(57)【要約】【課題】共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる制御システム、制御方法、及び制御プログラムを提供する。【解決手段】  本実施形態にかかる制御システム１は、モータ３と、モータ３の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサ４と、リンク２ｂの変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサ５と、内側ループ３０と外側ループ２０とを有する２重フィードバック制御により、モータ３を制御する制御部６と、を備えている。外側ループ２０では、変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行っている。内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、仮想速度が算出され、位置指令値と変位量との位置偏差に基づく目標速度に、仮想速度が追従するようにフィードバック制御が行われる。【選択図】図２
2019012458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷部材を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、
内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御部と、を備え、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記負荷部材の変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行う、
制御システム。
【請求項２】
前記外側ループでは、前記位置偏差に対してＰ制御を行い、
前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してＰＩ制御を行う請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記外側ループには、前記位置指令値と前記負荷部材の前記変位量との前記位置偏差が入力される位相補償器が設けられており、
前記位相補償器で位相補償された位相補償値に基づいて、前記目標速度が求められている請求項１、又は２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記駆動手段と前記負荷部材との間に設けられた減速機の減速比をｒとし、
前記駆動手段側の慣性モーメントをＪＭ、前記駆動手段側の粘性摩擦係数をＤＭとし、
前記負荷部材側の慣性モーメントをＪＬ、前記負荷部材側の粘性摩擦係数をＤＬとし、
ＪＳＲＣ＝ＪＭ＋ＪＬ／ｒ、ＤＳＲＣ＝ＤＭ＋ＤＬ／ｒとすると、
前記慣性モーメントの前記重み付け比率が、ＪＭ／ＪＳＲＣと（ＪＬ／ｒ）／ＪＳＲＣとなり、
前記粘性摩擦係数の前記重み付け比率が、ＤＭ／ＤＳＲＣと（ＤＬ／ｒ）／ＤＳＲＣとなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項５】
負荷部材を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、
を備えた制御システムにおいて、内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御方法であって、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行う、
制御方法。
【請求項６】
負荷部材を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段側に設けられ、前記駆動の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、
前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、を備えた制御システムを、内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により制御する制御方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、
前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、
内側ループでは、
共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、
前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行う、
制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム、制御方法、及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータのフルクローズド制御装置が開示されている。特許文献１では、負荷の位置信号に基づき位置制御を行うフルクローズド制御装置が、等価剛体系速度ループのモデルと、バンドパスフィルタと、を備えている。
