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    • 专利摘要:

    公开号:WO1987002485A1
    申请号:PCT/JP1986/000527
    申请日:1986-10-17
    公开日:1987-04-23
    发明作者:Keiji Sakamoto；Yukio Toyosawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 速 度 制 御 方 式
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 术発明 は 、 速度制御方式 に 係 リ 、 特 に 口 一 タ リ ェ ン コ ー ダか ら の位置情報か ら オブザーバを 用 い て速度を推 定 し て:、 これに よ り 速度制御を行な う 、 速度制御方式 に 関する 。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 技術の急速 な進展 に ょ リ 、 各種モー タ を マ イ ク ロ コ ン ピュ ー タ に よ り デ ィ ジ タ ル的に フ ィ ー ド バ ッ ク 制御す る こ と が普通 に な っ た 。 そ して こ のマ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ を用い てモー タ の フ ィ 一 ドバ ッ ク制御を行な う 場合に 、 実速度 を検出す る 必要がぁ リ 、 そのため に 、 従来か ら例 えば π— タ リ エ ン コ ー ダが用い られてい る 。 かかる π — タ リ エ ン コ ー ダはモ ー タ の 1 回転当 り を数千か ら 2 万程 度 ま で分割 し てパ ル ス を発生させる よ う に構成 されて お り 、 そ の出力パ ル ス周波数はモー タ の回転速度 に比例す る こ と に な る 。
    [0007] しか し なが ら 、 特 に 、 モー タ の低速回転時、 そ のパル ス列は非常に 間隔がひ らいて離散的 と な リ 、 こ れを そ の ま ま モ ー タ の速度情報 と して使用する と 回転 ム ラ と な つ て表われ る こ と に な る 。
    [0008] こ の よ う に位置の検出用 と しての ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ を速度検出 に も使用 し よ う と する と アナ ロ グ型 の検出器 に比 し て速度分解能が低いこ と に起因 し て精度の高い円 滑な速度 御 を行な い得ない どい う 問題があ っ た。
    [0009] こ の た め 、 口 一 タ リ ヱ ンコ ー ダか らの位置情報に基づ い てオ ブザーバを用 いて速度を推定する 場合に 、 定常的 な推定誤差を生ずる 原因 と なる負荷 ト ル ク を同時に推定 して、 精度の高い円滑な速度制御を行な い得 る 速度制御 方式.が提案されてい る 。
    [0010] 第 2' 図 は こ の よ う な速度制御方式 の プ D ッ ク 図で あ る 。 図 中 、 1 乃至 3 は演箕器、 4. ほ オ ブザー バ、 5 は モー タ 、 6 は I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ で、 積分要素 K i Z S と 比例要素 K 2 で構成 される。 V c は速度指令、 U は ト ル ク 指令、 I はモー タ 電流、 I は負荷 ト ル ク を示す電 流 、 V ほ速度 、 ø は位置 、 は積分ゲ イ ン 、 k 2 は フ ィ ー ド、バ ッ ク ゲ イ ン 、 K mはモー タ の定数、 T mは R a を モー タ巻線抵抗、 L a を イ ンダク タ ン ス と す る と き に L a と R a と の比 、 つ ま り L a Z R a 値で あ る 。 ま た、 K t は ト ル ク 定数、 J ほ負荷と モー タ を加え合せた イ ナ一 シ ャ 、 K P は 口 一 タ リ エ ンコ ー ダ に よ る 換算係数 で あ り 、 S は d / d t を表わ し ている 。 尚 、 こ こ でォ ブ ザ一バ 自体は一般的 に用い られてお り 、 それを速度検出 器 と 組み合せた も の が特願昭 5 9 — 5 5 1 1 4 号 と し て 提案 されてい る 。
    [0011] 次に 、 こ の速度制御方式の動作につい て説明する 。 まず、 速度指今値 と 後述する速度推定値 V の差が演算 器 1 か ら 出力 される 。 こ の出力信号は積分 され演算器 2 に 出力 される 。 一方、 後述する速度推定値 V に フ ィ 一 ド バ ッ ク ゲ イ ン k 2 を かけたも めが演算器 2 に入力 され 、 そ れ ら の入力信号間 の 差が ト ル ク 指今 U と し て出力 さ れ、 モ ー タ 5 が制御 される。 そ して、 モ ー タ の速度は V と し て 出力 され、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダに よ っ て位置 0 が 検出 され る 。 こ こ で位置 0 の情報には演算器 3 に おい て 負荷 ト ル ク （ ク ー ロ ン摩擦） を示す電流 l が加え られ た結果が含まれ る 。
