モータ制御装置とその制御方法とその適用機械システム
【課題】簡単な構成で複数の振動を抑制することができるモータ制御装置とその制御方法とその適用機械システムを提供する。
【解決手段】位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部(1)と、速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部(2)と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部(3)と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部(6)と、第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部(7)と、第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部(5)と、を備えた。
【解決手段】位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部(1)と、速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部(2)と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部(3)と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部(6)と、第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部(7)と、第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部(5)と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、共振特性を有する機械を駆動するモータ制御装置とその制御方法をその適用機械システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の加速度フィードバックによる振動抑制制御は、単一の周波数で機械が振動していることを前提として制御を構築している(例えば、特許文献1参照)。
例えば、図3のような一軸スライダの可動テーブルから横方向に片持ち構造のアームをのばす機構がある。片持ちアームの先端に直接上向き(または下向き)にグリッパ等のエンドエフェクタを取り付けてワークを把持し搬送する機械では、片持ちアームの剛性が低くなるため、主として単一周波数の振動が発生する。
エンドエフェクタ付近でアームの移動方向に加速度ピックアップを取り付けて、アームの振動を検出し、電動機制御装置の速度指令に前記振動加速度の信号をフィードバックすることで、アームの振動を低減できることが古くから知られている。例えば、複数の機械間でワークを搬送する場合、取り付けスペースを削減する目的で前記一軸スライダを高所(機械の上方で、例えば天井付近)に設置する場合がある。この場合は、図4のように水平の片持ちアーム1に、さらに鉛直方向に片持ちアーム2を取り付けて、その下端にエンドエフェクタを取り付けることになる。この場合、一軸スライダの取り付け位置が高いため、片持ちアーム2がアーム1よりも極端に長くなることが多い。アーム1が短く剛性が高い場合は、アーム2の振動のみとなるので、アーム2の下端に加速度センサを取り付け、移動方向の振動を検出して、前述の電動機制御系の速度指令にフィードバックする従来技術が適用できる。
【0003】
しかしながら、実際は、コストダウン要求によりアーム1の剛性が低くなることが多く、また、アーム1は短くできないことが多い。このため、アーム1の固有振動を無視できなくなる。例えば、アーム2の固有振動数は3〜5Hzと非常に低く、アーム1も10〜15Hzと低いが、アーム2よりも高い。従って、アームをゆっくり動かせば、アーム1の振動の問題はでない。しかし、図4のような機械には、安価であると同時に高タクトタイムが求められる。この場合、機械剛性はそのままで動作のみ高速化することが多く、アーム1の振動抑制も行う必要がある。
【特許文献1】特開平10−100085
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の加速度フィードバックによる振動抑制方法では、単一の周波数で機械が振動していることを前提として、最大振幅が発生している箇所にセンサを取り付け、センサからの信号を制御ループにフィードバックして振動を抑制するという手順をとっているので、複数の振動が発生した場合には、加速度センサが複数の振動成分を検出するので、想定していなかった振動は抑制できないという問題があった。場合によっては想定していなかった周波数で制御ループがかえって発振するという問題もあった。
また、発生した周波数によっては、位相が逆になる場合もある。この場合、振動に対して、各々逆向きのフィードバックを行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で複数の振動を抑制することができるモータ制御装置とその制御方法とその適用機械システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項1記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部と、前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記Mは1であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記Nは2であることを特徴とするものである。
【0006】
請求項4記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクを駆動するモータ制御装置の制御方法において、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するステップと、前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するステップと、前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項5記載の発明は、請求項4記載のモータ制御装置の制御方法において、前記Mは1であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4記載のモータ制御装置の制御方法において、前記Nは2であることを特徴とするものである。
【0007】
