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JP6871022B2 - Motor control system - Google Patents

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JP6871022B2
JP6871022B2 JP2017040409A JP2017040409A JP6871022B2 JP 6871022 B2 JP6871022 B2 JP 6871022B2 JP 2017040409 A JP2017040409 A JP 2017040409A JP 2017040409 A JP2017040409 A JP 2017040409A JP 6871022 B2 JP6871022 B2 JP 6871022B2
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顯之 長谷川
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Description

本発明は、モータ制御システムに関する。 The present invention relates to a motor control system.

近年、例えばロボットアームを構成するリンクを高精度に駆動するため、ロボットアームの関節部にサーボモータが採用されている。ここで、モータによって駆動されるリンク等の負荷部材は、ギヤ等の低剛性部材を介してモータに連結されているため、モータ及び負荷部材のイナーシャ(慣性モーメント)によって共振が発生する。そのため、共振周波数以上には制御帯域を広げることができないという問題があった。 In recent years, for example, in order to drive a link constituting a robot arm with high accuracy, a servomotor has been adopted for a joint portion of the robot arm. Here, since the load member such as the link driven by the motor is connected to the motor via a low-rigidity member such as a gear, resonance occurs due to the inertia (moment of inertia) of the motor and the load member. Therefore, there is a problem that the control band cannot be expanded beyond the resonance frequency.

このような問題に対し、特許文献1には、モータ軸の回転角θを検出するエンコーダに加え、モータによって駆動される負荷部材に固定された出力軸の回転角θを検出するエンコーダを備えたモータ制御システムが開示されている。特許文献1では、2つのエンコーダによって検出されたモータ軸回転角θと出力軸回転角θとに基づいて、自己共振相殺制御(SRC:Self Resonance Cancellation control)用の仮想回転角θSRCを生成し、この仮想回転角θSRCをフィードバックすることにより、共振の発生を抑制している。 To solve such a problem, Patent Document 1 includes an encoder that detects the rotation angle θ M of the motor shaft and an encoder that detects the rotation angle θ L of the output shaft fixed to the load member driven by the motor. The provided motor control system is disclosed. In Patent Document 1, a virtual rotation angle θ SRC for self resonance cancellation control (SRC) is obtained based on the motor shaft rotation angle θ M and the output shaft rotation angle θ L detected by the two encoders. The generation is generated and the virtual rotation angle θ SRC is fed back to suppress the occurrence of resonance.

特開2014−164498号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-164498

発明者らは、モータ制御システムに関して以下の問題を見出した。
特許文献1に開示されたモータ制御システムでは、出力軸回転角θを検出するためのエンコーダを設けるため、モータ制御システムの構成が大型化する上、製造コストが上昇してしまう。また、特許文献1に開示されたモータ制御システムは、モータトルクの制御には適用することができない。
The inventors have found the following problems with respect to the motor control system.
In the motor control system disclosed in Patent Document 1, since an encoder for detecting the output shaft rotation angle θ L is provided, the configuration of the motor control system becomes large and the manufacturing cost increases. Further, the motor control system disclosed in Patent Document 1 cannot be applied to control the motor torque.

他方、出力軸回転角θを検出するエンコーダを設けることなく、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクを用いてモータトルクをフィードバック制御する手法が知られている。しかしながら、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクを単純にフィードバックしてモータトルクを制御するだけでは、上述の共振の発生を抑制することができない。 On the other hand, there is known a method of feedback-controlling the motor torque using the shaft torsional torque detected by the torque sensor without providing an encoder for detecting the output shaft rotation angle θ L. However, the occurrence of the above-mentioned resonance cannot be suppressed by simply feeding back the shaft torsional torque detected by the torque sensor to control the motor torque.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクを用いてモータトルクをフィードバック制御しつつ、共振の発生を抑制可能なモータ制御システムを提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a motor control system capable of suppressing the occurrence of resonance while feedback-controlling the motor torque using the shaft torsional torque detected by the torque sensor. It is a thing.

