JP4058524B2 - Servo system residual vibration suppression system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ系の残留振動抑制方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、サーボ(制御)系のモータの回転状態を検出する手段であるロータリエンコーダの出力及びモータの巻線からの出力をオブザーバ(状態観測器)を介して、トルクループ(加速度ループ)、すなわち速度制御器の後段、トルク(加速度ないし電流)制御器の前段、へとフィードバックさせ、制御系の負荷の残留振動を抑制する方法があった。
この従来の方法は、モータの操作量(前記トルク制御器の出力)と検出可能なモータの状態量である前記ロータリエンコーダの出力とモータの該巻線出力から、負荷またはモータの状態(速度または加速度)を推定するオブザーバを使い、該オブザーバの出力をサーボ系の所定ループへとフィードバックさせることで残留振動を抑制する、というものである。
しかし、この従来の残留振動抑制方式では、制御対象である負荷(機械)の剛性が低い場合、ループゲインを高くすると残留振動が発生し易くなるという欠点があった。一般に、ループゲインを上げれば上げるほど、制御入力とロータリエンコーダ出力との位相差が−180度に近づき、いわゆる位相余有が少なくなり、サーボ系は振動的になる。つまり、高ゲインに対して敏感になる。従来の残留振動抑制方式では、機械の剛性の強度によっては、その機械の動作で望まれるほどのループゲインでもって、モータを駆動すると、残留振動が無視できないほどの大きさになるということである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、次の課題を解決することを目的とする。
従来、所定ループゲインでモータを駆動した場合、残留振動が無視できないほど発生するような負荷を持つサーボ系であっても、上記した従来のオブザーバを前記サーボ系に使用しながら、残留振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑制方式を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式は、上記した課題を解決したものであり、請求項1の発明は、次のようなものである。位置制御器の後段に速度制御器、前記速度制御器の後段にトルク制御器、前記トルク制御器の後段にモータ、前記モータの後段に負荷を設け、前記モータの角度検出手段を具備し、前記角度検出手段の出力を、前記位置制御器に及び微分器を介して前記速度制御器に、それぞれフィードバックさせているサーボ系において、前記モータの巻線からの出力と前記角度検出手段の出力の差異に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第一のオブザーバを設けるとともに、前記サーボ系への制御入力(値)から前記角度検出手段の出力値を減算したものである制御偏差に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第二のオブザーバを設け、前記第一のオブザーバの出力と前記第二のオブザーバの出力を掛け算して、その掛け算した値を前記トルク制御器へネガティブフィードバックさせるように構成されている。
【0005】
また、請求項1の発明は、サーボ系の残留振動抑制方式において、前記第二のオブザーバは、絶対値演算器、不感帯演算器、掛け算器、飽和器及びローパスフィルタを含むものである。
【0006】
図1は、本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の形態を示すブロック図である。本発明のサーボ系の主構成要件(主構成要素)は、従来と同様、制御入力(または、目標値ないし設定値入力)の後段に、いわゆる伝達要素として、位置制御器1、速度制御器2、トルク制御器3及びモータ4が位置している。モータ4の後段には、負荷6が接続されているとともに、モータ4の回転状態(例、回転速度)を検出するための角度検出手段(例、光学式ロータリエンコーダ、エンコーダ5)が設けられている。角度検出手段の出力は、位置制御器1へと及び必要なら微分器(図示せず)を介して速度制御器2へと、それぞれネガティブフィードバックさせ、それぞれ、位置ループ10及び速度ループ11を形成させている。この点も従来と同様である。なお、図中、円で表されている制御要素は、いわゆる加え合わせ点であり、加減算を行う部位である。
【0007】
本発明が従来と異なる点は、第一のオブザーバ7(この内部構成は従来技術通り)の出力と第二のオブザーバ9の出力を掛け算したもの(積算出力)をトルク制御器3へとネガティブフィードバックさせることである。
なお、本明細書でいう第二のオブザーバ9というのは、振動制御器のことであり、第一のオブザーバのゲイン調整する機能を果たす伝達要素のことである。
本発明を実施するには、トルク制御器3、モータ4、エンコーダ5、第一のオブザーバ7、掛け算器8、そしてトルク制御器3へと戻り、トルクループ12を形成させなければならない。一方において、従来同様、モータ4の巻線出力18は第一のオブザーバ7へ出力される必要があり、また、巻出力は、トルク制御器3へとフィードバックさせることが望ましい。
第一のオブザーバ7は、従来と同様、モータ4の巻線出力18とエンコーダ5の出力(モータ4の角速度)を取り込んで、モータ4または負荷6の状態(例、トルク、回転速度など)を推定して、後段へと出力する。
当然、残留振動を無くしたり、減少させたりするためには、モータが停止状態のとき、この第一のオブザーバ7の出力が0またはほとんど0でなければならない。しかし、現実には、残留振動が発生するサーボ系では、モータ4が停止状態であっても、第一のオブザーバ7の出力が0とはならない。