【０００３】
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、ギア（減速機）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。特許文献１では、速度ループが等価剛体系速度ループのモデルとなっているため、低剛性部材に起因する共振が考慮されていない。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る。
【０００４】
このような問題に対し、特許文献２では、自己共振相殺制御部を有する制御システムが開示されている。特許文献２に開示された制御システムは、２つのエンコーダによって検出されたモータ軸回転角と出力軸回転角とに基づいて、自己共振相殺制御（ＳＲＣ：Self Resonance Cancellation control）用の仮想回転角を生成している。この仮想回転角をフィードバックすることにより、共振を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８０９７３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６４４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、制御システムに関して以下の問題を見出した。
特許文献２に開示された制御システムでは、位置制御ループの構造は制御対象の２慣性系モデルと位置フィードバック全体で共振が相殺されるという目的の下に導出されている。したがって、自由に位置制御系の構造を設計することができない。この構造では、制御系設計で用いられる極配置設計が困難となる。したがって、個々のパラメータを試行錯誤的に決定しなればならないため、設計パラメータの数が多く、設計が煩雑になる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる制御システム、制御方法，及び制御プログラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る制御システムは、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御部と、を備え、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる。
【０００９】
上記の制御システムにおいて、前記外側ループでは、前記位置偏差に対してＰ制御を行い、前記内側ループでは、前記目標速度と前記仮想速度との速度偏差に対してＰＩ制御を行うようにしてもよい。これにより、極配置によりＰＩ制御のゲインを設定することができるため、設計パラメータ数を少なくすることができると共に、負荷部材の変位量を位置指令値に追従させることができる。
【００１０】
上記の制御システムにおいて、前記外側ループには、前記位置指令値と前記負荷部材の前記変位量との前記位置偏差が入力される位相補償器が設けられており、前記位相補償器で位相補償された位相補償値に基づいて、前記目標速度が求められていてもよい。これにより、振動を抑圧することができる。
【００１１】
上記の制御システムにおいて、前記駆動手段と前記負荷部材との間に設けられた減速機の減速比をｒとし、前記駆動手段側の慣性モーメントをＪＭ、前記駆動手段側の粘性摩擦係数をＤＭとし、前記負荷部材側の慣性モーメントをＪＬ、前記負荷部材側の粘性摩擦係数をＤＬとし、ＪＳＲＣ＝ＪＭ＋ＪＬ／ｒ、ＤＳＲＣ＝ＤＭ＋ＤＬ／ｒとすると、前記慣性モーメントの前記重み付け比率が、ＪＭ／ＪＳＲＣと（ＪＬ／ｒ）／ＪＳＲＣとなり、前記粘性摩擦係数の前記重み付け比率が、ＤＭ／ＤＳＲＣと（ＤＬ／ｒ）／ＤＳＲＣとなっていてもよい。
【００１２】
本発明の一態様に係る制御方法は、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動手段の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、を備えた制御システムにおいて、内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により、前記駆動手段を制御する制御方法であって、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる。
【００１３】