本発明の一態様に係るモータ制御システムは、
モータと、
前記モータのモータ軸と、前記モータによって駆動される負荷部材に固定された出力軸との間の軸ねじれトルクを検出するトルクセンサと、
前記モータのモータトルクを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、
前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクと、出力した前記モータトルクとに基づいて、共振が相殺された仮想トルクを生成する仮想トルク生成部を有し、
前記仮想トルクをフィードバックすることより、前記モータトルクを制御するものである。
The motor control system according to one aspect of the present invention is
With the motor
A torque sensor that detects the shaft torsional torque between the motor shaft of the motor and the output shaft fixed to the load member driven by the motor, and
A motor control unit that controls the motor torque of the motor is provided.
The motor control unit
It has a virtual torque generator that generates a virtual torque whose resonance is canceled out based on the shaft torsion torque detected by the torque sensor and the output motor torque.
The motor torque is controlled by feeding back the virtual torque.

本発明の一態様に係るモータ制御システムでは、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクと、出力したモータトルクとに基づいて、共振が相殺された仮想トルクを生成し、当該仮想トルクをフィードバックすることより、前記モータトルクを制御する。すなわち、モータトルクのフィードバック制御に、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクの共振成分を低減させた仮想トルクを使用しているため、共振の発生を抑制することができる。 In the motor control system according to one aspect of the present invention, a virtual torque whose resonance is canceled is generated based on the shaft torsion torque detected by the torque sensor and the output motor torque, and the virtual torque is fed back. Therefore, the motor torque is controlled. That is, since the virtual torque in which the resonance component of the shaft torsional torque detected by the torque sensor is reduced is used for the feedback control of the motor torque, the occurrence of resonance can be suppressed.

前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクと、出力した前記モータトルクから当該軸ねじれトルクを減じたトルクとを、所定の比率で重み付けして足し合わせることによって、前記仮想トルクを生成してもよい。このような構成により、設計が容易になる。 Even if the virtual torque is generated by weighting the shaft torsional torque detected by the torque sensor and the torque obtained by subtracting the shaft torsional torque from the output motor torque by a predetermined ratio and adding them together. Good. Such a configuration facilitates design.

前記モータ制御部は、前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクが入力されるローパスフィルタと、前記仮想トルクが入力されるハイパスフィルタと、をさらに有し、前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタから出力されたトルク信号をフィードバックすることより、前記モータトルクを制御してもよい。このような構成により、低い周波数における追従性を向上させることができる。 The motor control unit further includes a low-pass filter into which the shaft torsional torque detected by the torque sensor is input and a high-pass filter in which the virtual torque is input, and outputs from the low-pass filter and the high-pass filter. The motor torque may be controlled by feeding back the generated torque signal. With such a configuration, the followability at a low frequency can be improved.

本発明により、トルクセンサによって検出された軸ねじれトルクを用いてモータトルクをフィードバック制御しつつ、共振の発生を抑制可能なモータ制御システムを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a motor control system capable of suppressing the occurrence of resonance while feedback-controlling the motor torque using the shaft torsional torque detected by the torque sensor.

第1の実施形態に係るモータ制御システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the motor control system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るモータ制御システムの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the motor control system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態の比較例に係るモータ制御システムの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the motor control system which concerns on the comparative example of 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るモータ制御システムの詳細な制御ブロック図である。It is a detailed control block diagram of the motor control system which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るモータ制御システムの詳細な制御ブロック図である。It is a detailed control block diagram of the motor control system which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
なお、「共振が相殺された」とは、共振が完全に相殺された場合のみではなく、共振が一部残存している場合も含む。
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, in order to clarify the explanation, the following description and drawings have been simplified as appropriate.
The term "resonance is canceled" includes not only the case where the resonance is completely canceled but also the case where a part of the resonance remains.

(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。
図1は、第1の実施形態に係るモータ制御システムを示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係るモータ制御システム1は、モータMT、減速機RD、モータ軸回転角センサAS、トルクセンサTS、モータ制御部MCを備えている。減速機RDを介して、モータMTによって負荷部材であるリンクLNが駆動される。
本実施形態に係るモータ制御システム1は、例えばロボットアームを構成するリンクLNを駆動するため、ロボットアームの関節部に設けられたサーボモータの制御システムである。
(First Embodiment)
First, the motor control system according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a motor control system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the motor control system 1 according to the present embodiment includes a motor MT, a speed reducer RD, a motor shaft rotation angle sensor AS, a torque sensor TS, and a motor control unit MC. The link LN, which is a load member, is driven by the motor MT via the speed reducer RD.
The motor control system 1 according to the present embodiment is, for example, a servomotor control system provided at a joint portion of the robot arm in order to drive a link LN constituting the robot arm.