    [0012] そ：こ で 、 こ.の よ う な速度制 ¾方式 に おいて は、 ォ ブ ザ一バ 4 を用 い て速度推定値を得るが、 こ の時 に定常的 な推定誤差を生ず る 原因 と なる 負荷 ト.ル ク を同時に推定 す る 。 即 ち 、 オ ブザ ーバ 4 にはモー タ電流 I と 負荷 ト ル ク を示す I し を考慮 し た位置情報 0 を入力 し 、 速度推疋 値 V を 出力す る 。
    [0013] こ の点について、 更に詳細に説明する と 、 刖 ai モー タ 電流 I 、 速度 V 、 位'置 Θ 、 負荷 ト ル ク に よ る電流 I と し て、 同一次元 オ ブザーバを構成する と 、 次の よ う に な る 。 実際 に検出 し 、 ォ ブザ一.バ 4 に入力す る も の はモ タ 電流 I と 位置 0 であ り 、 デ ィ ジ タル処理する為の同 次 元オ ブザー バは
    [0014] r 、
    [0015] 入 i
    [0016] ナ λ ζ 丁 I / 、ク こ こ で、 T は サ ン プ リ ング周期、 λ i , λ 2 , λ 5 は オ ブザ ー バの ゲ イ ン でぁ リ 、 推定値が真値に収束する た めの時間に反比例す る 。
    [0017] そ こ で、 こ れを マ イ ク ロ プロ セ ッ サで処理す る 為に上 記の オ ブザー バを下記のアルゴ リ ズムで実現す る 。
    [0018] - (1 )
    [0019] 第 3 図は こ の速度推定値 V を得る ため の情報処理を 説 明する 説明図 でぁ リ 、 第 3 図 （ a ) はモ ー タ 電流ルー プ の処理 レ ペル （ j ) を 、 第' 3 図 （ b ) は速度処理 レ ぺ レ ( m ) を それぞれ説明 し ている。
    [0020] 尚、 上記サ ン プ リ ン グ時間 T に き た ロ ー タ リ エ ン ゴ 一 ダか ら のパ ル ス数 を積箕する カ ウ ン タ を ハ一 ド ゥ エ ァ的に備え、 上記の場合は、 5 ステ ッ プ に推定誤差が 0 と な る よ う な オ ブザー バのゲ イ ン 人 丄 ， 2 ， λ 5 を予 め計算 し て与えてお く も の と する。
    [0021] 第 4 図 は モ ー タ 電流ル ー プ処理 レ ベル に おけ る ォ ブ ザ一バ 4 に よ る処理 の流れを示すも の で あ り 、 第 5 図 は 速度ルー プ処理の流れを示すも のであ る 。
    [0022] まず、 モー タ 電流ルー プについては、 ォ ブザ一バ 4 に 位置情報 j 及びモー タ電流 I mを取込み、 次い で 、 そ れ ら の積分 を 行 な う 。 次 に 、 前記 （ 1 ) 式 に基づい て、 位置推定情報 Δ 、 速度推定情報 、 ト ル ク 負 荷を示す電流推定情報 IUK÷ 1 を計算する 。 そ し て、 5 回 目 の処理がで き た ら 、 Vw+lを速度処理プ ロ グ ラ ム へ渡す よ う に する 。 こ の関係は第 3 図 （ a ) 及び第 3 図 （ b ) 力 ら明 らかで あ る 。
    [0023] 次に 、 速度ルー プ処理ほ第 5 図の フ ロ ーか ら 明 らか な よ う に 、 まず、 速度指今 V 5 mを取込み、 次い でそれ ら の積分 を行な う 。 次 に 、 そ の積分値に積分ゲ イ ン を 掛算 し 、 そ の積か ら速度推定情報 V 5 m と フ ィ ー ドバ ツ ク ゲ イ ン k 2 と の積 を減算 して ト ルク 指 4 U 5 m を得 る よ う に す る 。
    [0024] こ の よ う な オ ブザーバを用いた従来の速度制御は、 ォ ブ ザ ー，バ 4 で得 ら れ た速度推定値 V を 、 I 一 P コ ン ト ロ ー ラ の積分要素 Z S の入力側 と 、 比例要素 K 2 の そ れぞれ に フ ィ ー ド バ ッ ク し て い た 。 こ のた め、 ォ ブ ザーバの演算 に おい て桁落ち等に よ リ 速度推定値 に誤差 が生 じ る と 、 ト ル ク 指今 U に オ フ セ ッ ト 量が存在 し て正 確 な速度制御 が 出来 な い場合が あ る と い う 問題があ つ た。
    [0025] 本発明 ほ、 上記従来技術の問題点を解消 し 、 ォ ブザ ー バ で得 られる 速度推定値は I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ の比例要 素 に フ ィ ー ドバ ッ ク し 、 積分要素の入力側 に は 、 位置情 報そ の も の を フ ィ ー ドバ ッ ク し て、 精度の良い速度制御 方式を提供す る こ と を 目 的と する も ので あ る 。
    [0026] 発 明 の 開 示
