳ３）。次に、
指令速度加速度ｒ´を算出すると共に速度指令ｒから実
速度ｙを減じて状態変数Ｓｕｆとしての速度偏差を求め
る（ステップＳ４，Ｓ５）。次に、従来と同様の処理で
あるＰＩ制御の処理を行いＰＩ制御によるトルク指令Ｔ
cmd を求める。
【００２４】次に各パラメータの適応処理として、パラ
メータの各推定値を求める。すなわち、上記１４式，１
５式，１６式を積分する処理を行いイナーシャの推定値
Ｊ*，動摩擦係数の推定値Ａ* ，重力外乱係数の推定値
Ｇｒ* を求める（ステップＳ７）。すなわち、イナーシ
ャの推定値Ｊ* を積算記憶するレジスタに、ステップＳ
５で求めた位置偏差ＳｕｆにステップＳ４で求めた指令
の加速度ｒ´を乗じ、さらに設定された調整パラメータ
αの逆数１／αを乗じた値を加算しイナーシャの推定値
Ｊ* を求める。さらに、動摩擦係数の推定値Ａ* を積算
記憶するレジスタに、ステップＳ５で求めた位置偏差Ｓ
ｕｆに実速度ｙおよび調整パラメータβの逆数１／βを
乗じた値を加算し動摩擦係数の推定値Ａ* を求める。
メータの各推定値を求める。すなわち、上記１４式，１
５式，１６式を積分する処理を行いイナーシャの推定値
Ｊ*，動摩擦係数の推定値Ａ* ，重力外乱係数の推定値
Ｇｒ* を求める（ステップＳ７）。すなわち、イナーシ
ャの推定値Ｊ* を積算記憶するレジスタに、ステップＳ
５で求めた位置偏差ＳｕｆにステップＳ４で求めた指令
の加速度ｒ´を乗じ、さらに設定された調整パラメータ
αの逆数１／αを乗じた値を加算しイナーシャの推定値
Ｊ* を求める。さらに、動摩擦係数の推定値Ａ* を積算
記憶するレジスタに、ステップＳ５で求めた位置偏差Ｓ
ｕｆに実速度ｙおよび調整パラメータβの逆数１／βを
乗じた値を加算し動摩擦係数の推定値Ａ* を求める。
【００２５】また、重力外乱係数の推定値Ｇｒ* を積算
記憶するレジスタに、位置偏差ＳｕｆにステップＳ３で
求めたｓｉｎθおよび調整パラメータγの逆数１／γを
乗じた値を加算し重力外乱係数の推定値Ｇｒ* を求め
る。
記憶するレジスタに、位置偏差ＳｕｆにステップＳ３で
求めたｓｉｎθおよび調整パラメータγの逆数１／γを
乗じた値を加算し重力外乱係数の推定値Ｇｒ* を求め
る。
【００２６】次に、ステップＳ２で読み取ったモータ速
度ｙが「０」か「正」か「負」かを判断し（ステップＳ
８）、速度ｙが「０」のときには、クーロン摩擦の推定
値ＣL * を記憶するレジスタに「０」をセットする。ま
た、速度ｙが正のときには、正のクーロン摩擦の推定値
ＣL+* を積算記憶するレジスタに位置偏差Ｓｕｆに調整
パラメータεの逆数を乗じた値を加算し、正のクーロン
摩擦の推定値ＣL+*を求め、この求められた正のクーロ
ン摩擦の推定値ＣL+* をクーロン摩擦の推定値ＣL * を
記憶するレジスタにセットする。また、速度ｙが負のと
きには、負のクーロン摩擦の推定値ＣL-* を積算記憶す
るレジスタに、位置偏差Ｓｕｆに調整パラメータεの逆
数を乗じた値を加算し、負のクーロン摩擦の推定値ＣL-
* を求め、この求められた負のクーロン摩擦の推定値Ｃ
L+* をクーロン摩擦の推定値ＣL * を記憶するレジスタ
にセットする（ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１）。
度ｙが「０」か「正」か「負」かを判断し（ステップＳ
８）、速度ｙが「０」のときには、クーロン摩擦の推定
値ＣL * を記憶するレジスタに「０」をセットする。ま
た、速度ｙが正のときには、正のクーロン摩擦の推定値
ＣL+* を積算記憶するレジスタに位置偏差Ｓｕｆに調整
パラメータεの逆数を乗じた値を加算し、正のクーロン
摩擦の推定値ＣL+*を求め、この求められた正のクーロ
ン摩擦の推定値ＣL+* をクーロン摩擦の推定値ＣL * を
記憶するレジスタにセットする。また、速度ｙが負のと
きには、負のクーロン摩擦の推定値ＣL-* を積算記憶す
るレジスタに、位置偏差Ｓｕｆに調整パラメータεの逆
数を乗じた値を加算し、負のクーロン摩擦の推定値ＣL-
* を求め、この求められた負のクーロン摩擦の推定値Ｃ
L+* をクーロン摩擦の推定値ＣL * を記憶するレジスタ
にセットする（ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１）。
