(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出された制御対象の動作位置あるいは動作速度を表す動作検出信号と、前記制御対象の動作位置あるいは動作速度に対する目標値として上位装置から与えられる動作指令とに基づき、前記動作指令に前記制御対象の動作位置あるいは動作速度が追従するように、前記制御対象の機械系を駆動するモータに与える該駆動力を発生させる指令である駆動力指令を生成するサーボ制御装置において、
前記動作指令に基づいて、該動作指令に想定した前記制御対象のモデルが所定の特性で追従するモデル動作位置あるいはモデル動作速度を表すモデル動作信号を計算し、該計算したモデル動作信号に想定した前記制御対象のモデルが一致して動作するのに必要な駆動力であるモデル駆動力を算出する規範モデル部と、
前記モデル動作信号と前記動作検出信号との偏差である制御偏差に第１の制御ゲインである０次制御ゲインを乗じた値に、前記制御偏差の１階微分値に第２の制御ゲインである１次制御ゲインを乗じた値と、前記制御偏差の２階微分値に第３の制御ゲインである２次制御ゲインを乗じた値の一方又は両方の値を加算し可変補償信号を算出して出力する可変補償演算部と、
前記制御対象の動作中において、前記可変補償演算部が前記可変補償信号の演算に用いる前記１次制御ゲインと前記２次制御ゲインとの何れか一方又は両方の値を、前記モデル動作信号と前記動作検出信号と前記駆動力指令とのうちの少なくとも一つに基づいて変更し前記可変補償信号の演算に反映させるゲイン変更部と、
前記可変補償信号を積分する積分補償器と、
前記モデル駆動力に前記積分補償器の出力を加算し前記駆動力指令として出力する加算器と
を備えていることを特徴とするサーボ制御装置。 
【請求項２】
前記ゲイン変更部は、
前記モデル動作信号と前記動作検出信号との偏差である制御偏差に基づいて前記制御ゲインの値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。 
【請求項３】
前記モデル動作信号および前記動作検出信号は、それぞれ前記動作位置の信号であり、前記制御偏差は位置偏差である場合において、
前記ゲイン変更部は、
前記２次制御ゲインの値を変更し、
前記可変補償演算部は、
前記可変補償信号の算出に前記２次制御ゲインを使用する場合に、前記ゲイン変更部が値を変更した前記２次制御ゲインを使用する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。 
【請求項４】
前記モデル動作信号および前記動作検出信号は、それぞれ前記動作位置の信号であり、前記制御偏差は位置偏差である場合において、
前記可変補償演算部は、
前記可変補償信号を、前記制御偏差に０次制御ゲインを乗じた値に、前記制御偏差の１階微分値に１次制御ゲインを乗じた値と、前記制御偏差の２階微分値に２次制御ゲインを乗じた値とを加算して生成し、
前記ゲイン変更部は、
前記２次制御ゲインを前記制御対象の慣性値で除した値に基づいて、前記可変補償演算部が前記可変補償信号の演算に用いる前記０次、前記１次および前記２次の各制御ゲインのうち少なくとも一つの制御ゲインの値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの産業用機械の駆動装置として、汎用的なサーボ制御装置が利用され、機械の用途や特性に応じて、制御ゲインなどのパラメータを調整設定することでなるべく所望の制御性能を実現している。サーボ制御装置が直接的に制御するモータには、回転モータとリニアモータとがある。この明細書では、理解を容易にするため、回転モータを取り上げて説明する。すなわち、サーボ制御装置は、制御対象の機械系を駆動するモータが例えば回転モータである場合、該回転モータへのトルク指令を、制御対象の位置や速度が目標値に追従するようにフィードバック制御による位置制御や速度制御を行って生成する。【０００３】
サーボ制御装置においては、このフィードバック制御による位置制御や速度制御に用いる制御ゲインを大きくすると、目標値への追従制御精度を向上させることはできるが、大きくしすぎると逆に発振などの現象が生じ制御が不安定になる。【０００４】
したがって、制御ゲインは、不安定にならない範囲でなるべく大きくするように調整設定することになるが、実際の制御対象では、ギアやボールネジなどの駆動力伝達機構や、機械共振や摩擦等を含む機械系に非線形な特性が含まれるため、発振のしやすさは、モータが駆動する機械系の速度や加減速度等の動作条件によって異なる。【０００５】
そのため、従来のサーボ制御装置では、一般に、様々な運転条件で不安定にならないよう発振に対して余裕を持たせた小さい値の制御ゲインに固定的に設定している。つまり、従来のサーボ制御装置は、一定の固定値制御ゲインによる制御であり、制御内容に応じて制御ゲインを変更しない構成であるので、制御性能を更に向上させることができない。このような問題に対し、従来から種々の提案がなされている（例えば特許文献１，２等）。【０００６】
すなわち、特許文献１では、位置制御で用いられるサーボ制御装置において、制御対象の停止時に制御ゲインを小さい値に切換えることにより停止時の安定性を増大させ、制御対象の動作中は相対的に制御ゲインを増大させることで、固定ゲインの制御系よりも高速高精度な制御を実現する技術が提案されている。【０００７】
この特許文献１に記載のサーボ制御装置では、位置指令と位置検出値との偏差に基づき位置比例ゲイン及び位置積分ゲインを適用した位置ＰＩ制御を行って速度指令を生成し、その速度指令と速度検出値との偏差に基づき速度比例ゲイン及び速度積分ゲインを適用した速度ＰＩ制御を行ってトルク指令（電流指令）を生成している。また、予め速度レベルの設定値を定めておき、速度検出値が設定値よりも大きい場合に位置比例ゲインを相対的に高く設定し、速度検出値が設定値よりも低いときは位置比例ゲインを相対的に低い値にするよう、速度検出値に応じてゲインを切換える。すなわち、制御対象の動作が停止する近傍でだけ制御ゲインを小さくする変更を行っている。【０００８】
また、特許文献２では、特許文献１とは反対に制御対象が動作している最中に制御ゲインを変更する技術が提案示されている。
すなわち、特許文献２では、位置指令を入力としてサーボ制御に理想的なモデルトルクとモデル位置とを出力するモデル演算部（規範モデル部）を備え、モデル位置と制御対象の実位置との位置偏差に位置比例ゲインを乗じた信号に基づいて、この位置偏差を小さくするようフィードバックトルク指令（偏差補償トルク）を生成し、このフィードバックトルク指令とモデルトルクとを加算してモータに対するトルク指令を生成する技術が開示されている。【０００９】