本発明の一態様に係る制御プログラムは、負荷部材を駆動する駆動手段と、前記駆動手段側に設けられ、前記駆動の駆動量に関する情報を第１センサ情報として検出する第１センサと、前記負荷部材側に設けられ、前記負荷部材の変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する第２センサと、を備えた制御システムを、内側ループと外側ループとを有する２重フィードバック制御により制御する制御方法をコンピュータに実行させるための制御プログラムであって、前記外側ループでは、前記負荷部材の変位量が位置指令値に追従するように、フィードバック制御を行い、内側ループでは、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、前記駆動量の時間微分である駆動速度と前記変位量の時間微分である変位速度とから、仮想速度を算出し、前記位置指令値と前記変位量との位置偏差に基づく目標速度に、前記仮想速度が追従するようにフィードバック制御を行うものである。この構成によれば、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、共振を抑制することができ、かつ設計を簡便に行うことができる制御システム、制御方法，及び制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る制御システムを示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る制御システムの制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
まず、図１を参照して、本実施形態に係る制御システムについて説明する。本実施形態に係る制御システムは、例えば、ロボットの手首関節、肘関節、肩関節、足首関節部、膝関節部、股関節部等の各関節部の駆動を制御するものである。
【００１８】
図１は、制御システムを示すブロック図である。本実施の形態１に係る制御システム１は、負荷部材を駆動するモータ３と、モータ３側に設けられた第１センサ４と、負荷部材側に設けられた第２センサ５と、モータ３を制御する制御部６とを備えている。
【００１９】
モータ３は、制御対象である関節部２を駆動する駆動手段の一具体例であり、例えば、ＡＣ（交流）サーボモータである。モータ３は、制御部６から出力された制御信号に基づいて駆動する。制御信号は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。モータ３は、関節部２に設けられており、関節部２を回転駆動する。また、モータ３はリニアモータであってもよい。関節部２は、減速機２ａ、及びリンク２ｂ等を有している。負荷部材となるリンク２ｂは、減速機２ａを介して，モータ３と接続されている。減速機２ａはモータ３のモータ軸と、関節部２のリンク２ｂに固定された出力軸との間に設けられている。
【００２０】
第１センサ４は、減速機２ａよりもモータ３側に設けられている。第１センサ４は、モータ３の駆動量に関する情報を第１のセンサ情報として検出する。モータ３の駆動量に関する情報は、例えば、モータ３の回転角度、角速度、又は、角加速度である。第１センサ４が、モータ３のエンコーダである場合、第１センサ４は、モータ３の角速度を第１のセンサ情報として検出する。そして、角速度を時間積分することで、モータ３の駆動量である回転角度を求めることができる。なお、モータ３がリニアモータである場合、直進方向における位置、速度、又は加速度がモータ３の駆動量に関する情報となる。
【００２１】
第２センサ５は、減速機２ａよりもリンク２ｂ側に設けられている。第２センサは、リンク２ｂの変位量に関する情報を第２センサ情報として検出する。リンク２ｂの変位量に関する情報は、リンク２ｂの回転角度（回転位置）、直進位置、角速度、角加速度等である。第２センサ５が、負荷側のエンコーダである場合、第２センサ５は、リンク２ｂの角速度を第２センサ情報として検出する。そして、角速度を時間積分することで、変位量である回転角度を求めることができる。角速度を時間積分することで、リンク２ｂの変位量である回転角度を求めることができる。第２センサ５は減速機２ａからリンク２ｂ側に設けられている。なお、第１センサ４、及び第２センサ５は、エンコーダに限らず、ポテンショメータ等により構成されていてもよい。
【００２２】
なお、本実施の形態において、関節部２は回転関節部に適用されているが、これに限らず、例えば、並進可動する並進可動部等でもよく、ロボットの任意の可動部に適用可能である。
【００２３】
以下の説明では、モータ３が回転モータであるため、モータ３の駆動量、及びリンク２ｂの変位量は、角度として説明されているが、モータ３がリニアモータの場合、駆動量、及び変位量は、直動方向に沿った位置、又は距離となる。すなわち、モータ３の駆動量、及びリンク２ｂの変位量は、角度、位置、又は距離を意味する。同様に、モータ３の駆動量の時間微分である駆動速度、及びリンク２ｂの変位量の時間微分である変位速度は、角速度として説明されているが、モータ３がリニアモータの場合、駆動速度、及び変位速度は、直動方向に沿った速度となる。すなわち、速度は、駆動量又は変位量の時間微分（時間変化量）に対応するものであり、角速度、又速度を意味する。換言すると、駆動量又は変位量を角度で示す場合、その時間部分である駆動速度、及び変位速度は角速度となり、駆動量又は変位量を距離で示す場合、その時間部分である駆動速度、及び変位速度は速度となる。
【００２４】
制御部６は、第１センサ４、及び第２センサ５から出力される第１及び第２センサ情報に基づいてモータ３を回転駆動する、所謂フィードバック制御を行っている。制御部６は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）、等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ、メモリ、及びインターフェイス部は、データバス等を介して相互に接続されている。制御部６が制御プログラムを実行することで、以下に説明する制御方法が実施される。