【００２７】次に状態変数（速度偏差）Ｓｕｆの値が０
以上か否か判断し（ステップＳ１２）、「０」若しくは
正であると切換入力τ１を、設定されているその他の外
乱の最大値Ｄｉｓmax とする。また、状態変数Ｓｕｆの
値が負であると、切換入力τ１を設定されているその他
の外乱の最小値Ｄｉｓmin とし（ステップＳ１３，Ｓ１
４）、ステップＳ６で求めたＰＩ制御によるトルク指令
値Ｔcmd ，各推定値Ｊ* ，Ａ* ，Ｇｒ* ，ＣL * ，切換
入力τ１、指令の加速度ｒ´、実速度ｙおよびロボット
アームの角度θに対するｓｉｎθの値より２３式の演算
を行ってトルク指令τを求め（ステップＳ１５）、この
トルク指令τを電流ループ処理に引き渡して（ステップ
Ｓ１６）、当該処理を終了する。以下上記ステップＳ１
〜ステップＳ１６の処理を所定周期毎実行し、サーボモ
ータ２４を駆動することになる。
以上か否か判断し（ステップＳ１２）、「０」若しくは
正であると切換入力τ１を、設定されているその他の外
乱の最大値Ｄｉｓmax とする。また、状態変数Ｓｕｆの
値が負であると、切換入力τ１を設定されているその他
の外乱の最小値Ｄｉｓmin とし（ステップＳ１３，Ｓ１
４）、ステップＳ６で求めたＰＩ制御によるトルク指令
値Ｔcmd ，各推定値Ｊ* ，Ａ* ，Ｇｒ* ，ＣL * ，切換
入力τ１、指令の加速度ｒ´、実速度ｙおよびロボット
アームの角度θに対するｓｉｎθの値より２３式の演算
を行ってトルク指令τを求め（ステップＳ１５）、この
トルク指令τを電流ループ処理に引き渡して（ステップ
Ｓ１６）、当該処理を終了する。以下上記ステップＳ１
〜ステップＳ１６の処理を所定周期毎実行し、サーボモ
ータ２４を駆動することになる。
【００２８】なお、上記実施例では、スライディングモ
ードによる切換入力τ１をトルク指令τに加算するよう
にしたが、例えばロボットが１軸である場合や１軸以上
の場合でも、重力の影響を１軸のロボットアームからの
み受けて、すでにこのロボットアームの回転角による重
力外乱の影響を推定値Ｇｒ* で考慮し、他の外乱を想定
する必要がない場合には、上記切換入力τ１をトルク指
令に加算する必要はない。また、ロボットアームの角度
によって重力外乱の影響を受ける２軸以上の軸がある場
合には、上述した実施例のような処理で行うこともでき
るが、２つの軸共に、上記実施例で示した推定値Ｇｒ*
を求めて処理する方式を採用してもよい。
ードによる切換入力τ１をトルク指令τに加算するよう
にしたが、例えばロボットが１軸である場合や１軸以上
の場合でも、重力の影響を１軸のロボットアームからの
み受けて、すでにこのロボットアームの回転角による重
力外乱の影響を推定値Ｇｒ* で考慮し、他の外乱を想定
する必要がない場合には、上記切換入力τ１をトルク指
令に加算する必要はない。また、ロボットアームの角度
によって重力外乱の影響を受ける２軸以上の軸がある場
合には、上述した実施例のような処理で行うこともでき
るが、２つの軸共に、上記実施例で示した推定値Ｇｒ*
を求めて処理する方式を採用してもよい。
【００２９】また、上記図５で示す処理において、従来
のＰＩ制御の制御方式と比較し、ステップＳ３〜Ｓ５，
Ｓ７〜Ｓ１１，Ｓ１５が本発明による適応制御をＰＩ制
御に付加したときに必要な処理である。さらに、ステッ
プＳ１２〜Ｓ１４がスライディングードモードを併用し
たときに必要な処理である。さらに、上記実施例では、
制御対象がロボットの例を示したが、モータで駆動され
る工作機械等にも適用できるものである。また、上記実
施例では、位置、速度制御を行うサーボモータの例を示
したが、速度制御のみを行うモータ制御の場合でも本発
明は適用できるものである。
のＰＩ制御の制御方式と比較し、ステップＳ３〜Ｓ５，
Ｓ７〜Ｓ１１，Ｓ１５が本発明による適応制御をＰＩ制
御に付加したときに必要な処理である。さらに、ステッ
プＳ１２〜Ｓ１４がスライディングードモードを併用し
たときに必要な処理である。さらに、上記実施例では、
制御対象がロボットの例を示したが、モータで駆動され
る工作機械等にも適用できるものである。また、上記実
施例では、位置、速度制御を行うサーボモータの例を示
したが、速度制御のみを行うモータ制御の場合でも本発