モータMTは、例えばAC(交流)サーボモータである。モータMTは、モータ制御部MCから出力された制御信号ctrに基づいて駆動する。制御信号ctrは、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
モータMTは、モータMTを流れる三相交流電流(以下、モータ電流)I、I、Iを検出する電流センサCSを内部に備えている。電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、Iは、モータ制御部MCにフィードバックされる。
なお、図1には、モータMTが発揮する駆動力によってモータ軸に作用するトルクすなわちモータトルクTも示されている。
The motor MT is, for example, an AC (alternating current) servomotor. The motor MT is driven based on the control signal ctr output from the motor control unit MC. The control signal ctr is, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
The motor MT internally includes a current sensor CS that detects three-phase AC currents (hereinafter referred to as motor currents) I u , I v , and I w flowing through the motor MT. The motor currents I u , I v , and I w detected by the current sensor CS are fed back to the motor control unit MC.
Incidentally, in FIG. 1 also shows the torque i.e. the motor torque T M acting on the motor shaft by the driving force by the motor MT is exhibited.

減速機RDは、例えば波動歯車装置であって、モータMTのモータ軸とリンクLNに固定された出力軸との間に設けられている。減速機RDは、モータMTのモータ軸の回転速度を1/r(r:減速比)に減じて、リンクLNに固定された出力軸に伝達する。 The speed reducer RD is, for example, a wave gear device, and is provided between the motor shaft of the motor MT and the output shaft fixed to the link LN. The speed reducer RD reduces the rotation speed of the motor shaft of the motor MT to 1 / r (r: reduction ratio) and transmits it to the output shaft fixed to the link LN.

トルクセンサTSは、モータMTのモータ軸とリンクLNに固定された出力軸との間の軸ねじれトルクTを検出する。軸ねじれトルクTは、例えばトルクセンサTSのひずみゲージによって測定された歪量Sと歪計測部の剛性係数Kstrainとの積S・Kstrainである。トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTは、モータ制御部MCに入力される。 The torque sensor TS detects the torsional torque T S between the output shaft which is fixed to the motor shaft and the link LN of the motor MT. Torsional torque T S is, for example, the product S · K strain of stiffness coefficient K strain of the strain amount S and the distortion measuring unit measured by the strain gauge torque sensor TS. Torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS is input to the motor control unit MC.

なお、トルクセンサTSは、ひずみゲージ式に限らず、薄膜式や磁歪式など、どのような方式であってもよい。また、図1には、リンクLNが外部の物体に接触するなどの外乱によって出力軸に作用する負荷トルクTと、リンクLNに固定された出力軸の回転角すなわち出力軸回転角θも示されている。 The torque sensor TS is not limited to the strain gauge type, and may be any type such as a thin film type or a magnetostrictive type. Further, in FIG. 1, the load torque TL acting on the output shaft due to disturbance such as the link LN coming into contact with an external object and the rotation angle of the output shaft fixed to the link LN, that is, the output shaft rotation angle θ L are also shown. It is shown.

モータ軸回転角センサASは、モータMTのモータ軸の回転角すなわちモータ軸回転角θを検出するエンコーダである。モータ軸回転角センサASによって検出されたモータ軸回転角θは、モータ制御部MCに入力される。 The motor shaft rotation angle sensor AS is an encoder that detects the rotation angle of the motor shaft of the motor MT, that is, the rotation angle θ M of the motor shaft. The motor shaft rotation angle θ M detected by the motor shaft rotation angle sensor AS is input to the motor control unit MC.

モータ制御部MCは、図示されていない上位制御部から取得した軸ねじれトルク目標値T ref、電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、I、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクT、及びモータ軸回転角センサASによって検出されたモータ軸回転角θに基づいて、モータMTを制御する。 The motor control unit MC is torsional torque target value T S ref acquired from the host controller (not shown), the motor current I u detected by the current sensor CS, I v, I w, which is detected by the torque sensor TS torsional torque T S, and based on the motor shaft rotation angle theta M detected by the motor shaft rotation angle sensor AS, controls the motor MT.

図1に示していないが、モータ制御部MCは、例えばCPU(Central Processing Unit)などの演算部と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの記憶部と、を備えている。 Although not shown in FIG. 1, the motor control unit MC includes, for example, a calculation unit such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) in which various control programs and data are stored, and a ROM (Read Only Memory). It is equipped with a storage unit such as.