請求項7記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えるモータ制御装置と、前記モータ制御装置に駆動されるモータと、前記モータに駆動され直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクと、からなる機械システムにおいて、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサと、を備え、前記モータ制御装置は、前記加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号の位相を補正して第2補正信号を生成する位相補正部と、前記第1補正信号を前記速度指令に加算し新たな速度指令を生成する加算部と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0008】
請求項1乃至3に記載の発明によると、N個直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制するモータ制御装置を提供することができる。
請求項4乃至6に記載の発明によると、N個直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制するモータ制御装置の制御方法を提供することができる。
請求項7に記載の発明によると、直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制する機械システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例1】
【0010】
図1は、本発明の機械システムとモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、1は位置制御部、2は速度制御部、3はモータ駆動部、4はモータ速度生成部、5は加減算部、6は係数部、7は位相補正部、8はモータ、9は位置検出器、10は機械、11は加速度センサ、50はモータ制御装置である。
次に動作について説明する。位置制御部1は位置指令とモータ位置の位置偏差に基づいて速度指令を生成し、速度制御部2は速度指令とモータ速度の速度偏差に基づいてトルク指令を生成し、モータ駆動部3はトルク指令に基づいてモータ8を駆動し、モータ8は機械10を駆動する。位置検出器9はモータ8に結合されモータ位置を生成する。モータ速度生成部4はモータ位置の時間差分を演算しモータ速度を生成する。機械10は2個のリンクで構成され、リンクはアームをジョイント接続して構成される。加速度センサ11は2個のアームの先端または振動部に取り付られ2個のアーム先端の加速度信号を生成する。係数部6は2個の加速度信号に係数を乗算し2個の第1補正信号を生成する。位相補正部7は、2個の第1補正信号の位相を補正し2個の第2補正信号を生成する。加減算部5は2個の第2補正信号を速度指令から減算する。
【0011】
図2は2個の弾性アームで構成されたリンクをボールねじで駆動する機械の例である。
この機械のシミュレーションによる動作波形を図5〜図7に示す。動作指令の加減速度を変えて動作させると、図2の第1弾性アーム24の先端で発生する振動は、図5の実線の波形と破線の波形となる。図中の実線は高加減速度で動作させた場合の波形であり、破線は低加減速度で動作させた場合の波形である。図6の実線は、図5の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1弾性アーム24の先端にのみ第1加速度センサ26を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図6の破線は、図5の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサ26に加えて第2弾性アーム25の先端に第2加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。また、図7の実線は、図5の高加減速度で動作させた場合と同条件で第1弾性アーム24先端にのみ加速度センサ26を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図7の破線は、図中の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて第2弾性アーム25の先端に第2加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。
【0012】
従来技術ではエンドエフェクタ40を、低加減速度で動作させる場合には、図5の破線のように低周波数の振動のみが発生する。従って、低周波数の振動を抑制すると図6の実線/破線ともエンドエフェクタ40は振動することなく動作する(本発明)。しかし、高タクトタイム化するために、動作指令を高加減速度とすると、低周波数の振動が発生する。低周波数の振動に対して加速度フィードバックによる振動抑制を行うと、図7の実線のように高周波数の振動が発生する。また、図示しないが、低周波数の振動を抑制するために加速度信号に乗算する係数を大きくした場合でも、高周波数の振動を誘起することがある。従来の手法では、動作指令の加減速度を下げるしかない。
一方、本発明は高周波数の振動が発生した箇所(図2の第2弾性アーム25)先端に加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をすることにより、図7の破線のように高周波数の振動も抑制することができる。そのため、従来技術と比較して高加減速度の動作指令でもエンドエフェクタ40が振動することなく動作させることができるため、高タクトタイム化を実現することができる。
【0013】
図5のシミュレーションによる動作波形より、元々エンドエフェクタ40の振動が収束するまで1秒以上かかっていた。低い指令加減速度に対しては、第1弾性アームだけでも加速度フィードバックを行うとエンドエフェクタ40の振動は900ms程度で目標値の1%以内に収束する(図6)。さらに、第2弾性アームに加速度フィードバックを行うと、高い指令加減速度に対して、第1弾性アームの加速度フィードバックのみの約900msに対して、450msと1/2の時間で目標値の1%以内に収束している。
また、第1弾性アームと第2弾性アームに発生する振動の周波数によっては、位相が逆になる場合もある。この場合、第1弾性アームと第2弾性アームの振動に対して、各々逆向きの補正を行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。
一方、本発明のように複数の加速度センサを用いて、ポジティブフィードバックにならないように複数の加速度信号の位相を補正して発生した振動をすべて抑制することができる。
【実施例2】
【0014】
図8は弾性体となり得るリンクは1箇所だが、振動モードとして1次と2次が問題になる機械の例である。動作指令の加減速度を変えて動作させると、図8の弾性アーム33で発生する振動は、図9中の実線の波形と破線の波形となる(シミュレーションによる動作波形)。各加速度センサの出力に係数をかけて速度制御部にフィードバックした場合のシミュレーションによる動作波形を図9〜図11に示す。図の実線は高加減速度で動作させた場合の波形であり、破線は低加減速度で動作させた場合の波形である。