この特許文献２では、スタッカークレーンと呼ばれる台車の制御を想定し、停止時の位置決め精度は高精度な制御が要求されるものの、高速状態では車輪が路面に対して滑るといった現象に制御が過敏に反応しないようにする目的から、台車の移動速度すなわちモータの速度が大きい場合は小さいときよりも位置比例ゲインを小さく変更するような制御を行っている。具体的には、検出速度や前記モデル位置の微分であるモデル速度等に基づく多項式として位置比例ゲインを定めることで、速度の大小に応じて連続的に位置比例ゲインを変化させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２０４６８９号公報
【特許文献２】特開２００６−７９５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のように、一般的なサーボ制御装置では、フィードバック制御系の制御ゲインを、様々な動作条件で安定に制御できるよう十分に低い制御ゲインに固定的に設定するため、制御性能を更に向上させるのが困難であった。この問題に対して提案されている特許文献１，２に記載の技術では、次のような問題がある。【００１２】
まず、特許文献１に記載の技術では、制御対象の動作が停止する近傍でのみ制御ゲインを低減させるように構成しているが、制御ゲインの切換え時に位置偏差があると、ゲイン切換えに起因してトルク指令が不連続に変化する。したがって、位置偏差が大きい時点でも切換えが実行されるように条件が設定されると、切換え時に機械系に衝撃や音を発生させる。その対策として、例えばフィルタを追加するなどして、ゲイン切換え時にトルクが連続的に変化するように構成したとしても、ゲイン切換えを行うことで、指令に対する追従の速さといった特性が切換え前後で変化するため、制御対象を動作させている最中にゲイン切換えを行うと、モータのトルク自体は不連続に変化しなくても、原理的に制御対象の動作が大きく変化する。【００１３】
したがって、特許文献１に記載の技術では、例えば短時間で急峻な加減速を行う位置決め動作といった特定の用途では、停止時に発振することが多いため、停止近傍でだけ制御ゲインを低減するといった制御は可能である。しかし、緩やかな加減速や一定速状態が長い運転を行う場合など、停止時以外でも発振を生じやすくなる用途に対しては、制御対象が動作している最中に制御ゲインを切換えることができないため、制御性能を向上させることができない。つまり、特許文献１に記載の技術では、様々な用途に対して、一般的な固定制御ゲインのフィードバック制御系よりも制御性能を向上させることができない。【００１４】
また、特許文献２に記載の技術では、規範モデル部を備えてモデルトルクをフィードフォワード的に加算する制御系において、速度の多項式に基づいて位置比例ゲインを連続的に変化させるように構成しているが、多項式を適切に決定するのは容易でなく、またリアルタイムで計算させるのも容易でない場合がある。加えて、例えば一定速度や低速状態など発振を生じやすい条件下と、それ以外の発振を生じ難い条件下とだけで発振しないゲインを事前に把握し、発振し易い条件下でだけゲインを小さくするといった、簡単かつ確実な方法を実現しようとすると、ゲインを２つの数値として不連続に、あるいは急峻に大きな変化をさせることが考えられる。しかし、このような変化をさせるとトルク指令が不連続あるいは急峻に変化してしまい、制御対象に音や衝撃を与えるため好ましくない。したがって、この特許文献２に記載の技術では、緩やかに変化するゲインを設計する必要があるため、手間が必要であり、またゲインを急峻に大きく変化させることができないため、性能向上が限られるという問題を生じる。【００１５】
すなわち、従来技術では、特定の用途では効果を発揮する場合があるものの、制御ゲインを可変にすることで性能向上が期待される様々な用途への適用を考えた場合、不都合が生じたり、性能を十分に向上できなかったりするため、適用範囲が限定される。【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、制御ゲインを可変にすることにより様々な用途に対して、通常の固定制御ゲインの制御系よりも制御性能を向上させる制御を、駆動力指令の不連続や動作の急変を生ずることなく実現できるサーボ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、この発明にかかるサーボ制御装置は、検出された制御対象の動作位置あるいは動作速度を表す動作検出信号と、前記制御対象の動作位置あるいは動作速度に対する目標値として上位装置から与えられる動作指令とに基づき、前記動作指令に前記制御対象の動作位置あるいは動作速度が追従するように、前記制御対象の機械系を駆動するモータに与える該駆動力を発生させる指令である駆動力指令を生成するサーボ制御装置において、前記動作指令に基づいて、該動作指令に想定した前記制御対象のモデルが所定の特性で追従するモデル動作位置あるいはモデル動作速度を表すモデル動作信号を計算し、該計算したモデル動作信号に想定した前記制御対象のモデルが一致して動作するのに必要な駆動力であるモデル駆動力を算出する規範モデル部と、前記モデル動作信号と前記動作検出信号との偏差である制御偏差に第１の制御ゲインである０次制御ゲインを乗じた値と、前記制御偏差の１階微分値に第２の制御ゲインである１次制御ゲインを乗じた値あるいは前記制御偏差の２階微分値に第３の制御ゲインである２次制御ゲインを乗じた値の少なくとも一方の値とを加算し可変補償信号として出力する可変補償演算部と、前記制御対象の動作中において、前記可変補償演算部が前記可変補償信号の演算に用いる少なくとも前記１次制御ゲインと前記２次制御ゲインとの何れか一方の制御ゲインの値を、前記モデル動作信号と前記動作検出信号と前記駆動力指令との少なくとも何れか一つに基づいて変更し前記可変補償信号の演算に反映させるゲイン変更部と、前記可変補償信号を積分する積分補償器と、前記モデル駆動力に少なくとも前記積分補償器の出力を加算し前記駆動力指令として出力する加算器とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、可変補償信号においてゲイン変更部が変更する制御ゲインが影響する信号は、全て積分補償器を通過するので、制御対象が動作している最中でも、モータへの駆動力指令や制御対象の動作を急変させることなく外乱に対する誤差の抑制効果だけを変更することができる。したがって、サーボ制御装置が用いられる様々な用途に対して柔軟に、通常の固定制御ゲインの制御系よりも高性能な制御性能を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかるサーボ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施の形態１によるサーボ制御装置１ａは、制御対象２の動作位置をフィードバック制御により目標値に追従させる位置制御を行う構成として、規範モデル部３と、可変補償演算部４と、積分補償器５と、トルク加算器６と、ゲイン変更部７とを備えている。
【００２２】