さらに、モータ制御部MCは、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTと、モータトルクTとに基づいて、自己共振相殺制御(SRC:Self Resonance Cancellation Control)用のSRC仮想トルクTSRCを生成し、このSRC仮想トルクTSRCをフィードバックすることにより、共振の発生を抑制している。
SRC仮想トルクTSRCを生成するためのモータトルクTとしては、モータ制御部MCが生成するトルク指令値を使用することができる。あるいは、モータトルクTとして、電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、Iから求めた実測値を用いてもよい。
Furthermore, the motor controller MC includes a torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, based on the motor torque T M, the self-resonance cancellation control (SRC: Self Resonance Cancellation Control) for the SRC virtual torque T SRC Is generated and the SRC virtual torque T SRC is fed back to suppress the occurrence of resonance.
The motor torque T M for generating SRC virtual torque T SRC, may be used a torque command value generated by the motor controller MC. Alternatively, as the motor torque T M, the motor current detected by the current sensor CS I u, I v, it may be used the measured value obtained from I w.

ここで、図2を参照して、モータ制御部MCによるモータトルクTのフィードバック制御について詳細に説明する。図2は、第1の実施形態に係るモータ制御システムの制御ブロック図である。図2において、sは微分、1/sは積分を意味する。簡略化のため、図2においてギヤ比rは省略されている。換言すると、図2は、ギヤ比r=1の場合について示している。 Referring now to FIG. 2, it will be described in detail feedback control of the motor torque T M by the motor control unit MC. FIG. 2 is a control block diagram of the motor control system according to the first embodiment. In FIG. 2, s means derivative and 1 / s means integral. For simplification, the gear ratio r is omitted in FIG. In other words, FIG. 2 shows the case where the gear ratio r = 1.

図2に示すように、本実施形態に係るモータ制御システムでは、モータMTとリンクLNとの間のねじれ角とねじれ剛性Kとの積を軸ねじれトルクTとして、図1に示したトルクセンサTSによって検出している。図2の例では、ねじれ角は、モータ軸回転角θと出力軸回転角θとの差θ−θである。なお、ギヤ比rを考慮すると、ねじれ角は、θ−r・θである。 As shown in FIG. 2, the motor control system according to the present embodiment, a torque sensor showing the product of the twist angle and the torsional rigidity K between the motor MT and the link LN as torsional torque T S, in Figure 1 Detected by TS. In the example of FIG. 2, the twist angle is the difference theta M - [theta] L of the motor shaft rotation angle theta M and the output shaft rotation angle theta L. It should be noted that, in consideration of the gear ratio r, the twist angle is θ M -r · θ L.

図2に示すように、モータMTのモータ軸には、モータトルクTから軸ねじれトルクTを減じたT−Tが作用する。そのため、図2からモータMTにおける回転の運動方程式は、モータMTの慣性モーメントJ、粘性摩擦係数Bを用いて、次式(1)によって表すことができる。

Figure 0006871022
As shown in FIG. 2, the motor shaft of the motor MT, T M -T S from the motor torque T M obtained by subtracting the torsional torque T S acts. Therefore, the equation of motion of the rotation of the motor MT from 2, the moment of inertia J M of the motor MT, by using the viscous friction coefficient B M, can be expressed by the following equation (1).
Figure 0006871022

また、図2に示すように、リンクLNに固定された出力軸には、負荷トルクTに軸ねじれトルクTを加えたT+Tが作用する。そのため、図2からリンクLNにおける回転の運動方程式は、リンクLNの慣性モーメントJ、粘性摩擦係数Bを用いて、次式(2)によって表すことができる。

Figure 0006871022
Further, as shown in FIG. 2, the output shaft fixed to the link LN, it was added torsional torque T S to the load torque T L T L + T S acts. Therefore, from FIG. 2, the equation of motion of rotation in the link LN can be expressed by the following equation (2) using the moment of inertia J L of the link LN and the viscous friction coefficient BL.
Figure 0006871022