図10の実線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で弾性アーム33の先端にのみ第1加速度センサ35を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図10の破線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて弾性アーム33の中程(2次モードの腹)に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。また、図11の実線は、図9の高加減速度で動作させた場合と同条件で弾性アーム33の先端にのみ第1加速度センサ35を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図11の破線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて弾性アーム33の中程(2次モードの腹)に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。
【0015】
図8のエンドエフェクタ40を、低加減速度で動作させる場合には、図9の破線のように低周波数(約6Hz)の振動のみが発生する。従って、低周波数の振動を抑制すると図10の実線/破線ともエンドエフェクタは振動することなく動作する。しかし、高タクトタイム化するために、動作指令を高加減速度とすると、低周波数の振動が大きくなる。低周波数の振動に対して加速度フィードバックによる振動抑制を行うと、図11の実線のように高周波数の振動(約12Hz)が発生する。また、図示しないが、低周波数の振動を抑制するために加速度補正を大きくした場合でも、高周波数の振動を誘起することがある。従来の手法では、動作指令の加減速度を下げるしかない。
一方、本発明では高周波数の振動が発生した箇所(図8中の弾性アーム15中程(2次モードの腹))に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をすることにより、図11の破線のように高周波数(約12Hz)の振動も抑制することができる。そのため、従来の手法と比較して高加減速度の動作指令でもエンドエフェクタ40が振動することなく動作させることができるため、高タクトタイム化を実現することができる。
例えば、図9のシミュレーションによる動作波形より、元々エンドエフェクタ40の振動が収束するまで1秒以上かかっていた。低い指令加減速度に対しては、図8の第1加速度センサだけによるだけでも加速度フィードバックを行うとエンドエフェクタ40の振動は900ms程度で目標値の1%以内に収束する(図10)。さらに、図8の第1加速度センサに加えて第2の加速度センサによる加速度フィードバックも行うと、高い指令加減速度に対して、第1の加速度センサによる加速度フィードバックのみの900msに対して、400msと1/2の時間で目標値の1%以内に収束している。
また、弾性アームに発生する振動モードによっては、位相が逆になる場合もある。この場合、各振動モードに対して、各々逆向きのフィードバックを行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。一方、本発明のように複数の加速度センサを用いて、ポジティブフィードバックにならないように複数の加速度信号の位相を補正して発生した振動をすべて抑制することができる。
【0016】
図12は本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。図12において、ステップST1では2個のリンクの先端に取り付けられた2個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成し、ステップST2では第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成し、ステップST3では第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する。
【実施例3】
【0017】
図1中の機械10をN個のリンクに拡張し、各リンクはアームをジョイント接続して構成される。図13において加速度センサ11もN個のアームの先端または振動部に取り付けられ、N個のアーム先端の加速度信号を生成する。位相補正部7は、N個の第1補正信号の位相を補正しN個の第2位相補正信号を生成する。加減算部5はN個の第2補正信号を速度指令から減算する。
第Nリンクと第N−1リンク間の動作はN=2の場合と同等なので、実施例1より演繹的にN個の周波数全ての振動を抑制することができる。
【実施例4】
【0018】
図8中の弾性アーム33で発生する振動モードがN次まで存在する場合、各振動モードの腹にN個の加速度センサを取り付け、図13に示すように各加速度信号に係数を乗算し、位相補正をすることにより、実施例2より演繹的にN個の周波数全ての振動を抑制することができる。
図14は本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。図14において、ステップST1ではN個のリンクの先端に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成し、ステップST2では第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成し、ステップST3では第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する。
【産業上の利用可能性】
【0019】
本発明は片持ち梁の構造をもつ機械に適用ができる。クレーンのワイヤー部分も長さによって複数次の振動モードが発生する。ワイヤーに一定間隔に加速度センサを取り付けておけば、実施例2と同じモデルと考えることが可能であるため、クレーンの振動抑制という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の機械システムとモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の第1の機械構成を示す概略図
【図3】従来例の機械モデルを説明する図
【図4】本発明の第1の機械モデルを説明する図
【図5】本発明を適用しない場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図6】本発明を実施して低い指令加減速度で動作させた場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図7】本発明を実施して高い指令加減速度で動作させた場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図8】本発明の第2の機械構成を示す概略図