制御対象２は、構成要素の図示は省略したが、モータ（この明細書では回転モータを想定）と、このモータへの駆動電流をサーボ制御装置１ａ（内のトルク加算器６）からのトルク指令τｒに応じて制御する電流制御部と、このモータが電流制御部からの駆動電流により、サーボ制御装置１ａからのトルク指令τｒに対応したトルクを発生して駆動する機械系とを備え、検出されたモータの回転位置が制御対象２の位置検出値ｙｍとして出力される。すなわち、位置検出値ｙｍは、フィードバック信号として、サーボ制御装置１ａ内の可変補償演算部４とゲイン変更部７とに入力される。なお、モータには、位置検出器と速度検出器のいずれか一方または両方が取り付けられている。位置検出値ｙｍは、位置検出器の検出値、または、速度検出器の検出値の積分値である。
【００２３】
次に、サーボ制御装置１ａの構成と動作について説明する。
規範モデル部３は、図示しない上位装置から動作指令としての位置指令ｙｃが入力される。規範モデル部３は、この位置指令ｙｃに対して想定した制御対象２のモデルが所定の伝達関数Ｆａ（ｓ）の特性で追従するモデル位置（モデル動作信号）ｙａを計算し、このように求めたモデル位置ｙａに想定した制御対象２のモデルが一致して動作するための理想的なトルク（モデルトルク）τａを計算する。
【００２４】
例えば、制御対象２のモデルとして慣性値（モデル慣性値）がＪａの剛体慣性を想定した場合、規範モデル部３は、モデル位置ｙａの計算と、その２階微分値であるモデル加速度ａａの計算とを行い、モデル加速度ａａにモデル慣性値Ｊａを乗じることで、制御対象２の動作がモデル位置ｙａに一致するために必要な理想的なトルク（モデルトルク）τａを計算する。
【００２５】
規範モデル部３にて求められたモデル位置ｙａは、可変補償演算部４とゲイン変更部７とに入力される。また、規範モデル部３にて求められたモデルトルクτａは、トルク加算器６に入力される。
【００２６】
次に、可変補償演算部４は、減算器４ａと、微分器４ｂ，４ｃと、可変ゲイン乗算加算部４ｄとを備えている。
減算器４ａは、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差（制御偏差）である位置偏差ｙｅを計算する。
ｙｅ  ＝  ｙａ  −  ｙｍ  …（１）
この位置偏差ｙｅは、微分器４ｂと可変ゲイン乗算加算部４ｄとに入力される。
【００２７】
微分器４ｂは、位置偏差ｙｅの微分値である速度偏差ｖｅを計算する。
ｖｅ  ＝  ｄ（ｙｅ）／ｄｔ  …（２）
この速度偏差ｖｅは、微分器４ｃと可変ゲイン乗算加算部４ｄとに入力される。
【００２８】
微分器４ｃは、速度偏差ｖｅの微分値である加速度偏差ａｅを計算する。
ａｅ  ＝  ｄ（ｖｅ）／ｄｔ
＝  ｄ２（ｙｅ）／ｄｔ２  …（３）
この加速度偏差ａｅは、可変ゲイン乗算加算部４ｄに入力される。
【００２９】
可変ゲイン乗算加算部４ｄは、式（４）に示すように、減算器４ａが求めた位置偏差ｙｅに第１の制御ゲインである０次制御ゲインＫ０を乗じた値と、微分器４ｂが求めた速度偏差ｖｅに第２の制御ゲインである１次制御ゲインＫ１を乗じた値と、微分器４ｃが求めた加速度偏差ａｅに第３の制御ゲインである２次制御ゲインＫ２を乗じた値との加算値を可変補償値Ｄτとして求め、それを積分補償器５へ出力する。このときに用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２の各値は、それぞれ後述するゲイン変更部７から入力されるゲイン変更信号ｓｇが指定したゲイン値である。
Ｄτ  ＝  Ｋ０・ｙｅ  ＋  Ｋ１・ｖｅ  ＋  Ｋ２・ａｅ  …（４）
【００３０】
なお、可変補償演算部４は、図１では、式（４）に対応させた構成として示したが、式（４）と等価な演算を行えればよいのであり、その構成は特に限定されるものでない。例えば、モデル位置ｙａの微分値をモデル速度ｖａ、モデル速度ｖａの微分値をモデル加速度ａａ、位置検出値ｙｍの微分値を検出速度ｖｍ、検出速度ｖｍの微分値を検出加速度ａｍとして計算し、可変補償値Ｄτを次式（５）のように計算する構成としても、全く同じ効果を持つことは明白である。
Ｄτ  ＝  Ｋ０・ｙａ  ＋  Ｋ１・ｖａ  ＋  Ｋ２・ａａ
−Ｋ０・ｙｍ  −  Ｋ１・ｖｍ  −  Ｋ２・ａｍ  …（５）
【００３１】
また、式（４）に示した可変ゲイン乗算加算部４ｄの演算は、新たな制御ゲインＫ１’，Ｋ０’を用いて、次式（６）のようにカスケード構造の演算としてもよい。
Ｄτ  ＝  Ｋ２（ａｅ  ＋  Ｋ１’（ｖｅ  ＋  Ｋ０’・ｙｅ））  …（６）
この式（６）において、Ｋ１’・Ｋ２をＫ１に、Ｋ０’・Ｋ１’・Ｋ２をＫ０に置き換えると、後述する式（７）および式（８）と等価な関係になり、全く同様な効果を得ることができる。また、各制御ゲインの大きさを物理量として把握しやすくなり、実装が容易になる場合がある。
【００３２】
次に、積分補償器５は、可変補償演算部４にて演算された式（４）で示される可変補償値Ｄτを時間積分してその積分特性に応じた偏差補償トルクτｂを求め、それをトルク加算器６へ出力する。そして、トルク加算器６は、モデルトルクτａに偏差補償トルクτｂを加算してトルク指令τｒを出力する。トルク指令τｒは、制御対象２内の電流制御部とゲイン変更部７とに入力される。
【００３３】
ここで、積分補償器５が求める偏差補償トルクτｂは、式（７）で示される。なお、式（７）において、ｓはラプラス演算子である。
τｂ  ＝  （１／ｓ）（Ｋ０  ＋  Ｋ１・ｓ  ＋  Ｋ２・ｓ＾２）ｙｅ  …（７）
そして、可変補償演算部４と積分補償器５とを併せた、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差（位置偏差）ｙｅに基づいて偏差補償トルクτｂの計算を行うまでの機能部を、フィードバック補償部と称すれば、フィードバック補償部の伝達関数τｂ／ｙｅは、式（７）から、次の式（８）と求められる。
τｂ／ｙｅ  ＝  Ｋ０／ｓ  ＋  Ｋ１  ＋  Ｋ２・ｓ  …（８）
【００３４】
すなわち、フィードバック補償部の伝達関数τｂ／ｙｅは、一般的なＰＩＤ制御と同様であり、０次制御ゲインＫ０を位置積分ゲイン、１次制御ゲインＫ１を位置比例ゲイン、２次制御ゲインＫ２を位置微分ゲインすなわち速度比例ゲインとしたものと等価であることが解る。
【００３５】
そうすると、フィードバック補償部において式（８）と等価な通常の位置ＰＩＤ制御をそのまま使用し、ゲイン変更部７の作用により各制御ゲインを変更した場合を考えると、変更した時点において位置偏差ｙｅが０でなければ、１次制御ゲインＫ１の変更によって、あるいは位置偏差ｙｅの微分値（速度偏差）ｖｅが０でなければ２次制御ゲインＫ２の変更により、制御ゲインを変更した時点で偏差補償トルクτｂが不連続に変化する。したがって、位置指令ｙｃの速度や加速度が変化した直後の過渡的状態で位置偏差が変動する時点においてゲインの切換えを行うと、トルク指令τｒが不連続に変化し、制御対象２に音や振動を発生させる原因となる。