    [0027] 术発明は、 機械負荷を翳動するサ一 ボ モー タ に取付け ら れ た ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報を フ ィ ー ド パ ッ ク し 、 該サ一 ポ モー タへの ト ル ク指令を生成する よ ラ に し た速度制御方式であ っ て、 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報 を I - P コ ン ト ロ ー ラ の積分要素 に フ ィ 一 ドパ ッ ク する と 共に 、 該位置情報と サ一 ボ モ ー タ の電流 と に基づい て速度を推定する オブザーバ を設け 、 該ォ ブ ザ一バ に おい ては負荷 ト ルク を速度推定値に含 ませ、 該 速度 推 定値 を 前記 I 一 P コ ン ト 口 一 7 の 比例要素 に フ ィ — ド ノく ッ ク し 、 I 一 P コ ン ト 口 一 ラ の出 力側 よ り サーボ モ ー タ への ト ル ク 指令情報を得る よ う に した速度 制御方式'であ る 。
    [0028] 図面の簡単な説明
    [0029] 第 1 図は太発明の概略のプ ロ ッ ク 図、 第 2 図は従来例 の ブ ロ ッ グ 図 、 第 3 図 は説明 図 、 第 4 図、 第 5 図は フ ロ ー チ ヤ 一 ト であ る 。
    [0030] 発明 を実施するための最良の形態 以下、 図に よ り *発明の一実施例について説明する 。 第 1 図は、 本癸明の概略のブロ ッ ク 図で あ る 。 末発明 に おいて は、 オ ブザー バ 4 で得 られた速度推定値 V を 、 I 一 P コ ン ト Q — ラ 6 の比例要素 K 2 に フ ィ ー ド ノ ッ ク し 、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダで得 られるモ 一 タ 5 の位置情報
    [0031] 0 は、 I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ 6 の積分要素 Κ 1 Z S の入力 側 に設けた演箕器 1 に フ ィ 一 ドバッ ク す る 。 そ の他の構 成は、 第 2 図の従来例 と 同 じであ る。
    [0032] こ の よ う に 、 オ ブザ ー バ 4 で得 ら れた速度推定値 V は 、 I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ の比例要素 K 2 に の み フ ィ ー ド バ ッ ク し 、 I 一 ！1 コ ン ト ロ ー ラ の 積分要素の入力側 に は、 位置情報 0 を フ ィ ー ドバ ッ ク してい る ため 、 ト ル ク 指令 U の オ フ セ ッ ト 量 を除去する こ と 力 で き る 。
    [0033] これは、 積分要素 に誤差信号が入力され る と 、 誤差信 号が積分'されて、 誤差が更に累積され、 積分要素の出 力 信号は誤差が増大 されて し ま う こ と があ る が、 本発明 に おいて は、 平均速度 と みな し得る 、 誤差の ない位置信号 を積分要素に フ ィ 一 ドバ ッ ク し てい る の で、 積分要素の 出力信号に誤差分が合まれない こ と と な る 。 な お、 比例 要素は、 積分要素に比較する と安定要素 と 考え られる の で上記の よ う な問題は生 じ ない。
    [0034] こ の発 ¾ を あ る程度詳細に そ の最も好 ま し い実施態様 に つい て説明 し たが、 そ の好ま しい実施態様の説明 ほ 、 構成の詳細な部分 に ついての変形、 請求の範囲 に記載 さ れた本発明の精神に 反 し ない限 り での種 々 な変形、 あ る いほ それ ら を 組み合せた もの に変更する こ と が で き る こ と は明 ら 力、な こ と で あ る 。
    [0035] 産業上の利用可能性
    [0036] 本発明 に よれば、 I 一 ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の 出力側で得 ら れ る ト ル ク 指令の オ フ セ ッ ト 量を除去す る の で 、 精度の 良い安定な速度制御 を行な う こ とができ る 。 こ のため 、 *発明 を産業用 ロ ポ ッ ト のアー ム駆動用 の モ ー タ 制御回 路 に用 いれば、 正確 な ア ー ム の位置制御が可能 と な る 。 こ の外、 工作機搣 の サ一 ボモー タ 回路に適用す る こ と も 9/8df/l〕d _
    [0037] ^ 9 ϋ-
    [0038] I
    [0039] 00
    [0040] I
    [0041]
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    C l ) モ ー タ に取付 け られた ロ ー タ リ ヱ ン コ 一 ダカ、 ら の 位置情報 を フ ィ 一 ド バ ッ ク し て該モー タ への ト ル ク 指令 を 生成す る 速度制御方式は次を含む ：