【図9】本発明を実施しない場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図10】本発明を実施して低い指令加減速度で動作させた場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図11】本発明を実施して高い指令加減速度で動作させた場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図12】本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャート
【図13】本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図14】本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【0021】
1 位置制御部
2 速度制御部
3 モータ駆動部
4 モータ速度生成部
5 加減算部
6 係数部
7 位相補正部
8 モータ
9 位置検出器
10 機械
11 加速度センサ
22 機械駆動要素
23 可動テーブル
24 第1弾性アーム
25 第2弾性アーム
26 第1加速度センサ
27 第2過速度センサ
40 エンドエフェクタ
50 モータ制御装置
【技術分野】
【0001】
本発明は、共振特性を有する機械を駆動するモータ制御装置とその制御方法をその適用機械システムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の加速度フィードバックによる振動抑制制御は、単一の周波数で機械が振動していることを前提として制御を構築している(例えば、特許文献1参照)。
例えば、図3のような一軸スライダの可動テーブルから横方向に片持ち構造のアームをのばす機構がある。片持ちアームの先端に直接上向き(または下向き)にグリッパ等のエンドエフェクタを取り付けてワークを把持し搬送する機械では、片持ちアームの剛性が低くなるため、主として単一周波数の振動が発生する。
エンドエフェクタ付近でアームの移動方向に加速度ピックアップを取り付けて、アームの振動を検出し、電動機制御装置の速度指令に前記振動加速度の信号をフィードバックすることで、アームの振動を低減できることが古くから知られている。例えば、複数の機械間でワークを搬送する場合、取り付けスペースを削減する目的で前記一軸スライダを高所(機械の上方で、例えば天井付近)に設置する場合がある。この場合は、図4のように水平の片持ちアーム1に、さらに鉛直方向に片持ちアーム2を取り付けて、その下端にエンドエフェクタを取り付けることになる。この場合、一軸スライダの取り付け位置が高いため、片持ちアーム2がアーム1よりも極端に長くなることが多い。アーム1が短く剛性が高い場合は、アーム2の振動のみとなるので、アーム2の下端に加速度センサを取り付け、移動方向の振動を検出して、前述の電動機制御系の速度指令にフィードバックする従来技術が適用できる。
【0003】
しかしながら、実際は、コストダウン要求によりアーム1の剛性が低くなることが多く、また、アーム1は短くできないことが多い。このため、アーム1の固有振動を無視できなくなる。例えば、アーム2の固有振動数は3〜5Hzと非常に低く、アーム1も10〜15Hzと低いが、アーム2よりも高い。従って、アームをゆっくり動かせば、アーム1の振動の問題はでない。しかし、図4のような機械には、安価であると同時に高タクトタイムが求められる。この場合、機械剛性はそのままで動作のみ高速化することが多く、アーム1の振動抑制も行う必要がある。
【特許文献1】特開平10−100085
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の加速度フィードバックによる振動抑制方法では、単一の周波数で機械が振動していることを前提として、最大振幅が発生している箇所にセンサを取り付け、センサからの信号を制御ループにフィードバックして振動を抑制するという手順をとっているので、複数の振動が発生した場合には、加速度センサが複数の振動成分を検出するので、想定していなかった振動は抑制できないという問題があった。場合によっては想定していなかった周波数で制御ループがかえって発振するという問題もあった。
また、発生した周波数によっては、位相が逆になる場合もある。この場合、振動に対して、各々逆向きのフィードバックを行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で複数の振動を抑制することができるモータ制御装置とその制御方法とその適用機械システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項1記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部と、前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記Mは1であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、前記Nは2であることを特徴とするものである。
【0006】
請求項4記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクを駆動するモータ制御装置の制御方法において、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するステップと、前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するステップと、前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項5記載の発明は、請求項4記載のモータ制御装置の制御方法において、前記Mは1であることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項4記載のモータ制御装置の制御方法において、前記Nは2であることを特徴とするものである。
【0007】
請求項7記載の発明は、位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えるモータ制御装置と、前記モータ制御装置に駆動されるモータと、前記モータに駆動され直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクと、からなる機械システムにおいて、前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサと、を備え、前記モータ制御装置は、前記加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号の位相を補正して第2補正信号を生成する位相補正部と、前記第1補正信号を前記速度指令に加算し新たな速度指令を生成する加算部と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0008】
請求項1乃至3に記載の発明によると、N個直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制するモータ制御装置を提供することができる。