明は適用できるものである。
【００３０】
【発明の効果】本発明の適応ＰＩ制御方式は、制御対象
のイナーシャ，動摩擦係数，重力外乱，クーロン摩擦等
の制御対象の特性に影響するパラメータの変動に適応さ
せて制御を行うので、これらのパラメータ変動に対して
制御系の特性が変化せず、非常にロバストなＰＩ（比例
積分）制御ができる。特に、ロボットのようなアームの
位置によってイナーシャや重力外乱が変化する制御対象
に有効に適用できるものである。
のイナーシャ，動摩擦係数，重力外乱，クーロン摩擦等
の制御対象の特性に影響するパラメータの変動に適応さ
せて制御を行うので、これらのパラメータ変動に対して
制御系の特性が変化せず、非常にロバストなＰＩ（比例
積分）制御ができる。特に、ロボットのようなアームの
位置によってイナーシャや重力外乱が変化する制御対象
に有効に適用できるものである。
【図１】本発明の一実施例の適応ＰＩ制御方式を用いた
モータの速度制御系のブロック図である。
モータの速度制御系のブロック図である。
【図２】従来のＰＩ制御方式を用いたモータの速度制御
系のブロック線図である。
系のブロック線図である。
【図３】従来のＰＩ速度制御方式で制御対象のイナーシ
ャが変動したときに制御系の特性が変わることの説明図
である。
ャが変動したときに制御系の特性が変わることの説明図
である。
【図４】本発明の一実施例を実施するロボットを駆動す
るサーボモータ制御のブロック図である。
るサーボモータ制御のブロック図である。
【図５】同実施例におけるディジタルサーボ回路のプロ
セッサが実施する処理の要部フローチャートである。
セッサが実施する処理の要部フローチャートである。
Ｓｕｆ 状態変数（速度偏差） Ｊ* イナーシャの推定値 Ａ* 動摩擦係数の推定値 Ｇｒ* 重力外乱係数の推定値 Ｆｒ* 一定重力外乱の推定値 ＣL * クーロンマサツの推定値 ｒ 速度指令 ｙ 実速度 Ｄｉｓ その他の外乱 τ１ 切換入力 τ トルク指令
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 11/42 Ａ 7531−3Ｈ 13/04 9131−3Ｈ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５ Ｖ 9179−3Ｈ ３０６ Ｚ 9179−3Ｈ (72)発明者 中村 勝 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内 (72)発明者 有田 創一 山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580番 地 ファナック株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 速度ループに比例積分ループを有するモ
ータ制御系において、速度指令からモータの実速度を減
じた速度偏差を状態変数とし、該状態変数を用いてモー
タで制御される制御対象の特性を変動させる各種パラメ
ータの値を推定し、各推定値と実際との誤差が「０」に
なるようにトルク補正値を求め、該トルク補正値を上記
比例積分ループ処理で得られたトルク指令に加算してモ
ータへのトルク指令としてモータを駆動する適応ＰＩ制
御方式。 - 【請求項２】 上記各種パラメータは、制御対象のイナ
ーシャ，動摩擦係数，重力外乱である請求項１記載の適
応ＰＩ制御方式。 - 【請求項３】 上記各種パラメータには、さらに、クー
ロン摩擦をも含む請求項２記載の適応ＰＩ制御方式。 - 【請求項４】 上記各種パラメータの重力外乱の推定
は、制御対象の位置姿勢によって決まる外乱を決める重
力外乱係数とそれ以外の一定重力外乱を推定し、該重力
外乱を推定する請求項３記載の適応ＰＩ制御方式。 - 【請求項５】 制御対象がロボットで、重力外乱は該重
力外乱に影響するパラメータを重力の影響が一番大きい
アームの角度に対する重力外乱係数、上記アーム以外の
アームの角度によって決まる外乱、及び一定重力外乱に
分けて推定し該重力外乱を推定する請求項２または請求
項３記載の適応ＰＩ制御方式。
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