【００３６】
それに対して本実施の形態１では、可変補償演算部４においてゲイン変更部７で変更される制御ゲインの全てを用いて可変補償値Ｄτを演算し、その変更される制御ゲインの全てを反映した可変補償値Ｄτを積分補償器５で積分して偏差補償トルクτｂを演算する構成としている。
【００３７】
すなわち、本実施の形態１では、可変補償値Ｄτにおいてゲイン変更部７で変更する制御ゲインが影響する信号は、全て積分補償器５を通過する構成である。したがって、ゲイン変更時に可変補償値Ｄτが不連続に変化しても、積分補償器５の出力である偏差補償トルクτｂは連続的に変化することになる。換言すれば、伝達関数としては通常のＰＩＤ制御と全く同じものであるが、ゲイン切換えにより制御ゲインを不連続に変更しても、全くトルク指令τｒに不連続を発生させない切換え制御を実現できる。
【００３８】
さて、ゲイン変更部７は、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとトルク指令τｒとの全部または一部に基づき、所定の条件判断や計算式により、可変補償演算部４で用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２の各値を、全部をセットとして、または、個別に、決定し、その決定した値をゲイン変更信号ｓｇにより可変補償演算部４に通知し設定する。
【００３９】
例えば、可変補償演算部４で用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２を、サーボ制御装置を適用する機械系の特性や用途によって変更する場合、ゲイン変更部７は、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差やそれにフィルタ操作を行った信号が、設定した閾値よりも大きい場合は、通常条件よりも高ゲインを選択する高ゲイン条件と判断し、その条件判断に対応したゲイン変更信号ｓｇ（例えば論理値“０”、“１”の信号）を可変補償演算部４に出力する。
【００４０】
可変補償演算部４は、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“０”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２の各値を変更せず所定の固定値を用いる一方、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“１”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２の各値をセットとして変更した所定値を用いる。
【００４１】
また、ゲイン変更部７は、その判断結果に応じて例えば変更倍率といった予め定めた数値を用い、高ゲイン条件の制御ゲインＫ０、Ｋ１、Ｋ２が後述する速度応答周波数ωｓｃや零点等を考慮した所定の関係を持つように演算しその演算値をゲイン変更信号ｓｇにより可変補償演算部４に設定する。なお、通常条件と高ゲイン条件の各制御ゲインの基になる上記の変更倍率といった値は、各条件において発振等の問題を生じないように、各条件での試験等によって決定するものである。
【００４２】
あるいは、サーボ制御装置の別の適用用途においては、ゲイン変更部７は、トルク指令τｒの絶対値が所定の閾値よりも小さい場合は無負荷状態と判断して通常条件の制御ゲインよりも低ゲインを選択する低ゲイン条件と判断し、その条件判断に対応したゲイン変更信号ｓｇを可変補償演算部４に出力し、その低ゲインの制御ゲインを可変補償演算部４に設定する。
【００４３】
一般に、高速高精度な制御を実現するためには、制御対象２の動作位置や動作速度のフィードバック制御を行う制御（位置制御や速度制御）での制御ゲインを大きくする必要があるが、逆に大きくしすぎると発振などの不安定化を誘発するため、不安定化を発生させない範囲に制御ゲインを大きくする必要がある。この発振のし易さは速度や加速度などの動作条件に応じて変化する。
【００４４】
この問題に対し本実施の形態１では、ゲイン変更部７によるゲイン変更結果の全ては積分補償器５を経由して偏差補償トルクτｂの計算に反映されるので、ゲイン変更部７による条件に応じたゲイン変更が、そのゲイン切換え時点に不連続が生ずるという問題を生ずることなく行える。その結果、例えば、誤差が大きくなりやすい場合、あるいは発振し難い条件の場合だけ、制御ゲインを大きくし、それ以外の場合は安定性を重視して制御ゲインを小さくすることが可能となり、安定的に高速高精度な制御が実現できる。
【００４５】
なお、一般的なサーボ制御装置においては、エンコーダで検出した位置検出値を２階微分した加速度信号にはノイズが多く含まれているため、主要な制御動作に利用されることは少ないが、本実施の形態１では、上記のように加速度信号の成分は必ず積分補償器５で積分されて速度比例制御と等価な特性として用いられるため、結果的にトルク指令への上記ノイズの影響は大きくならない。
【００４６】
次に、ゲイン変更部７における各ゲインの決定方法とその作用効果について説明する。
上記の説明では、式（８）を用いて位置のＰＩＤ制御として説明した。ここで、一般的なプロセス制御などで用いられるＰＩＤ制御の場合、通常、比例ゲインを基本として積分ゲインや微分ゲインが補助的に用いられることが多い。
【００４７】
一方、モータのサーボ制御で用いられる場合、実際の実装形態としては、位置ＰＩＤ制御と等価な速度制御と位置制御のカスケード制御といった形で実装されることも多く、速度比例ゲインと制御対象２の慣性とで定まる速度応答周波数ωｓｃを基準に、積分の折れ点周波数や位置制御の応答周波数が、その数分の１になるように定めることで良好な外乱応答特性を得るようにしている。
【００４８】
これに対し本実施の形態１においては、位置偏差ｙｅの２階微分値、すなわち加速度偏差ａｅに２次制御ゲインＫ２を乗じた値が加算された信号を積分補償器５で積分することで、２次制御ゲインＫ２が上述のように一般的な位置微分ゲインすなわち速度比例ゲインに相当する作用を行う。
【００４９】
したがって、ゲイン変更部７は、上述した条件判断に基づき各条件で安定するように、例えば上述の変更倍率に基づいて２次制御ゲインＫ２を変更するとともに、設定あるいは推定した制御対象２の慣性値Ｊで２次制御ゲインＫ２を除した値である速度応答周波数ωｓｃと、制御ゲインＫ１，Ｋ０が所定の関係を保つよう１次制御ゲインＫ１および０次制御ゲインＫ０を演算して変更することで、常に外乱応答特性を適切な設定にすることができる。
【００５０】
具体的には、例えば、式（８）で表される伝達関数τｂ／ｙｅの零点の周波数が速度応答周波数の数分の１といった指定した比率になるように、あるいは零点に類似した指標である２次制御ゲインＫ２を１次制御ゲインＫ１で除した値ｗ１と、１次制御ゲインＫ１を０次制御ゲインＫ０で除した値ｗ０が速度応答周波数に対して数分の１といった所定の比率になるよう、０次制御ゲインＫ０および１次制御ゲインＫ１を計算して設定する。上記の所定の比率として通常の制御ゲインの比率を変化させないように計算してもよい。