請求項4乃至6に記載の発明によると、N個直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制するモータ制御装置の制御方法を提供することができる。
請求項7に記載の発明によると、直列に接続された1〜M次の振動モードを持つリンクのすべての振動を抑制する機械システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例1】
【0010】
図1は、本発明の機械システムとモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、1は位置制御部、2は速度制御部、3はモータ駆動部、4はモータ速度生成部、5は加減算部、6は係数部、7は位相補正部、8はモータ、9は位置検出器、10は機械、11は加速度センサ、50はモータ制御装置である。
次に動作について説明する。位置制御部1は位置指令とモータ位置の位置偏差に基づいて速度指令を生成し、速度制御部2は速度指令とモータ速度の速度偏差に基づいてトルク指令を生成し、モータ駆動部3はトルク指令に基づいてモータ8を駆動し、モータ8は機械10を駆動する。位置検出器9はモータ8に結合されモータ位置を生成する。モータ速度生成部4はモータ位置の時間差分を演算しモータ速度を生成する。機械10は2個のリンクで構成され、リンクはアームをジョイント接続して構成される。加速度センサ11は2個のアームの先端または振動部に取り付られ2個のアーム先端の加速度信号を生成する。係数部6は2個の加速度信号に係数を乗算し2個の第1補正信号を生成する。位相補正部7は、2個の第1補正信号の位相を補正し2個の第2補正信号を生成する。加減算部5は2個の第2補正信号を速度指令から減算する。
【0011】
図2は2個の弾性アームで構成されたリンクをボールねじで駆動する機械の例である。
この機械のシミュレーションによる動作波形を図5〜図7に示す。動作指令の加減速度を変えて動作させると、図2の第1弾性アーム24の先端で発生する振動は、図5の実線の波形と破線の波形となる。図中の実線は高加減速度で動作させた場合の波形であり、破線は低加減速度で動作させた場合の波形である。図6の実線は、図5の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1弾性アーム24の先端にのみ第1加速度センサ26を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図6の破線は、図5の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサ26に加えて第2弾性アーム25の先端に第2加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。また、図7の実線は、図5の高加減速度で動作させた場合と同条件で第1弾性アーム24先端にのみ加速度センサ26を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図7の破線は、図中の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて第2弾性アーム25の先端に第2加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。
【0012】
従来技術ではエンドエフェクタ40を、低加減速度で動作させる場合には、図5の破線のように低周波数の振動のみが発生する。従って、低周波数の振動を抑制すると図6の実線/破線ともエンドエフェクタ40は振動することなく動作する(本発明)。しかし、高タクトタイム化するために、動作指令を高加減速度とすると、低周波数の振動が発生する。低周波数の振動に対して加速度フィードバックによる振動抑制を行うと、図7の実線のように高周波数の振動が発生する。また、図示しないが、低周波数の振動を抑制するために加速度信号に乗算する係数を大きくした場合でも、高周波数の振動を誘起することがある。従来の手法では、動作指令の加減速度を下げるしかない。
一方、本発明は高周波数の振動が発生した箇所(図2の第2弾性アーム25)先端に加速度センサ27を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をすることにより、図7の破線のように高周波数の振動も抑制することができる。そのため、従来技術と比較して高加減速度の動作指令でもエンドエフェクタ40が振動することなく動作させることができるため、高タクトタイム化を実現することができる。
【0013】
図5のシミュレーションによる動作波形より、元々エンドエフェクタ40の振動が収束するまで1秒以上かかっていた。低い指令加減速度に対しては、第1弾性アームだけでも加速度フィードバックを行うとエンドエフェクタ40の振動は900ms程度で目標値の1%以内に収束する(図6)。さらに、第2弾性アームに加速度フィードバックを行うと、高い指令加減速度に対して、第1弾性アームの加速度フィードバックのみの約900msに対して、450msと1/2の時間で目標値の1%以内に収束している。
また、第1弾性アームと第2弾性アームに発生する振動の周波数によっては、位相が逆になる場合もある。この場合、第1弾性アームと第2弾性アームの振動に対して、各々逆向きの補正を行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。
一方、本発明のように複数の加速度センサを用いて、ポジティブフィードバックにならないように複数の加速度信号の位相を補正して発生した振動をすべて抑制することができる。
【実施例2】
【0014】
図8は弾性体となり得るリンクは1箇所だが、振動モードとして1次と2次が問題になる機械の例である。動作指令の加減速度を変えて動作させると、図8の弾性アーム33で発生する振動は、図9中の実線の波形と破線の波形となる(シミュレーションによる動作波形)。各加速度センサの出力に係数をかけて速度制御部にフィードバックした場合のシミュレーションによる動作波形を図9〜図11に示す。図の実線は高加減速度で動作させた場合の波形であり、破線は低加減速度で動作させた場合の波形である。
図10の実線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で弾性アーム33の先端にのみ第1加速度センサ35を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図10の破線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて弾性アーム33の中程(2次モードの腹)に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。また、図11の実線は、図9の高加減速度で動作させた場合と同条件で弾性アーム33の先端にのみ第1加速度センサ35を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(従来技術)。一方、図11の破線は、図9の低加減速度で動作させた場合と同条件で第1加速度センサに加えて弾性アーム33の中程(2次モードの腹)に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をした場合の波形である(本発明)。