図2に示すように、モータ制御部MCは、SRC仮想トルク生成部11、補償器12を備えている。
SRC仮想トルク生成部11は、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTと、補償器12から出力されたモータトルクTの指令値とに基づいて、SRC仮想トルクTSRCを生成する。このSRC仮想トルクTSRCは、共振が相殺された仮想トルクである。換言すると、SRC仮想トルクTSRCは、共振成分をほとんど含まないモータトルクTを用いて、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTの共振成分を低減させた仮想的なトルク信号である。なお、SRC仮想トルク生成部11に入力されるモータトルクTとして、電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、Iから求めた実測値を用いてもよい。
As shown in FIG. 2, the motor control unit MC includes an SRC virtual torque generation unit 11 and a compensator 12.
SRC virtual torque generating unit 11, based on the torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, a command value of the motor torque T M output from the compensator 12 to generate the SRC virtual torque T SRC. This SRC virtual torque T SRC is a virtual torque in which resonance is offset. In other words, SRC virtual torque T SRC, using the motor torque T M containing little resonance component is the virtual torque signal with reduced resonance component of torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS .. Incidentally, as the motor torque T M is input to the SRC virtual torque generator 11, the motor current detected by the current sensor CS I u, I v, it may be used the measured value obtained from I w.

補償器12には、軸ねじれトルク目標値T refからSRC仮想トルクTSRCを減じた信号T ref−TSRCが入力される。補償器12は、入力された信号T ref−TSRCからモータトルクTの指令値を生成する。補償器12から出力されたモータトルクTの指令値に基づいてモータMTが駆動されると共に、補償器12から出力されたモータトルクTの指令値がSRC仮想トルク生成部11にフィードバックされる。 The compensator 12, signal T S ref -T SRC obtained by subtracting the SRC virtual torque T SRC from torsional torque target value T S ref is input. Compensator 12 generates a command value of the motor torque T M from the input signal T S ref -T SRC. The motor MT is driven, the command value of the motor torque T M output from the compensator 12 is fed back to the SRC virtual torque generating unit 11 based on the command value of the motor torque T M output from the compensator 12 ..

ここで、図3は、第1の実施形態の比較例に係るモータ制御システムの制御ブロック図である。図3に示すように、比較例に係るモータ制御システムにおいても、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTをモータ制御部MCにフィードバックして、モータトルクTを制御している。 Here, FIG. 3 is a control block diagram of the motor control system according to the comparative example of the first embodiment. As shown in FIG. 3, in the motor control system according to the comparative example, by feeding back the torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS in the motor controller MC, and controls the motor torque T M.

しかしながら、比較例に係るモータ制御システムでは、モータ制御部MCが、SRC仮想トルクTSRCを生成するSRC仮想トルク生成部11を備えていない。そして、補償器12には、軸ねじれトルク目標値T refから単純に軸ねじれトルクTを減じた信号T ref−Tが入力される。補償器12は、入力された信号T ref−TからモータトルクTの指令値を生成する。このように、比較例に係るモータ制御システムでは、モータトルクTのフィードバック制御に、共振成分を含む軸ねじれトルクTをそのまま使用しているため、共振の発生を抑制することができない。 However, in the motor control system according to the comparative example, the motor control unit MC does not include the SRC virtual torque generation unit 11 that generates the SRC virtual torque T SRC. Then, the compensator 12, signal T S ref -T S that simply subtracting the torsional torque T S from torsional torque target value T S ref is input. Compensator 12 generates a command value of the motor torque T M from the signal T S ref -T S entered. Thus, in the motor control system according to the comparative example, the feedback control of the motor torque T M, since the accept the torsional torque T S including the resonance component, can not be suppressed the occurrence of resonance.

これに対し、本実施形態に係るモータ制御システムでは、図2に示すように、モータ制御部MCが、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTと、モータトルクTとに基づいて、共振が相殺されたSRC仮想トルクTSRCを生成するSRC仮想トルク生成部11を備えている。そして、モータトルクTのフィードバック制御に、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTの共振成分を低減させたSRC仮想トルクTSRCを使用しているため、共振の発生を抑制することができる。すなわち、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTを用いてモータトルクTをフィードバック制御しつつ、共振の発生を抑制することができる。その結果、制御帯域を広げることができる。 In contrast, in the motor control system according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the motor controller MC includes a torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, based on the motor torque T M, The SRC virtual torque generation unit 11 for generating the SRC virtual torque T SRC whose resonances are offset is provided. Then, the feedback control of the motor torque T M, due to the use of SRC virtual torque T SRC with reduced resonance component of torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, is possible to suppress the occurrence of resonance it can. That is, while the feedback control of the motor torque T M with torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, it is possible to suppress the occurrence of resonance. As a result, the control band can be expanded.