【0008】
この不具合への対策として、例えば、第一のオブザーバ7の内部パラメータを再設定するなどして、第一のオブザーバ7の内部を適当に調節することが考えられる。しかし、この方策では、モータ4を動かしている状態、すなわち、加速制御、減速制御及び定速制御の際に悪影響が出てくる恐れがある。モータ4を動かしている状態では、第一のオブザーバ7によって、(ともかくも)理想的な制御がなされているのに、第一のオブザーバ7の内部パラメータを変更してしまうのは、適当ではないと考えられる。
【0009】
そこで、本発明では、第一のオブザーバ7のほうは、特にいじらず、その出力を第二のオブザーバ9の出力と掛け算して、その積算出力をネガティブフィードバックさせて、トルクループ12を形成させる方式を採った。
第二のオブザーバ9は、モータ4が動いているときは、ゲイン1ないしゲイン1に近い数値を出力するとともに、モータ4が停止しているときは、ゲイン0または0に集束していくようなゲイン値を出力するものである。
【0010】
例えば、第二のオブザーバ9には、制御偏差(制御入力からエンコーダ出力を減算したもの)の後段に、絶対値演算器13、不感帯演算器14、アンプ15、飽和器16及びローパスフィルタ17(一次遅れ要素)を設けたものを使うことによって、モータ4の駆動状態に応じた、第一のオブザーバ7の出力値のゲイン調整ができる。
【0011】
絶対値演算器13は、第二のオブザーバ9から負のゲインが出力されることを防止するために設けている。不感帯演算器14は、その入力値(制御偏差)が所定値以上のときは比例制御器として働き、その入力値が所定値以下のときは、ゲイン0を出力するように働く、伝達要素である。
アンプ15は、第二のオブザーバ9のゲイン調整のためのもので、単純に増幅器として働く。飽和器16は、ゲイン1以上の出力が後段に出力されないように設けている。モータ4を駆動しているときに、本来の制御目的のために必要なゲイン以上に高いゲインがトルク制御器3からモータ4へ出力されないようにするためである。
ローパスフィルタ17は、一次遅れ要素そのものであり、モータ4停止後に、徐々に、第二のオブザーバ9を設けたことの効果が効いてくるようにするための伝達要素として設けている。つまり、掛け算器8の出力は、急激にゲインが0になるのではなく、モータ停止後、ある割合でもってゲイン0へ向かって減少していくのである
【0012】
図2は、本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の一形態を示すブロック図である。
本発明に係るサーボ系は、制御偏差を第二のオブザーバ9へ取り込ませるとともに、第一のオブザーバ7の出力と第二のオブザーバ9の出力を掛け算したものをトルク制御器3に、ネガティブフィードバックさせるものであればよく、位置制御器1、速度制御器2及びトルク制御器3の実際の構成は、当業者の設計上の選択事項である。
例えば、位置制御器1及び速度制御器2に、それぞれ比例制御要素Ka及び比例制御要素Kbをバイパスさせて、位置制御器1及び速度制御器2の後ろ側において、その出力に対して加算または減算させてもよい。このようなことは、応答を素早くしたり、応答が過敏にならないように、サーボ系において、普通に行われている。
つまり、本発明は、位置制御器1、速度制御器2、トルク制御器3及び第一のオブザーバ7など、従来から用いられているサーボ系の伝達要素については、それらの構成に係りなく実施できるということである。
【0013】
【発明の効果】
本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式は、上述してきたように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
所定ループゲインでモータ4を駆動した場合、残留振動が無視できないほど発生するような負荷6を持つサーボ系であっても、従来の第一のオブザーバ7をそのまま使用することができる。残留振動の原因の一つである位相余有が少ないことによる僅少ゲインに対する敏感性を、モータ4停止時において、余分に残有しているゲインを徐々に0にしていく効果を持つ第二のオブザーバ9を設け、第一のオブザーバ7の出力と第二のオブザーバ9の出力を掛け算したものをモータ4のトルク制御に直接的に係るトルク制御器3へとネガティブフィードバックさせているので、モータ4駆動時に悪影響を及ぼすことなく、モータ4停止時の余分なゲインから起因する残留振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑制方式を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の形態を示すブロック図
【図2】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の一形態を示すブロック図
【符号の説明】
1 位置制御器
2 速度制御器
3 トルク制御器
4 モータ
5 エンコーダ
6 負荷
7 第一のオブザーバ
8 掛け算器
9 第二のオブザーバ
10 位置ループ
11 速度ループ
12 トルクループ
13 絶対値演算器
14 不感帯演算器
15 アンプ
16 飽和器
17 ローパスフィルタ
18 巻線出力