【００５１】
なお、ゲイン変更部７が例えば高ゲイン条件に対応した制御ゲインＫ０、Ｋ１、Ｋ２の全てを記憶する記憶要素を備え、その記憶要素へ値を設定する際に、上記のような所定の関係を持つように演算するゲイン演算部を備え、ゲイン変更部７が高ゲイン条件と判断した場合はゲイン変更信号ｓｇに基づいて制御ゲインＫ０、Ｋ１、Ｋ２を読み出し、可変補償演算部４に設定するよう構成してもよい。
【００５２】
また、サーボ制御装置を搬送装置に適用するような場合においては、ゲイン変更部７が例えばトルク指令τｒおよび位置検出値ｙｍの変化から制御対象２の慣性値Ｊの推定を行い、搬送物の重量が変化して慣性値Ｊが大きく変化した時点を検出し、速度応答周波数ωｓｃが常に一定になるように２次制御ゲインＫ２を変更してもよい。
【００５３】
このように、２次制御ゲインＫ２は、外乱抑制効果や発振のし易さに大きく影響し、制御帯域と呼ばれる応答の速さを決定するものであるが、本実施の形態１では、この２次制御ゲインＫ２の値もトルク指令τｒの不連続や制御対象２の応答の急変を発生させることなく、制御対象２の動作中に切換えることが可能になる。その結果、発振のし易さに応じて制御特性を大きく変化させながら、外乱応答特性を常に最適な状態に保つことが可能になる。
【００５４】
なお、ゲイン変更部７における条件判断は、本実施の形態１によるサーボ制御装置１ａを適用する用途に応じて、制御ゲインの大きさを変更したい条件を経験則などに応じて適宜設定すればよく、上記のように外乱の影響の大きい条件をモデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差に基づいて判断すること以外に、一般にトルク伝達機構におけるバックラッシュに起因した発振を生じやすい条件であるトルク指令τｒが小さい条件を、トルク指令τｒと所定の閾値との比較により判断する、あるいは停止近傍、速度一定の条件などをモデル位置ｙａの微分値であるモデル速度の大きさから判断するなど、適用用途に応じて様々に設定してよい。
【００５５】
また、ゲイン変更部７により変更する可変補償演算部４の制御ゲインの値は、上記のような関係性を満たすことが望ましいが、その大きさは各条件での安定性を吟味し、各条件での試行錯誤で決定してよく、たとえそれらのゲインの値が制御対象２の動作中に不連続に大きく変更しても、トルク指令τｒは極端に急峻な変化はしないため、条件判断の設定や変更後のゲインの設定の選択自由度が高く、例えば経験や試行錯誤による簡単に設定により、従来よりも発振を生じ難い高精度な制御を実現できる。
【００５６】
次に、規範モデル部３を用いるので、次のような作用効果が得られる。
規範モデル部３は、上述のように、モデルトルクτａを計算して出力するので、仮に規範モデル部３で想定した制御対象２のモデルと制御対象２の特性とが完全に一致したとすると、モデルトルクτａをトルク指令τｒとして制御対象２の機械系を駆動する。これによって、制御対象２は、位置検出値ｙｍがモデル位置ｙａに完全に一致するように動作する。
【００５７】
したがって、制御対象２の実際の特性にある程度近い特性を規範モデル部３で想定できていれば、位置指令ｙｃに対する制御対象２の応答は、概略としては可変補償演算部４および積分補償器５からなるフィードバック補償部とは無関係に、規範モデル部３で設定した伝達関数Ｆａ（ｓ）で決定される。
【００５８】
また、位置偏差ｙｅ、速度偏差ｖｅ、加速度偏差ａｅといった制御偏差は、規範モデル部３で想定したモデルの制御対象２に対する誤差の影響と、制御対象２に加わる外乱の影響とにより、実際には０でない値となるが、これらの制御偏差は規範モデル部３の作用によって基本的には小さい値である。
【００５９】
また、速度が０でない動作中や加減速中などでも、速度一定状態や加速度一定状態が、制御時定数で決まるある程度の時間だけ続けば、可変補償演算部４および積分補償部５からなるフィードバック補償部の作用によって制御偏差はゼロになる特性を持つ。
【００６０】
さらに、規範モデル部３を備えるので、位置指令ｙｃの変化に応じて制御対象２が動作している最中でも、フィードバック補償部は、基本的にはゼロに近い制御偏差に対して補償を行う。そのため、ゲイン変更部７の作用によって可変補償演算部４における制御ゲインの変更を行っても、位置指令ｙｃに対する制御対象２の追従特性は変更しないため、制御対象２の応答を急変させないという効果を有する。
【００６１】
以上、説明したように、本実施の形態１では、ゲイン変更部７が可変補償演算部４における各ゲインの値を変更しても、そのゲイン切換え時にトルク指令τｒの不連続を発生させることなく制御対象２の位置指令ｙｃに対する追従特性を変化させることもないため、応答を急変させることもない。
【００６２】
また、規範モデル部３を備え、ゲイン変更部７がモデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差、あるいは、それにハイパスフィルタを作用させた信号などと、設定した閾値とを比較することにより、制御対象２を動作させている最中でも外乱の影響が大きいタイミングを簡単に検出できる。そして、その条件でだけ制御ゲインを大きくし、それ以外の場合は安定性を重視して制御ゲインを小さくするので、定常的な発振を抑制しながら、加減速時も含めて制御精度を向上させることができる。
【００６３】
したがって、本実施の形態１によれば、制御対象が動作している最中に動作条件に応じて制御ゲインを変更する場合でも、トルク指令を不連続に変化させたり、位置指令に対する応答特性を大きく変化させたりすることなく、制御ゲインを簡単かつ適切に変更できるので、幅広い用途に対応して発振による不安定化を抑制しながら制御精度を向上させることが可能になる。
【００６４】
また、偏差に基づいて対応する制御ゲインを変更するので、外乱の大きい場合にだけ対応する制御ゲインを大きくすることができ、幅広い用途に対応して不安定定化を抑制しながら制御精度を向上させることが可能になる。
【００６５】
さらに、可変補償演算部４が生成する可変補償値Ｄτに含まれる加速度偏差ａｅは必ず積分補償器５で積分されて速度偏差ｖｅと等価な特性として用いられるので、ゲイン変更部７が、可変補償演算部４が可変補償値Ｄτの演算に用いる制御ゲインのうち少なくとも２次制御ゲインＫ２の値を変更し、可変補償演算部４が、可変補償値Ｄτを、位置偏差ｙｅに０次制御ゲインＫ０を乗じた値と、少なくとも位置偏差ｙｅの２階微分値（加速度偏差ａｅ）にゲイン変更部７が値を変更した２次制御ゲインＫ２を乗じた値とを加算して生成し、積分補償器５へ出力する構成でもよい。
【００６６】