次に、図4を参照して、本実施形態に係るモータ制御システムにおけるモータ制御部MCの詳細な構成について説明する。図4は、第1の実施形態に係るモータ制御システムの詳細な制御ブロック図である。図4では、図2に比べ、SRC仮想トルク生成部11の構成がより詳細に示されている。図4に示すように、本実施形態に係るSRC仮想トルク生成部11は、重み乗算器111、112を備えている。 Next, with reference to FIG. 4, a detailed configuration of the motor control unit MC in the motor control system according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a detailed control block diagram of the motor control system according to the first embodiment. In FIG. 4, the configuration of the SRC virtual torque generation unit 11 is shown in more detail as compared with FIG. As shown in FIG. 4, the SRC virtual torque generation unit 11 according to the present embodiment includes weight multipliers 111 and 112.

重み乗算器111は、リンクLNに固定された出力軸に作用するトルクTに重み係数αを乗じる乗算器である。ここで、外乱によって出力軸に作用する負荷トルクTは無視している。一方、重み乗算器112は、モータMTのモータ軸に作用するトルクT−Tに重み係数1−αを乗じる乗算器である。重み乗算器111から出力されるα・Tと、重み乗算器112から出力される(1−α)(T−T)と、を足し合わせることによって、SRC仮想トルクTSRCが生成される。 Weight multiplier 111, a multiplier for multiplying the weight coefficient α on the torque T S that acts on the output shaft fixed to the link LN. Here, the load torque TL acting on the output shaft due to the disturbance is ignored. On the other hand, weight multiplier 112, a multiplier for multiplying the weighting factor 1-alpha in the torque T M -T S that acts on the motor shaft of the motor MT. And alpha · T S outputted from the weight multiplier 111, and is outputted from the weight multiplier 112 (1-α) (T M -T S), by adding the, SRC virtual torque T SRC is generated To torque.

すなわち、SRC仮想トルクTSRCは、次式(3)によって表すことができる。

Figure 0006871022
That is, the SRC virtual torque T SRC can be expressed by the following equation (3).
Figure 0006871022

このように、SRC仮想トルクTSRCを決定する際、リンクLNに固定された出力軸に作用するTと、モータMTのモータ軸に作用するT−Tとの比率を重み係数αの値によって直接決定することができるため、設計が容易である。また、本実施形態に係るモータ制御システムにおいて、設計者が設定すべきパラメータは、重み係数αの1つのみである。 Thus, in determining the SRC virtual torque T SRC, of the T S that acts on the output shaft fixed to the link LN, weighting coefficient the ratio of T M -T S that acts on the motor shaft of the motor MT alpha Design is easy because it can be determined directly by the value. Further, in the motor control system according to the present embodiment, the parameter to be set by the designer is only one of the weighting coefficient α.

ここで、重み係数αの値は、0≦α<0.5又は0.5<α<1である。
α=0.5の場合、TSRC=Tとなり、SRC仮想トルクTSRCがトルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTを含まないため、α=0.5は除外される。また、α=0.5の場合、共振成分が完全に除去されているため、共振を抑制することができない。他方、共振成分が完全に除去されるα=0.5は、重み係数αの値を決定する際の基準となる。
α=1の場合、図3に示した比較例と同様にTSRC=Tとなるため、α=1は除外される。この場合、軸ねじれトルクTの共振成分が全く除去されないため、共振を抑制することができない。
Here, the value of the weighting coefficient α is 0 ≦ α <0.5 or 0.5 <α <1.
For alpha = 0.5, it contains no T SRC = T M becomes, SRC virtual torque T SRC is torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS, alpha = 0.5 is excluded. Further, when α = 0.5, the resonance component is completely removed, so that the resonance cannot be suppressed. On the other hand, α = 0.5 from which the resonance component is completely removed serves as a reference when determining the value of the weighting coefficient α.
For alpha = 1, since the same manner T SRC = T S and the comparative example illustrated in FIG. 3, alpha = 1 is excluded. In this case, since the resonance component of the torsional torque T S is not removed at all, it is impossible to suppress the resonance.

具体的には、重み係数αの値は、共振成分が完全に除去される0.5よりもやや小さい値とすることが好ましい。最終的には、ナイキスト線図やボーデ線図を用いて共振の大きさや共振周波数を確認すると共に、ステップ応答のグラフを用いて整定時間やオーバーシュートの大きさを確認し、重み係数αの値を決定する。また、重み係数αの値が大きい程、追従性が向上するが、不安定になり易くなる。 Specifically, the value of the weighting coefficient α is preferably a value slightly smaller than 0.5 in which the resonance component is completely removed. Finally, the magnitude and resonance frequency of the resonance are confirmed using the Nyquist diagram and Bode diagram, and the settling time and the magnitude of the overshoot are confirmed using the graph of the step response, and the value of the weighting coefficient α is confirmed. To determine. Further, the larger the value of the weighting coefficient α, the better the followability, but the more likely it is to become unstable.