Ka、Kb 比例制御要素[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servo system residual vibration suppression system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the output of a rotary encoder, which is a means for detecting the rotation state of a servo (control) motor, and the output from the winding of the motor are passed through an observer (state observer), a torque loop (acceleration loop), that is, a speed. There has been a method of suppressing residual vibration of the load of the control system by feeding back to the subsequent stage of the controller and the previous stage of the torque (acceleration or current) controller.
In this conventional method, the load or motor state (speed or speed) is calculated from the motor operation amount (output of the torque controller) and the output of the rotary encoder, which is a detectable motor state amount, and the winding output of the motor. Residual vibration is suppressed by using an observer that estimates (acceleration) and feeding back the output of the observer to a predetermined loop of the servo system.
However, this conventional residual vibration suppression method has a drawback in that residual vibration is likely to occur when the loop gain is increased when the rigidity of the load (machine) to be controlled is low. In general, the higher the loop gain is, the closer the phase difference between the control input and the rotary encoder output is to -180 degrees, so that the so-called phase margin is reduced, and the servo system becomes oscillating. That is, it becomes sensitive to high gain. In the conventional residual vibration suppression method, depending on the rigidity of the machine, when the motor is driven with a loop gain as desired in the operation of the machine, the residual vibration becomes so large that it cannot be ignored. .
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention aims to solve the following problems.
Conventionally, when a motor is driven with a predetermined loop gain, even if the servo system has a load that generates residual vibration that cannot be ignored, residual vibration is reduced while using the conventional observer described above for the servo system. It is an object of the present invention to provide a servo system residual vibration suppression method that can be performed.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The servo system residual vibration suppression system according to the present invention solves the above-mentioned problems, and the invention of
[0005]
According to a first aspect of the present invention, in the servo system residual vibration suppression system, the second observer includes an absolute value calculator, a dead band calculator, a multiplier, a saturator, and a low-pass filter.