    ― タ リ ヱ ン コ 一 ダ カ ら の 位 置情報 を I 一 Ρ コ ン ト
    D ―.ラ の積分要素 に フ ィ ー ドバ ッ ク す る 手段 と ；
    該位置情報 と モ ー タ の電流 と に基づい て速度 を推定 す る ォ ブザ一 バ手段 と ；
    該 ォ ブザ ー バ手段か ら得 られ る速度推定値 を 、 前記 I 一 ： P コ ン ト ロ ー ラ の 比例要素に フ ィ 一 ド バ ッ ク す る 手段 と ί
    - Ρ コ ソ ト 口 一 ラ の 出 力 と 該速 度推定'値か ら 、 モ ー タ へ の ト ル ク 指令情報を演算す る 手段。
    ( 2 ) I — Ρ コ ン ト ロ ー ラ の積分要素の 出 力 と 該速度推 定値か ら 、 モ ー タ へ の ト ルク 指令情報を 演算す る こ と を 特徴 と す る 請求の範 囲第 （ 1 ) 項記載の速度制御方式。
    ( 3 ) 少 な く と も 、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダ か ら の位置情報 を I 一 ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の積分要素に フ ィ ー ド バ ッ ク す る 手段 と 、 該位置情報 と モ ー タ の電流 と に 基づい て速度 を 推定す る オ ブザー バ手段 と 、 該 オブザー バ手段か ら 得 ら れ る 速度推定値 を 、 前記 I - ： Ρ コ ン ト ロ ー ラ の比例要 素 に フ ィ ー ド、 バ ッ ク す る 手段 と 、 該 I 一 Ρ コ ン ト ロ ー ラ の 出 力 と 該速度推定値か ら 、 モ ー タ への ト ル ク 指今情報 を 演箕す る手段 をマ イ 口 コ ン ピ ュ ー タ よ リ な る 制御手段 に て構成する こ と を特徵 とする請求の範囲第 （ 1 ) 項記 載の速度制襌方式。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    Su et al.2006|A simple improved velocity estimation for low-speed regions based on position measurements only
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    KR880700348A|1988-02-22|
    EP0241563A1|1987-10-21|
    DE3683845D1|1992-03-19|
    EP0241563B1|1992-02-05|
    EP0241563B2|1995-05-24|
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    EP0241563A4|1988-05-10|
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    KR920002347B1|1992-03-21|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-04-23| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1987-04-23| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1987-06-09| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986906433 Country of ref document: EP |
    1987-10-21| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986906433 Country of ref document: EP |
    1992-02-05| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1986906433 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP60/231847||1985-10-17||
    JP60231847A|JPS6294249A|1985-10-17|1985-10-17|Speed controlling system|EP86906433A| EP0241563B2|1985-10-17|1986-10-17|Speed control system|
    DE8686906433A| DE3683845D1|1985-10-17|1986-10-17|Regelungssystem der geschwindigkeit.|
    KR8770521A| KR920002347B1|1985-10-17|1986-10-17|속도 제어 시스템|
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