【0015】
図8のエンドエフェクタ40を、低加減速度で動作させる場合には、図9の破線のように低周波数(約6Hz)の振動のみが発生する。従って、低周波数の振動を抑制すると図10の実線/破線ともエンドエフェクタは振動することなく動作する。しかし、高タクトタイム化するために、動作指令を高加減速度とすると、低周波数の振動が大きくなる。低周波数の振動に対して加速度フィードバックによる振動抑制を行うと、図11の実線のように高周波数の振動(約12Hz)が発生する。また、図示しないが、低周波数の振動を抑制するために加速度補正を大きくした場合でも、高周波数の振動を誘起することがある。従来の手法では、動作指令の加減速度を下げるしかない。
一方、本発明では高周波数の振動が発生した箇所(図8中の弾性アーム15中程(2次モードの腹))に第2加速度センサ36を取付け、加速度信号に係数を乗算し位相補正をすることにより、図11の破線のように高周波数(約12Hz)の振動も抑制することができる。そのため、従来の手法と比較して高加減速度の動作指令でもエンドエフェクタ40が振動することなく動作させることができるため、高タクトタイム化を実現することができる。
例えば、図9のシミュレーションによる動作波形より、元々エンドエフェクタ40の振動が収束するまで1秒以上かかっていた。低い指令加減速度に対しては、図8の第1加速度センサだけによるだけでも加速度フィードバックを行うとエンドエフェクタ40の振動は900ms程度で目標値の1%以内に収束する(図10)。さらに、図8の第1加速度センサに加えて第2の加速度センサによる加速度フィードバックも行うと、高い指令加減速度に対して、第1の加速度センサによる加速度フィードバックのみの900msに対して、400msと1/2の時間で目標値の1%以内に収束している。
また、弾性アームに発生する振動モードによっては、位相が逆になる場合もある。この場合、各振動モードに対して、各々逆向きのフィードバックを行わないと、どちらかの振動に対してはポジティブフィードバックとなるため、振動が大きくなってしまう。すなわち、位相が逆の振動が複数発生した場合、1箇所だけの加速度検出では、振動を抑制することができない。一方、本発明のように複数の加速度センサを用いて、ポジティブフィードバックにならないように複数の加速度信号の位相を補正して発生した振動をすべて抑制することができる。
【0016】
図12は本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。図12において、ステップST1では2個のリンクの先端に取り付けられた2個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成し、ステップST2では第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成し、ステップST3では第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する。
【実施例3】
【0017】
図1中の機械10をN個のリンクに拡張し、各リンクはアームをジョイント接続して構成される。図13において加速度センサ11もN個のアームの先端または振動部に取り付けられ、N個のアーム先端の加速度信号を生成する。位相補正部7は、N個の第1補正信号の位相を補正しN個の第2位相補正信号を生成する。加減算部5はN個の第2補正信号を速度指令から減算する。
第Nリンクと第N−1リンク間の動作はN=2の場合と同等なので、実施例1より演繹的にN個の周波数全ての振動を抑制することができる。
【実施例4】
【0018】
図8中の弾性アーム33で発生する振動モードがN次まで存在する場合、各振動モードの腹にN個の加速度センサを取り付け、図13に示すように各加速度信号に係数を乗算し、位相補正をすることにより、実施例2より演繹的にN個の周波数全ての振動を抑制することができる。
図14は本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。図14において、ステップST1ではN個のリンクの先端に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成し、ステップST2では第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成し、ステップST3では第2補正信号を速度指令から減算し新たな速度指令を生成する。
【産業上の利用可能性】
【0019】
本発明は片持ち梁の構造をもつ機械に適用ができる。クレーンのワイヤー部分も長さによって複数次の振動モードが発生する。ワイヤーに一定間隔に加速度センサを取り付けておけば、実施例2と同じモデルと考えることが可能であるため、クレーンの振動抑制という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の機械システムとモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明の第1の機械構成を示す概略図
【図3】従来例の機械モデルを説明する図
【図4】本発明の第1の機械モデルを説明する図
【図5】本発明を適用しない場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図6】本発明を実施して低い指令加減速度で動作させた場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図7】本発明を実施して高い指令加減速度で動作させた場合の第1の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図8】本発明の第2の機械構成を示す概略図
【図9】本発明を実施しない場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図10】本発明を実施して低い指令加減速度で動作させた場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図11】本発明を実施して高い指令加減速度で動作させた場合の第2の機械構成のエンドエフェクタの位置を示す図
【図12】本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャート
【図13】本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図14】本発明のモータ制御装置の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【0021】