この構成によれば、速度ゲイン相当の２次制御ゲインＫ２を変更して制御帯域を可変にしてもトルク指令τｒを連続にすることができるので、より幅広い用途に応じて不安定化を抑制しながら制御精度を向上させることが可能になる。
【００６７】
加えて、可変補償演算部４が、可変補償値Ｄｒを、位置偏差ｙｅに０次制御ゲインＫ０を乗じた値と、位置偏差ｙｅの１階微分値（速度偏差ｖｅ）に１次制御ゲインＫ１を乗じた値と、位置偏差ｙｅの２階微分値（加速度偏差ａｅ）に２次制御ゲインＫ２を乗じた値とを加算して生成し、ゲイン変更部７が、２次制御ゲインＫ２を制御対象２の慣性値で除した値に基づいて、可変補償演算部４が可変補償値Ｄｒの演算に用いる０次、１次および２次の各制御ゲインのうち少なくとも一つの制御ゲインの値を変更する構成でもよい。
【００６８】
この構成によれば、速度ゲイン相当の２次制御ゲインＫ２を変更して制御帯域を可変にしてもトルク指令τｒを連続にすることができるので、条件に応じて外乱抑制効果が常に適切になるよう２次制御ゲインＫ２を変更することが可能になる。
【００６９】
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図２では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００７０】
図２において、本実施の形態２によるサーボ制御装置１ｂは、制御対象２の動作位置をフィードバック制御により目標値に追従させる位置制御を行う構成として、規範モデル部３と、可変補償演算部１０と、積分補償器１１と、トルク加算器１２と、固定ゲイン補償部１３と、ゲイン変更部１４とを備えている。制御対象２及び規範モデル部３は、実施の形態１にて説明したので、ここではその説明を省略する。
【００７１】
可変補償演算部１０は、減算器１０ａと、微分器１０ｂと、可変ゲイン乗算加算部１０ｃとを備えている。
減算器１０ａは、実施の形態１での減算器４ａと同様に、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差である位置偏差ｙｅを計算する。この位置偏差ｙｅは、微分器１０ｂと可変ゲイン乗算加算部１０ｃと固定ゲイン補償部１３とに入力される。
【００７２】
微分器１０ｂは、実施の形態１での微分器４ｂと同様に、位置偏差ｙｅの微分値である速度偏差ｖｅを計算する。この速度偏差ｖｅは、可変ゲイン乗算加算部１０ｃに入力される。
【００７３】
可変ゲイン乗算加算部１０ｃは、式（９）に示すように、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差である位置偏差ｙｅに０次制御ゲインＫ０を乗じた値と、位置偏差ｙｅの微分である速度偏差ｖｅに１次制御ゲインＫ１を乗じた値との加算値を可変補償値Ｄτとして求め、それを積分補償器１１へ出力する。このときに用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１の値は、後述するゲイン変更部１４から入力されるゲイン変更信号ｓｇが指定したゲイン値である。
Ｄτ  ＝  Ｋ０・ｙｅ  ＋  Ｋ１・ｖｅ  …（９）
【００７４】
次に、積分補償器１１は、可変補償演算部１０にて演算された式（９）で示される可変補償値Ｄτを時間積分しその積分特性に応じた可変補償トルクτｉを求め、それをトルク加算器１２へ出力する。この可変補償トルクτｉは、次の式（１０）で示される。なお、式（１０）において、ｓはラプラス演算子である。
τｉ  ＝  （１／ｓ）（Ｋ０  ＋  Ｋ１・ｓ）ｙｅ  …（１０）
【００７５】
また、固定ゲイン補償部１３は、例えば式（１１）に示す微分補償の演算を行って固定補償トルクτｃを求め、それをトルク加算器１２へ出力する。すなわち、固定ゲイン補償部１３は、モデル位置信号ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差である位置偏差ｙｅに対し、固定ゲインである速度ゲインＫｖを用い、微分と速度ゲインＫｖの乗算とを作用させて固定補償トルクτｃを求める。
τｃ  ＝  （Ｋｖ・ｓ）ｙｅ  …（１１）
なお、固定ゲイン補償部１３は、微分補償に代えて比例微分補償等によって固定補償トルクτｃを求めてもよい。
【００７６】
そして、トルク加算器１２は、制御対象２へのトルク指令τｒを、モデルトルクτａに可変補償トルクτｉと固定補償トルクτｃとを加算して生成する。
【００７７】
次に、本実施の形態２によるゲイン変更部１４は、符号は違えてあるが実施の形態１のゲイン変更部７と同様の方法で、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとトルク指令τｒとの全部または一部に基づき、所定の条件判断や計算式により、可変補償演算部１０で用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値を、全部をセットとして、または、個別に、決定し、その決定した値をゲイン変更信号ｓｇにより可変補償演算部１０に通知し設定する。
【００７８】
すなわち、ゲイン変更部１４は、実施の形態１のゲイン変更部７と同様に、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとトルク指令τｒとに基づき、モデル位置ｙａと位置検出値ｙｍとの偏差や、それにフィルタを作用させた信号が閾値よりも大きい場合は、通常条件よりも高ゲインを選択する高ゲイン条件と判断し、この条件判断に対応したゲイン変更信号ｓｇ（例えば論理値“０”、“１”の信号）を可変補償演算部１０に出力する。
【００７９】
可変補償演算部１０は、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“０”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値を変更せず所定の固定値を用いる一方、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“１”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値をセットとして変更した所定値を用いる。
【００８０】
また、ゲイン変更部１４は、その判断結果に応じて予め記憶させた高ゲイン条件での通常よりも高いゲイン値である０次制御ゲインＫ０及び１次制御ゲインＫ１の各値をセットで、または、個別に、ゲイン変更信号ｓｇを用いて可変補償演算部１０に設定する。
【００８１】
あるいは、サーボ制御装置の別の適用用途においては、ゲイン変更部１４は、トルク指令τｒの絶対値が所定の閾値よりも小さい場合は無負荷状態と判断し、通常条件のゲインよりも低ゲインを選択する低ゲイン条件と判断し、その条件判断に対応したその低ゲインの制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値をセットで、または、個別に、ゲイン変更信号ｓｇを用いて可変補償演算部１０に設定する。
