JPH10149210A - 位置決め制御系の指令作成方法 - Google Patents

位置決め制御系の指令作成方法

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JPH10149210A
JPH10149210A JP30978296A JP30978296A JPH10149210A JP H10149210 A JPH10149210 A JP H10149210A JP 30978296 A JP30978296 A JP 30978296A JP 30978296 A JP30978296 A JP 30978296A JP H10149210 A JPH10149210 A JP H10149210A
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JP
Japan
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command
control system
mref
theta
order
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JP30978296A
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Inventor
Akihiro Yamamoto
暁洋 山本
Nobuhiro Umeda
信弘 梅田
Ryuichi Oguro
龍一 小黒
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業用ロボットなど剛性の低い制御対象の位
置決め制御系においても、負荷軸先端の追従遅れを解消
するとともに、負荷軸先端に生じる振動を抑制する位置
決め制御系の指令作成方法を提供する。 【解決手段】 制御系の出力θlから位置指令θmref
の関係を表す逆伝達関数の分母多項式が定数の場合、各
軸の負荷軸先端の参照位置関数θlrefと制御系の出力θ
lが一致するような位置指令θmrefを算出するために、
指令生成部1において参照位置関数θlrefを前記逆伝達
関数の分子多項式の次数より少なくとも一次は高次で、
かつ位置指令θmrefを構成する前記参照位置関数θlref
とその導関数が定数項を持たないように設定する位置決
め制御系の指令作成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットや
工作機械等の位置決め制御系の制御方法において、サー
ボの遅れや振動による精度の劣化を極めて少なくする指
令作成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】産業用ロボットや工作機械の位置決め制
御を行う場合、通常は、正の一定加速度値を持つ加速区
間、加速度が0の一定速度の区間、および負の一定加速
度値を持つ減速区間で構成した台形状の速度指令を制御
装置に与えていた。ショートピッチ作業のような短い距
離の位置決め動作においては、図5に示すように一定速
度区間のない三角状の速度指令となる。このように速度
の加減速を1次関数で表した場合の加速度指令の波形は
矩形波状となるが、このような指令に対する応答には図
6に示すように追従遅れが生じる。応答の追従遅れは図
7に示すように負荷軸先端の軌道ずれの原因となる。
【0003】応答追従遅れを低減させるためには、図1
0に示すように、フィードフォワード制御部15におい
て、位置指令を1階微分したフィードフォワード速度指
令と2階微分したフィードフォワード加速度指令にゲイ
ンを乗じたものを加え合わせるフィードフォワード制御
を行うが、この場合の応答には図8に示すようにオーバ
ーシュートを伴うという問題がある。このオーバーシュ
ートは図9に示すように負荷軸先端で生じる振動の原因
の一つとなる。作業位置での負荷軸先端の振動を減少さ
せるための工夫としては、指令をローパスフィルタに入
力する、あるいは移動平均を求める方法がある。しか
し、このような加減速処理後にローパスフィルタや移動
平均を用いた方法では、フィルタによる遅延効果やサー
ボ系の応答遅れにより負荷軸先端の追従遅れが生じると
いう問題点がある。
【0004】なお、図10において、11は位置制御
部、12は速度制御部、13はモータ部、14は機構
部、15はフィードフォワード制御部であり、Kpは位
置ループゲイン、Kvfは速度フィードフォワードゲイ
ン、Kafは加速度フィードフォワードゲイン、Kvは速
度ループゲイン、Jmはモータの慣性モーメント、Kt
積分ゲイン、Nは減速比、Kcは減速機のバネ定数、Jl
は負荷側慣性モーメント、Dmはモータ粘性係数、Dc
減速機粘性係数、Dlは負荷側粘性係数である。また、
θmrefは位置指令、urefは加速度指令、θmはモータの
回転角、θ'mはモータの回転角速度、θsはモータ軸と
負荷の間のねじり角、θlは負荷の回転角である。この
ように、加速度指令が矩形波で表される場合、負荷軸先
端の振動抑制と応答追従性は相反する要求となってい