1 位置制御部
2 速度制御部
3 モータ駆動部
4 モータ速度生成部
5 加減算部
6 係数部
7 位相補正部
8 モータ
9 位置検出器
10 機械
11 加速度センサ
22 機械駆動要素
23 可動テーブル
24 第1弾性アーム
25 第2弾性アーム
26 第1加速度センサ
27 第2過速度センサ
40 エンドエフェクタ
50 モータ制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項1】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、
前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部と、
前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
前記Mは1であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記Nは2であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項4】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクを駆動するモータ制御装置の制御方法において、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するステップと、
前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するステップと、
前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成するステップと、
を備えることを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
【請求項5】
前記Mは1であることを特徴とする請求項4記載のモータ制御装置の制御方法。
【請求項6】
前記Nは2であることを特徴とする請求項4記載のモータ制御装置の制御方法。
【請求項7】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えるモータ制御装置と、
前記モータ制御装置に駆動されるモータと、
前記モータに駆動され直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクと、
からなる機械システムにおいて、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサと、を備え、
前記モータ制御装置は、前記加速度信号にゲインを乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号の位相を補正して第2補正信号を生成する位相補正部と、前記第1補正信号を前記速度指令に加算し新たな速度指令を生成する加算部と、
を備えることを特徴とする機械システム。
【請求項1】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、1〜M次の振動モードをもつN個のリンクからなる機械を駆動するモータ制御装置において、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、
前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するN個の位相補正部と、
前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成する加減算部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
前記Mは1であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記Nは2であることを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項4】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備え、直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクを駆動するモータ制御装置の制御方法において、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサの加速度信号に係数を乗じて第1補正信号を生成するステップと、
前記第1補正信号を位相補正して第2補正信号を生成するステップと、
前記第2補正信号を前記速度指令から減算し新たな速度指令を生成するステップと、
を備えることを特徴とするモータ制御装置の制御方法。
【請求項5】
前記Mは1であることを特徴とする請求項4記載のモータ制御装置の制御方法。
【請求項6】
前記Nは2であることを特徴とする請求項4記載のモータ制御装置の制御方法。
【請求項7】
位置指令とモータ位置に基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度に基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えるモータ制御装置と、
前記モータ制御装置に駆動されるモータと、
前記モータに駆動され直列に接続され1〜M次の振動モードをもつN個のリンクと、
からなる機械システムにおいて、
前記N個のリンクの先端または振動節部に取り付けられたN個の加速度センサと、を備え、
前記モータ制御装置は、前記加速度信号にゲインを乗じて第1補正信号を生成するN個の係数部と、前記第1補正信号の位相を補正して第2補正信号を生成する位相補正部と、前記第1補正信号を前記速度指令に加算し新たな速度指令を生成する加算部と、
を備えることを特徴とする機械システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2009−159774(P2009−159774A)
【公開日】平成21年7月16日(2009.7.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−337373(P2007−337373)
【出願日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【出願人】(000006622)株式会社安川電機 (2,482)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年7月16日(2009.7.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年12月27日(2007.12.27)
【出願人】(000006622)株式会社安川電機 (2,482)
【Fターム(参考)】
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