【００８２】
ここで、本実施の形態２では、上記のように、可変補償トルクτｉと固定補償トルクτｃとの和によってフィードバック補償を行うので、この和を実施の形態１にて説明した偏差補償トルクτｂと記述すると、式（１０）及び式（１１）により、本実施の形態２での偏差補償トルクτｂは、次式（１２）で表される。
τｂ  ＝  τi  ＋  τｃ
＝  （１／ｓ）（Ｋ０  ＋  Ｋ１・ｓ）ｙｅ
＋  （Ｋｖ・ｓ）ｙｅ  …（１２）
【００８３】
そうすると、式（１２）から、位置偏差ｙｅから偏差補償トルクτｂを介したトルク指令τｒまでの伝達関数τｂ／ｙｅは、次の式（１３）と求められる。
τｂ／ｙｅ  ＝  Ｋ０／ｓ  ＋  Ｋ１  ＋  Ｋｖ・ｓ  …（１３）
【００８４】
すなわち、位置偏差ｙｅから偏差補償トルクτｂを介したトルク指令τｒまでの伝達関数τｂ／ｙｅは、実施の形態１における式（８）や一般的なＰＩＤ制御と同様である。したがって、本実施の形態２においては、可変補償演算部１０における０次制御ゲインＫ０を位置積分ゲインとし、１次制御ゲインＫ１を位置比例ゲインとし、固定ゲイン補償部１３における速度ゲインＫｖを位置微分ゲインすなわち速度比例ゲインとしたものと等価であることが解る。
【００８５】
本実施の形態２によるサーボ制御装置１ｂは、以上のように構成されているので、実施の形態１と同様に、ゲイン変更部１４の作用により、制御対象２の特性や用途に応じて、経験則や試行錯誤に基づいて設定した条件に応じて、例えば誤差が大きくなりやすい場合だけ、あるいは発振し難い場合に制御ゲインが相対的に大きくなるようにし、それ以外の場合は安定性を重視して制御ゲインを小さくするように、急変の問題を回避しながら切換えることで、安定に高速高精度な制御が実現できる。
【００８６】
そのとき、可変補償演算部１０においてゲイン変更部１４により変更された制御ゲインを用いて演算した可変補償値Ｄτを、次段の積分補償器１１で積分する構成としているので、ゲイン変更時に可変補償値Ｄτが不連続に変化したとしても、積分補償器１１の出力である可変補償トルクτｉやトルク指令τｒは連続的に変化する。すなわち、ゲイン変更を考慮しない伝達関数としては通常のＰＩＤ制御と全く同じであるが、ゲイン切換え時に全くトルク指令τｒに不連続を発生させない切換え制御を実現できる。
【００８７】
また、位置指令ｙｃを入力とする規範モデル部３を備えるので、位置指令ｙｃの変化に応じて制御対象２が動作している最中において、ゲイン変更部１４の作用によって可変補償演算部１０における可変制御ゲインの変更を行っても、実施の形態１と同様に、制御対象２の応答を急変させないという効果を有する。
【００８８】
ここで、実施の形態１では、３つの制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２の全てがゲイン変更部７の変更対象である場合を示している。本実施の形態２では、その３つの制御ゲインＫ０，Ｋ１，Ｋ２中の２次制御ゲインＫ２は、固定ゲイン補償部１３が位置偏差ｙｅから直接的に適用する速度ゲインＫｖに相当している。つまり、本実施の形態２では、速度ゲインＫｖは、固定値であり、ゲイン変更部１４での変更対象ではない。
【００８９】
これによって、実施の形態１に比べると実装面で簡単という利点がある一方で、一般に制御帯域と呼ばれる応答の速さや、制御系の高周波数領域の特性はほぼ固定値となり、位置比例ゲインや位置積分ゲインに相当する特性、すなわち低周波数領域の特性のみ可変としている。したがって、実施の形態１に比べると実現可能な範囲が狭いものの、外乱の影響が大きい時点でのみ制御ゲインを大きくすることで、不安定化による振動をなるべく抑制しながら制御精度を向上させるような制御を実現することができる。
【００９０】
よって、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、制御対象が動作している最中に動作条件に応じて制御ゲインを変更する場合でも、トルク指令を不連続に変化させたり、位置指令に対する応答特性を大きく変化させたりすることなく、制御ゲインを簡単かつ適切に変更できるので、幅広い用途に対応して発振による不安定化を抑制しながら制御精度を向上させることが可能になる。
【００９１】
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３によるサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図３において、本実施の形態３によるサーボ制御装置１ｃは、制御対象２０の動作速度をフィードバック制御により目標値に追従させる速度制御を行う構成として、規範モデル部２１と、可変補償演算部２２と、積分補償器２３と、トルク加算器２４と、ゲイン変更部２５とを備えている。
【００９２】
制御対象２０は、構成要素の図示は省略したが、モータと、このモータへの駆動電流をトルク加算器２４からのトルク指令τｒに応じて制御する電流制御部と、このモータが電流制御部からの駆動電流によりトルク指令τｒに対応したトルクを発生して駆動する機械系とを備え、検出されたモータの回転速度が制御対象２０の速度検出値ｖｍとして出力される。速度検出値ｖｍは、フィードバック信号として、可変補償演算部２２とゲイン変更部２５とに入力される。なお、モータには、速度検出器と位置検出器のいずれか一方または両方が取り付けられている。速度検出値ｖｍは、速度検出器の検出値、または、位置検出器の検出値の微分値である。
【００９３】
規範モデル部２１は、図示しない上位装置から動作指令としての速度指令ｖｃが入力される。規範モデル部２１は、この速度指令ｖｃに対し想定した制御対象２０のモデルが所定の伝達関数Ｆａ（ｓ）の特性で追従するモデル速度（モデル動作信号）ｖａを計算し、このように求めたモデル速度ｖａに想定した制御対象２０のモデルが一致して動作するための理想的なトルク（モデルトルク）τａを計算する。
【００９４】
例えば、制御対象２０のモデルとして慣性値（モデル慣性値）がＪａの剛体慣性を想定した場合、規範モデル部２１は、モデル速度ｖａの計算と、その微分値であるモデル加速度ａａの計算とを行い、モデル加速度ａａにモデル慣性値Ｊａを乗じることで、制御対象２０の動作がモデル速度ｖａに一致するために必要なトルク（モデルトルク）τａを計算する。
【００９５】
規範モデル部２１にて求められたモデル速度ｖａは、可変補償演算部２２とゲイン変更部２５とに入力される。また、規範モデル部２１にて求められたモデルトルクτａは、トルク加算器２４に入力される。
【００９６】
次に、可変補償演算部２２は、減算器２２ａと、微分器２２ｂと、可変ゲイン乗算加算部２２ｃとを備えている。
減算器２２ａは、モデル速度ｖａと速度検出値ｖｍとの偏差（制御偏差）である速度偏差ｖｅを計算し、微分器２２ｂと可変ゲイン乗算加算部２２ｃとに出力する。