(第2の実施形態)
次に、図5を参照して、第2の実施形態に係るモータ制御システムにおけるモータ制御部MCの詳細な構成について説明する。第2の実施形態に係るモータ制御システムにおいても、図1は第1の実施形態と共通である。図5は、第2の実施形態に係るモータ制御システムの詳細な制御ブロック図である。図5に示した第2の実施形態に係るモータ制御部MCは、図4に示したSRC仮想トルク生成部11、補償器12に加え、ローパスフィルタLPF、ハイパスフィルタHPFを備えている。
(Second Embodiment)
Next, with reference to FIG. 5, a detailed configuration of the motor control unit MC in the motor control system according to the second embodiment will be described. Also in the motor control system according to the second embodiment, FIG. 1 is common to the first embodiment. FIG. 5 is a detailed control block diagram of the motor control system according to the second embodiment. The motor control unit MC according to the second embodiment shown in FIG. 5 includes a low-pass filter LPF and a high-pass filter HPF in addition to the SRC virtual torque generation unit 11 and the compensator 12 shown in FIG.

ローパスフィルタLPF及びハイパスフィルタHPFのカットオフ周波数ωは、共通であることが好ましい。カットオフ周波数ωは、共振周波数よりも低い周波数である。具体的には、カットオフ周波数ωは、共振周波数よりもやや低い周波数であることが好ましい。 It is preferable that the cutoff frequency ω c of the low-pass filter LPF and the high-pass filter HPF is common. The cutoff frequency ω c is a frequency lower than the resonance frequency. Specifically, the cutoff frequency ω c is preferably a frequency slightly lower than the resonance frequency.

図5に示すように、ローパスフィルタLPFには、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTが入力される。他方、ハイパスフィルタHPFには、SRC仮想トルク生成部11から出力されたSRC仮想トルクTSRCが入力される。そして、ローパスフィルタLPFから出力されたトルク信号とハイパスフィルタHPFから出力されたトルク信号とを足し合わせたフィードバックトルクTFBをフィードバックする。 As shown in FIG. 5, the low pass filter LPF, the torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS is inputted. On the other hand, the SRC virtual torque T SRC output from the SRC virtual torque generation unit 11 is input to the high-pass filter HPF. Then, the feedback torque T FB, which is the sum of the torque signal output from the low-pass filter LPF and the torque signal output from the high-pass filter HPF, is fed back.

すなわち、フィードバックトルクTFBは、次式(4)によって表すことができる。

Figure 0006871022
That is, the feedback torque T FB can be expressed by the following equation (4).
Figure 0006871022

さらに、式(4)におけるSRC仮想トルクTSRCに式(3)を代入すると、次式(5)が得られる。

Figure 0006871022
Further, by substituting the equation (3) into the SRC virtual torque T SRC in the equation (4), the following equation (5) is obtained.
Figure 0006871022

ここで、図4に示した第1の実施形態に係るモータ制御部MCでは、すべての周波数において共振が相殺されたSRC仮想トルクTSRCがフィードバックされる。
これに対し、図5に示した第2の実施形態に係るモータ制御部MCでは、共振が生じ得るカットオフ周波数ωよりも高い周波数では、SRC仮想トルクTSRCがフィードバックされる。他方、共振が生じ得ないカットオフ周波数ωよりも低い周波数では、トルクセンサTSによって検出された軸ねじれトルクTがフィードバックされる。
Here, in the motor control unit MC according to the first embodiment shown in FIG. 4, the SRC virtual torque T SRC whose resonance is canceled at all frequencies is fed back.
On the other hand, in the motor control unit MC according to the second embodiment shown in FIG. 5, the SRC virtual torque T SRC is fed back at a frequency higher than the cutoff frequency ω c where resonance can occur. On the other hand, at frequencies below the cutoff frequency omega c resonance can not occur, the torsional torque T S that is detected by the torque sensor TS is fed back.