[0006]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a servo system residual vibration suppression system according to the present invention. The main constituent elements (main constituent elements) of the servo system of the present invention are the
[0007]
The present invention is different from the conventional one in that the output of the first observer 7 (the internal configuration is the same as the prior art) and the output of the second observer 9 (integrated output) is negatively fed back to the
The
In order to implement the present invention, it is necessary to return to the
The
Of course, in order to eliminate or reduce the residual vibration, the output of the
[0008]
As a countermeasure against this problem, for example, it is conceivable to appropriately adjust the inside of the
[0009]
Therefore, in the present invention, the
The
[0010]
For example, the
[0011]
The
The amplifier 15 is for adjusting the gain of the
The low-
FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of a servo system residual vibration suppression system according to the present invention.
The servo system according to the present invention causes the control deviation to be taken into the
For example, the
In other words, the present invention can be applied to servo system transmission elements conventionally used, such as the
[0013]
【The invention's effect】
The servo system residual vibration suppression method according to the present invention is configured as described above, and therefore has the following effects.
When the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a servo system residual vibration suppression system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a servo system residual vibration suppression system according to the present invention. Explanation】
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記速度制御器の後段にトルク制御器、
前記トルク制御器の後段にモータ、
前記モータの後段に負荷を設け、
前記モータの角度検出手段を具備し、
前記角度検出手段の出力を、前記位置制御器に及び微分器を介して前記速度制御器に、それぞれフィードバックさせているサーボ系において、
前記モータの巻線からの出力と前記角度検出手段の出力の差異に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第一のオブザーバを設けるとともに、前記サーボ系への入力指令である制御入力から前記角度検出手段の出力値を減算したものである制御偏差に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第二のオブザーバを設け、
前記第一のオブザーバの出力と前記第二のオブザーバの出力を掛け算して、その掛け算した値を前記トルク制御器へネガティブフィードバックさせるように構成し、
前記第二のオブザーバは、絶対値演算器、不感帯演算器、アンプ、飽和器及びローパスフィルタを含むものであり、
前記位置制御器への入力指令を入力する前記絶対値演算器は、第二のオブザーバから負のゲインが出力されることを防止するものであり、
前記絶対演算器の後段の前記不感帯演算器は、その入力値が所定値以上のときは比例制御器として働き、その入力値が所定値以下のときは、ゲイン0を出力するように働く、伝達要素であり、
前記不感帯演算器の後段の前記アンプは、第二のオブザーバのゲイン調整のための増幅器であり、
前記アンプの後段の飽和器は、ゲイン1以上の出力が後段のモータに出力されないように設けてあり、
前記飽和器の後段のローパスフィルタは、一次遅れ要素である、サーボ系の残留振動抑制方式。The speed controller in the latter part of the position controller,
Torque controller after the speed controller,
A motor behind the torque controller;
A load is provided at the subsequent stage of the motor,
Comprising an angle detection means of the motor;
In the servo system in which the output of the angle detection means is fed back to the position controller and the speed controller via a differentiator, respectively .
Based on the difference between the output from the winding of the motor and the output of the angle detection means, a first observer for estimating the torque of the motor or the load is provided, and from a control input which is an input command to the servo system Based on a control deviation obtained by subtracting the output value of the angle detection means, a second observer is provided for estimating the torque of the motor or the load,
Multiplying the output of the first observer and the output of the second observer, and configured to negatively feed back the multiplied value to the torque controller ,
The second observer includes an absolute value calculator, a dead band calculator, an amplifier, a saturator, and a low-pass filter.
The absolute value calculator that inputs an input command to the position controller is to prevent a negative gain from being output from the second observer,
The dead band computing unit following the absolute computing unit functions as a proportional controller when the input value is equal to or greater than a predetermined value, and functions to output a gain of 0 when the input value is equal to or smaller than the predetermined value. Element
The amplifier subsequent to the dead zone calculator is an amplifier for gain adjustment of a second observer,
The saturator at the latter stage of the amplifier is provided so that an output with a gain of 1 or more is not output to the latter stage motor.
The low-pass filter in the latter stage of the saturator is a servo system residual vibration suppression system , which is a first-order lag element .
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