【００２５】
リンク２ｂとモータ３とが弾性の高い減速機２ａを介して接続されている場合、モータ３と負荷（リンク２ｂ）とのイナーシャ（慣性モーメント）によって、共振が発生する。そのため、制御部６は、自己共振相殺制御を行っている。自己共振相殺制御により、ロボットの関節部２に生じる共振をより確実に低減することができる。また、制御帯域を共振周波数以上に広げることができる。特に、ヒューマノイドロボットや産業用ロボット等の関節部２においては、ハーモニックギア等を用いているため、その粘性摩擦がより大きくなり問題となる。これに対し、自己共振相殺制御を行うことで、より高精度な共振抑制効果が期待できる。
【００２６】
自己共振相殺制御では、モータ３と負荷の結合剛性が低い制御対象を２慣性系としてモデル化している。２慣性系は、モータと負荷が弾性体（減速機等）で接続された系ということができる。図２を用いて、制御システム１の制御系について説明する。図２は、制御システム１の制御ブロック図である。
【００２７】
図２において、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において減速比（ギア比）ｒは省略されている。換言すると、図２は、ｒ＝１の場合について示している。図２に示す各記号は以下の通りである。
ＪＭ：モータ側の慣性モーメント
ＪＬ：負荷側の慣性モーメント
ＪＳＲＣ：慣性モーメントの和（ＪＳＲＣ＝ＪＭ＋ＪＬ）
ＤＭ：モータ側の粘性摩擦係数
ＤＬ：負荷側の粘性摩擦係数
ＤＳＲＣ：粘性摩擦係数の和（ＤＳＲＣ＝ＤＭ＋ＤＬ）
Ｋ：モータ３とリンク２ｂとの間の剛性
ＴＭ：モータ３の駆動トルク
ωＭ：第１センサ情報に基づくモータ３の角速度（駆動速度）
ωＬ：第２センサ情報に基づくリンク２ｂの角速度（変位速度）
ωｃ：ＡＰＦのカットオフ周波数
ωＳＲＣ：共振を相殺した仮想角速度 
θＬref：位置指令値（リンク２ｂの目標角度）
θＬ：第２センサ情報に基づくリンク２ｂの角度（変位量）
ωＳＲＣref：共振の中心となる節点の目標角速度
【００２８】
図２に示すように、制御部６は、外側ループ２０と、内側ループ３０とを備えた２重フィードバック制御により、モータ３を制御する。内側ループ３０は、外側ループ２０の内部に設けられている。内側ループ３０は、ＰＩ制御器３１を有しており、速度フィードバック制御を行う。外側ループ２０は、ＡＰＦ（オールパスフィルタ）２１、及びＰ制御器２２を有しており、位置フィードバック制御を行う。具体的には、制御部６は、ＳＲＣ−Ｐ―ＰＩ制御によって、リンク２ｂの位置をフィードバック制御する。
【００２９】
制御部６には、リンク２ｂの目標位置（目標角度）に対応する位置指令値θＬrefが入力される。制御部６には、第１センサ情報に基づくモータ３の角速度ωＭと、第２センサ情報に基づくリンク２ｂの角速度ωＬと、第２センサ情報に基づくリンク２ｂの角度θＬとが入力されている。
【００３０】
ＡＰＦ２１には、位置指令値θＬrefとリンク２ｂの角度θＬとの偏差（θＬref−θＬ）が入力される。この偏差（θＬref−θＬ）を位置偏差（厳密には角度偏差）とする。ＡＰＦ２１は、位相補償を行う位相補償器である。ＡＰＦ２１は振幅特性を変化させずに、位相特性のみを変化させる。すなわち、ＡＰＦ２１は、位置偏差のゲインを変化させずに、位相特性のみを変化させる。具体的には、カットオフ周波数ωｃより高い周波数において、位相が１８０°遅れ、カットオフ周波数ωｃ以下の周波数において、位相が変化しない。カットオフ周波数ωｃは共振周波数を基準に決めることができる。ＡＰＦ２１等の位相補償器を用いることで、制振機能を外側ループ２０に持たせることができる。これにより、振動を抑圧することができる。なお、ＡＰＦ２１を位相進み補償を行う位相補償器で置き換えることも可能である。
【００３１】
ＡＰＦ２１によって位相補償制御が行われた値を位相補償値とする。ＡＰＦ２１からの位相補償値がＰ制御器２２に入力される。Ｐ制御器２２には、位相補償値に対して、Ｐ制御を行う。Ｐ制御器２２は、位相補償値にＰゲイン（比例ゲイン）を乗じた値を、目標角速度ωＳＲＣrefとして出力する。
【００３２】
ＰＩ制御器３１には、目標角速度ωＳＲＣrefと仮想角速度ωＳＲＣとの偏差が入力される。この偏差（ωＳＲＣref−ωＳＲＣ）を速度偏差（厳密には、角速度偏差）とする。ＰＩ制御器３１は、速度偏差に対してＰＩ制御を行う。ＰＩ制御器３１は、速度偏差にＰゲイン（比例ゲイン）を乗じた値と、速度偏差の時間積分にＩゲイン（積分ゲイン）に乗じた値を合成する。ＰＩ制御器３１は、ＰＩ制御により合成された値を駆動トルクＴＭとしてモータ３に出力する。モータ３は駆動トルクＴＭによりリンク２ｂを駆動する。
【００３３】
内側ループ３０では、モータ３の角速度ωＭとリンク２ｂの角速度ωＬとに基づいて、共振を相殺した仮想角速度ωＳＲＣが算出される。具体的には、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、制御部６は仮想角速度ωＳＲＣを算出する。制御部６には、２慣性系全体の共振の中心となる節点に応じた重み付け比率が設定されている。ここで、慣性モーメントの重み付け比率は、ＪＭ／ＪＳＲＣと、ＪＬ／ＪＳＲＣとなり、粘性摩擦係数の重み付け比率はＤＭ／ＤＳＲＣと、ＤＬ／ＤＳＲＣとなる。