このような構成により、本実施形態に係るモータ制御システムは、第1の実施形態に係るモータ制御システムに比べ、カットオフ周波数ωよりも低い周波数における追従性に優れている。
また、本実施形態に係るモータ制御システムにおいて、設計者が設定すべきパラメータは、重み係数αとカットオフ周波数ωの2つのみである。
With such a configuration, the motor control system according to the present embodiment is superior in followability at a frequency lower than the cutoff frequency ω c, as compared with the motor control system according to the first embodiment.
Further, in the motor control system according to the present embodiment, the designer should set only two parameters, the weighting coefficient α and the cutoff frequency ω c.

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、モータは、電気モータに限らず、油圧モータ等の圧力モータその他どのようなモータでもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
For example, the motor is not limited to an electric motor, but may be a pressure motor such as a hydraulic motor or any other motor.

1 モータ制御システム
11 仮想トルク生成部
12 補償器
111 乗算器
112 乗算器
AS モータ軸回転角センサ
CS 電流センサ
HPF ハイパスフィルタ
LN リンク
LPF ローパスフィルタ
MC モータ制御部
MT モータ
FB フィードバックトルク
負荷トルク
モータトルク
軸ねじれトルク
TS トルクセンサ
SRC SRC仮想トルク
ref 軸ねじれトルク目標値
1 Motor control system 11 Virtual torque generator 12 Compensator 111 Multiplier 112 Multiplier AS Motor shaft rotation angle sensor CS Current sensor HPF High-pass filter LN link LPF Low-pass filter MC Motor control MT Motor T FB Feedback torque TL Load torque T M Motor Torque T S Shaft Torque Torque TS Torque Sensor T SRC SRC Virtual Torque T S ref Shaft Torque Torque Target Value

Claims (2)

モータと、
前記モータのモータ軸と、前記モータによって駆動される負荷部材に固定された出力軸との間の軸ねじれトルクを検出するトルクセンサと、
前記モータのモータトルクを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、
前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクと、出力した前記モータトルクとに基づいて、共振が相殺された仮想トルクを生成する仮想トルク生成部を有し、
前記仮想トルクをフィードバックすることより、前記モータトルクを制御
前記仮想トルク生成部は、
前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクと、出力した前記モータトルクから当該軸ねじれトルクを減じたトルクとを、所定の比率で重み付けして足し合わせることによって、前記仮想トルクを生成する、
モータ制御システム。
With the motor
A torque sensor that detects the shaft torsional torque between the motor shaft of the motor and the output shaft fixed to the load member driven by the motor, and
A motor control unit that controls the motor torque of the motor is provided.
The motor control unit
It has a virtual torque generator that generates a virtual torque whose resonance is canceled out based on the shaft torsion torque detected by the torque sensor and the output motor torque.
From feeding back the virtual torque, it controls the motor torque,
The virtual torque generator
The virtual torque is generated by weighting the shaft torsional torque detected by the torque sensor and the torque obtained by subtracting the shaft torsional torque from the output motor torque by a predetermined ratio and adding them together.
Motor control system.
モータと、
前記モータのモータ軸と、前記モータによって駆動される負荷部材に固定された出力軸との間の軸ねじれトルクを検出するトルクセンサと、
前記モータのモータトルクを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、
前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクと、出力した前記モータトルクとに基づいて、共振が相殺された仮想トルクを生成する仮想トルク生成部を有し、
前記仮想トルクをフィードバックすることより、前記モータトルクを制御
前記モータ制御部は、
前記トルクセンサによって検出された前記軸ねじれトルクが入力されるローパスフィルタと、
前記仮想トルクが入力されるハイパスフィルタと、をさらに有し、
前記ローパスフィルタ及び前記ハイパスフィルタから出力されたトルク信号をフィードバックすることより、前記モータトルクを制御する、
モータ制御システム。
With the motor
A torque sensor that detects the shaft torsional torque between the motor shaft of the motor and the output shaft fixed to the load member driven by the motor, and
A motor control unit that controls the motor torque of the motor is provided.
The motor control unit
It has a virtual torque generator that generates a virtual torque whose resonance is canceled out based on the shaft torsion torque detected by the torque sensor and the output motor torque.
From feeding back the virtual torque, it controls the motor torque,
The motor control unit
A low-pass filter into which the shaft torsional torque detected by the torque sensor is input, and
It further has a high-pass filter into which the virtual torque is input.
The motor torque is controlled by feeding back the torque signals output from the low-pass filter and the high-pass filter.
Motor control system.
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