る。これらの問題を解決するために、特開平5−143
106号公報に開示されたような制御対象の逆伝達関数
を考慮して参照位置関数θlrefが制御量θlに一致する
ような位置指令θmrefを算出する方法が提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の特開
平5−143106号公報に開示された方法において、
参照位置関数θlrefの次数を制御系の出力θlから位置
指令θmrefの関係を表す逆伝達関数の分子多項式の次数
より低く設定した場合、位置指令にθmrefを構成する参
照位置関数θlrefとその導関数の中にその値が0となる
関数が出てくるために参照位置関数θlrefが制御量に一
致するような位置指令θmrefを算出できなくなる。ま
た、参照位置関数θlrefを制御系全体の伝達関数の分母
多項式より高次に設定しても、位置指令にθmrefを構成
する参照位置関数θlrefとその導関数の中に定数項をも
つ関数が存在する場合、位置指令θmrefにステップ関数
を含むため、産業用ロボットのような剛性の低い制御対
象においては負荷軸先端の振動を生じさせやすいという
問題がある。そこで、本発明が解決しようとする課題
は、産業用ロボットなど剛性の低い制御対象の位置決め
制御系においても、負荷軸先端の追従遅れを解消すると
ともに、負荷軸先端に生じる振動を抑制する位置決め制
御系の指令作成方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、教示したある点から次の教示点へ位置の
補間を行い、各軸のサーボモータの制御周期毎の位置指
令θmrefを作成する位置決め制御系の指令作成方法にお
いて、制御系の出力θlから位置指令θmrefへの関係を
表す逆伝達関数の分母多項式が定数の場合、各軸の負荷
軸先端の参照位置関数θlrefと制御系の出力θlが一致
するような位置指令θmrefを算出するために、指令生成
部において参照位置関数θlrefを前記逆伝達関数の分子
多項式の次数より少なくとも一次は高次で、かつ位置指
令θmrefを構成する前記参照位置関数θlrefとその導関
数が定数項を持たないように設定する。また、逆伝達関
数の分母多項式が1次以上の多項式の場合、各軸の負荷
軸先端の参照位置関数θlrefと制御系の出力θlが一致
するような位置指令θmrefを算出するために、指令生成
部において前記参照位置関数θlrefを逆伝達関数の分子
多項式の次数より少なくとも1次は高次に設定し、逆伝
達関数の分母多項式に相当する伝達関数のフィルタを設
ける。このようにすることで、参照位置関数θlrefと制
御系の出力θlが一致するような位置指令θmrefを算出
することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図1に
示す位置制御系を参照しながら説明する。図1におい
て、1は指令生成部、2は位置制御部、3は速度制御
部、4はモータ部、5は機構部である。Kpは位置ルー
プゲイン、Kvは速度ループゲイン、Jmはモータの慣性
モーメント、Ktは積分ゲイン、Nは減速比、Kcは減速
機のバネ定数、Jlは負荷側慣性モーメント、Dmはモー
タ粘性係数、Dcは減速機粘性係数、Dlは負荷側粘性係
数である。また、θmrefは位置指令、urefは加速度指
令、θmはモータの回転角、θ'mはモータの回転角速
度、θsはモータ軸と負荷の間のねじり角、θlは負荷の
回転角である。指令生成部1において、位置指令θmref
は、負荷の参照回転角θlrefからその5階微分値までの
それぞれに係数a0,a1,a2,a3,a4,a5をかけて
加算し、それらにフィルタ6を通して生成される。
【0008】図1における制御対象への操作量u
refは、数1のようになる。
【数1】 このとき、図1の制御系において、参照位置関数θlref
が制御出力θlが一致するような位置指令θmrefは図1
と数1より算出でき、数2のように逆伝達関数で表せ
る。
【数2】 数2より、図1の制御系において位置指令θmrefを生成
するためには、逆伝達関数の分子多項式の次数が5次で
あるので参照位置関数θlrefを6次以上の多項式に設定
し、数2の分母多項式に相当する2次のフィルタ6を設
定する。
【0009】ここではショートピッチ動作のような一定
速度時のない場合を例として挙げる。図2および、数3
のような8次式で表される加速度関数θ"lrefを考えた
とき、参照位置関数θlrefは数4、その他の参照位置関
数θlrefの導関数は数5のようになる。
【数3】
【数4】
【数5】
【0010】これらの各要素を数2に代入して、位置指
令θmrefを算出し、このθmrefを図1に示す位置決め制
御系に入力したときの位置出力θlを図4に示す。比較
のために図5に示したような従来の三角波状の速度指令
に対応した位置位置指令θmrefを図1の制御系に入力し
たときの位置出力θlを図7に、図10に示すフィード
フォワード制御を用いた制御系に入力したときの位置出
力θlを図9に示す。図4、図7、図9からわかるよう
に、本発明によって、時間遅れが少なく、振動も押さえ