【００３４】
角速度ωＭ及び角速度ωＬに重み付け比率を乗じた値を足し合わせているため、仮想角速度ωＳＲＣは系全体の共振の中心となる節点の角速度に対応する。換言すると、内側ループ３０では、第１センサ情報に基づく角速度ωＭと、第２センサ情報に基づく角速度ωＬとから、２慣性系全体の共振の中心となる節点の仮想角速度ωＳＲＣが求められている。上記のように、ＰＩ制御器３１において、目標角速度ωＳＲＣrefに仮想角速度ωＳＲＣが追従するようにフィードバック制御が行われている。
【００３５】
なお、上記の重み付け比率は減速機２ａにおいて減速しない場合、つまり減速比が１の場合である。減速比ｒで減速する場合、ＤＬがＤＬ／ｒに置き換わり、ＪＬがＪＬ／ｒに置き換わる。つまり、ＤＳＲＣ＝ＤＭ＋ＤＬ／ｒ、ＪＳＲＣ＝ＪＭ＋ＪＬ／ｒとなる。この場合、慣性モーメントの重み付け比率は、ＪＭ／ＪＳＲＣと、(ＪＬ／ｒ)／ＪＳＲＣとなり、粘性摩擦係数の重み付け比率はＤＭ／ＤＳＲＣと、(ＤＬ／ｒ)／ＤＳＲＣとなる。
【００３６】
外側ループ２０では、リンク２ｂの変位量θＬが位置指令値θＬrefに追従するように、フィードバック制御が行われる。内側ループ３０では、共振の中心となる節点に応じた重み付け比率を用いて、モータ３の駆動量の時間微分である角速度ωＭとリンク２ｂの変位量の時間微分である角速度ωＬとから、仮想角速度ωＳＲＣが算出される。仮想角速度ωＳＲＣは、共振を相殺した仮想角速度となっている。内側ループ３０では、位置指令値θＬrefと変位量θＬとの位置偏差に基づく目標角速度ωＳＲＣrefに、仮想角速度ωＳＲＣが追従するようにフィードバック制御が行われる。
このように、外側ループ２０では、位置フィードバック制御が行われ、内側ループ３０では、速度フィードバック制御が行われている。この２重ループのフィードバック制御により以下の効果を得ることができる。
【００３７】
外側ループ２０では、位置指令値θＬrefとリンク２ｂの角度θＬとの位置偏差（θＬref−θＬ）に基づいて、フィードバック制御が行われている。よって、位置指令値θＬrefに対して、直接フィードバック制御することができるので、特許文献２に比して、位置指令値θＬrefに対する追従性を向上することができる。
【００３８】
内側ループ３０は、剛体化されているため、極配置でＰＩ制御器３１のＰゲインとＩゲインとを設計することができる。したがって、設計パラメータの数を少なくすることができ、設計を容易にすることができる。すなわち、極設計配置の極を指定することで、ＰＩ制御器３１における２つのゲイン（ＰゲインとＩゲイン）を自動的に設定することができる。設計者が試行錯誤的に設計すべき設計パラメータは、Ｐ制御器２２におけるＰゲイン、及びＡＰＦ２１におけるカットオフ周波数ωｃの２つのみとなる。これに対して、特許文献２では、ＰＩＤ制御器におけるＰゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲインの３つが設計パラメータとなる。したがって、本実施の形態の制御システム１では、特許文献２に比して、設計パラメータの数を少なくすることができるため、制御設計が容易になる。
【００３９】
さらに、共振を相殺した自己共振相殺制御を行っているため、制御帯域を共振周波数以上に広げることができる。共振を相殺するために、制御部６が共振の中心となる節点の仮想角速度を算出して、マイナーループである内側ループ３０で制御している。これにより、内側ループ３０の制御帯域を高帯域化することができる。内側ループ３０を高帯域化し、外乱応答性を高くすることができる。一方、特許文献１では、バンドパルフィルタの帯域を自由に設計するできないため、高帯域化することができない。本実施の形態の制御システム１では、特許文献１と比して、制御帯域を高くすることができる。このように、本実施形態によれば、外乱抑圧特性を向上することができ、外側ループ２０の設計自由度を高くすることができる。
【００４０】
外側ループ２０に位相補償器となるＡＰＦ２１を設けているため、外側ループ２０に制振機能を持たせることができる。なお、ＡＰＦ２１等の位相補償器は省略することが可能である。この場合、位置偏差が直接Ｐ制御器２２に入力される。粘性摩擦係数が大きい場合、位相余裕が十分にある。このような場合、ＡＰＦ２１等の位相補償器を用いなくても、負荷側の外乱抑圧性能を高くすることができる。
【００４１】
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、負荷部材を駆動する駆動手段は、電気モータに限らず、油圧モータ、水圧モータ等の圧力モータやその他どのようなアクチュエータでもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  制御システム
２  関節部
２ａ  減速機
２ｂ  リンク
３  モータ
４  第１センサ
５  第２センサ
６  制御部
２０  外側ループ
２１  ＡＰＦ
２２  Ｐ制御器
３０  内側ループ
３１  ＰＩ制御器
【図１】
2019012458.tif 000003
【図２】
2019012458.tif 000004