られた応答を得ることが可能となる。さらに、位置指令
応答と所望の位置軌跡とのずれが少ないため産業用ロボ
ットや工作機械等、多軸で位置制御を行う場合におい
て、負荷軸側の軌跡の精度も向上する。
【0011】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、制御
系の出力θlから位置指令θmrefへの関係を表す逆伝達
関数の分母多項式が定数の場合、各軸の負荷軸先端の参
照位置関数θlrefと制御系の出力θlが一致するような
位置指令θmrefを算出するために、指令生成部において
参照位置関数θlrefを前記逆伝達関数の分子多項式の次
数より少なくとも一次は高次で、かつ位置指令θmref
構成する前記参照位置関数θlrefとその導関数が定数項
を持たないように設定し、逆伝達関数の分母多項式が1
次以上の多項式の場合、各軸の負荷軸先端の参照位置関
数θlrefと制御系の出力θlが一致するような位置指令
θmrefを算出するために、指令生成部において前記参照
位置関数θlrefを逆伝達関数の分子多項式の次数より少
なくとも1次は高次に設定し、逆伝達関数の分母多項式
に相当する伝達関数のフィルタを設けることにより、参
照位置関数θlrefと制御系の出力θlが一致するような
位置指令θmrefを算出することができる。その結果とし
て位置指令応答と所望の位置軌跡とのずれが少なくなる
ため、位置決め制御系における位置精度の向上を図るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1軸分のリンクの位置決め制御系を例示するブ
ロック図である。
【図2】8次多項式で表した参照加速度軌跡を表すタイ
ムチャートである。
【図3】図2に関連する参照速度軌跡を表すタイムチャ
ートである。
【図4】本発明における位置指令と参照位置出力と位置
出力を表すタイムチャートである。
【図5】一定速度区間のない三角状の速度指令のタイム
チャートである。
【図6】従来の制御における加速度応答の追従遅れを示
すタイムチャートである。
【図7】従来の位置指令と位置出力を表すタイムチャー
トである。
【図8】フィードフォワード制御を用いた加速度指令に
対する加速度応答を表すタイムチャートである。
【図9】フィードフォワード制御を用いた位置指令に対
する位置指令応答を表すタイムチャートである。
【図10】フィードフォワード制御を用いた位置決め制
御系を例示するブロック図である。
【符号の説明】 1 指令生成部、2 位置制御部、3 速度制御部、4
モータ部、5 機構部、6 フィルタ、Jm モータ
の慣性モーメント、Dm モータ粘性係数、Dc減速機粘
性係数、Kc 減速機バネ定数、N 減速比、Jl 負荷
側慣性モーメント、Dl 負荷側粘性係数、Kp 位置比
例ゲイン、Kv 速度比例ゲイン、Ki積分ゲイン、Kt
トルク定数、θm サーボモータの位置出力、θs
じり角、θmref 位置指令、θl 位置出力、uref
作入力量

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 教示したある点から次の教示点へ位置の
    補間を行い、各軸のサーボモータの制御周期毎の位置指
    令θmrefを作成する位置決め制御系の指令作成方法にお
    いて、 制御系の出力θlから位置指令θmrefへの関係を表す逆
    伝達関数の分母多項式が定数の場合、各軸の負荷軸先端
    の参照位置関数θlrefと制御系の出力θlが一致するよ
    うな位置指令θmrefを算出するために、指令生成部にお
    いて参照位置関数θlrefを前記逆伝達関数の分子多項式
    の次数より少なくとも一次は高次で、かつ位置指令θ
    mrefを構成する前記参照位置関数θlrefとその導関数が
    定数項を持たないように設定することを特徴とする位置
    決め制御系の指令作成方法。
  2. 【請求項2】 教示したある点から次の教示点へ位置の
    補間を行い、各軸のサーボモータの制御周期毎の位置指
    令θmrefを作成する位置決め制御系の指令作成方法にお
    いて、 制御系の出力θlから位置指令θmrefへの関係を表す逆
    伝達関数の分母多項式が1次以上の多項式の場合におい
    て、各軸の負荷軸先端の参照位置関数θlrefと制御系の
    出力θlが一致するような位置指令θmrefを算出するた
    めに、指令生成部において前記参照位置関数θlrefを逆
    伝達関数の分子多項式の次数より少なくとも1次は高次
    に設定し、前記逆伝達関数の分母多項式に相当する伝達
    関数のフィルタを設けることを特徴とする位置決め制御
    系の指令作成方法。
  3. 【請求項3】 前記位置決め制御系が、産業用ロボット
    又は工作機械である請求項1又は2記載の位置決め制御
    系の指令作成方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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