微分器２２ｂは、実施の形態１での微分器４ｃと同様に、速度偏差ｖｅの微分値である加速度偏差ａｅを計算し、可変ゲイン乗算加算部２２ｃに出力する。
【００９７】
可変ゲイン乗算加算部２２ｃは、式（１４）に示すように、モデル速度ｖａと速度検出値ｖｍとの偏差である速度偏差ｖｅに０次制御ゲインＫ０を乗じた値と、速度偏差ｖｅの微分値である加速度偏差ａｅに１次制御ゲインＫ１を乗じた値との加算値を可変補償値Ｄτとして求め、それを積分補償器２３へ出力する。このときに用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１の値は、後述するゲイン変更部２５から入力されるゲイン変更信号ｓｇが指定したゲイン値である。
Ｄτ  ＝  Ｋ０・ｖｅ  ＋  Ｋ１・ａｅ  …（１４）
【００９８】
次に、積分補償器２３は、可変補償演算部２２にて演算された式（１４）で示される可変補償値Ｄτを時間積分してその積分特性に応じた偏差補償トルクτｂを求め、それをトルク加算器２４へ出力する。そして、トルク加算器２４は、モデルトルクτａに偏差補償トルクτｂを加算してトルク指令τｒを出力する。トルク指令τｒは、制御対象２０内の電流制御部とゲイン変更部２５とに入力される。
【００９９】
ここで、積分補償器２３が求める偏差補償トルクτｂは、次の式（１５）で表される。
τｂ  ＝  （１／ｓ）（Ｋ０  ＋  Ｋ１・ｓ）ｖｅ  …（１５）
なお、式（１５）において、ｓはラプラス演算子である。そして、式（１５）から、速度偏差ｖｅに基づいて偏差補償トルクτｂの計算を行うまでの演算経路の伝達関数τｂ／ｖｅは、次の式（１６）と求められる。
τｂ／ｖｅ  ＝  Ｋ０／ｓ  ＋  Ｋ１  …（１６）
【０１００】
すなわち、本実施の形態３でのフィードバック補償の伝達関数は、一般的な速度ＰＩ制御と同様であり、０次制御ゲインＫ０を速度積分ゲイン、１次制御ゲインＫ１を速度比例ゲインとしたものと等価であることが解る。
【０１０１】
次に、本実施の形態３によるゲイン変更部２５は、モデル速度ｖａと速度検出値ｖｍとトルク指令τｒとの全部または一部に基づき、所定の条件判断や計算式により、可変補償演算部２２で用いる制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値を、全部をセットとして、または、個別に、決定し、その決定した値をゲイン変更信号ｓｇにより可変補償演算部２２に通知し設定する。
【０１０２】
ゲイン変更部２５は、例えば、モデル速度ｖａと速度検出値ｖｍとの偏差が所定の閾値よりも大きい場合は、通常条件よりも高ゲインを選択する高ゲイン条件と判断し、その条件判断に対応したゲイン変更信号ｓｇ（例えば論理値“０”、“１”の信号）を可変補償演算部２２に出力する。
【０１０３】
可変補償演算部２２は、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“０”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値を変更せず所定の固定値を用いる一方、ゲイン変更信号ｓｇが、論理値“１”の信号であれば、例えば制御ゲインＫ０，Ｋ１の各値をセットとして変更した所定値を用いる。
【０１０４】
また、ゲイン変更部２５は、その判断結果に応じて高ゲイン条件の１次制御ゲインＫ１を所定の大きな値に変更し、１次制御ゲインＫ１を制御対象２０の慣性値Ｊで除した値に基づいて、所定の関係を保つように０次制御ゲインＫ０を演算し、ゲイン変更信号ｓｇを用いて可変補償演算部２２に設定する。これによって、常に外乱応答特性を適切な状態に保つことができる。
【０１０５】
あるいは、サーボ制御装置の別の適用用途においては、ゲイン変更部２５は、トルク指令τｒの絶対値が所定の閾値よりも小さい場合には無負荷状態と判断して通常条件のゲインよりも低ゲインを選択する低ゲイン条件と判断し、その条件判断に対応したゲイン変更信号ｓｇを可変補償演算部２２に出力し、その低ゲインの制御ゲインを可変補償演算部２２に設定する。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態３によれば、速度指令ｖｃを入力とする規範モデル部２１を備えるので、速度指令ｖｃの変化に応じて制御対象２０が動作している最中において、ゲイン変更部２５の作用により可変補償演算部２２における制御ゲインの変更が行われても、実施の形態１と同様に、制御対象２０の応答を急変させないという効果が得られる。
【０１０７】
また、ゲイン変更部２５の作用により可変補償演算部２２における制御ゲインを変更しても、可変補償演算部２２においてその変更された制御ゲインを用いて演算した可変補償値Ｄτを、次段の積分補償器２３にて積分する構成としているので、ゲイン変更時に可変補償値Ｄτが不連続に変化したとしても、積分補償器２３の出力である偏差補償トルクτｂは連続的に変化する。すなわち、ゲイン変更を考慮しない伝達関数としては通常の速度ＰＩ制御と全く同じであるが、速度比例ゲインを切換えた場合にも全くトルク指令τｒに不連続を発生させない切換え制御を実現できる。
【０１０８】
よって、本実施の形態３は、速度制御の場合であるが、その速度制御においても、制御対象２０が動作している最中において、動作条件に応じて制御ゲインを変更することにより、トルク指令τｒを不連続に変化させたり、速度指令ｖｃに対する応答特性を大きく変化させたりすることなく、幅広い用途に対応して不安定化を抑制しながら制御精度を向上させることが可能になる。
【０１０９】
なお、実施の形態１〜３では、制御対象の構成要素の一つであるモータは、駆動力をトルクと表記して回転モータであることを明示しているが、本発明で言うモータは、回転モータに限定されるものではなく、リニアモータであってもよい。つまり、実施の形態１〜３の内容は、トルクを推力に置き換えれば、そのまま、制御対象の構成要素の一つであるモータがリニアモータである場合にも適用できる。これが、特許請求の範囲において、「トルク」の用語を用いずに「駆動力」の用語を用いた理由である。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、本発明にかかるサーボ制御装置は、制御ゲインを可変にすることにより様々な用途に対して、通常の固定制御ゲインの制御系よりも制御性能を向上させる制御を、駆動力指令の不連続や動作の急変を生ずることなく実現できるサーボ制御装置として有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ａ，１ｂ，１ｃ  サーボ制御装置、２，２０  制御対象、３，２１  規範モデル部、４，１０，２２  可変補償演算部、４ａ，１０ａ，２２ａ  減算器、４ｂ，４ｃ，１０ｂ，２２ｂ  微分器、４ｄ，１０ｃ，２２ｃ  可変ゲイン乗算加算部、５，１１，２３  積分補償器、６，１２，２４  トルク加算器、７，１４，２５  ゲイン変更部、１３  固定ゲイン補償部。
【図１】
0005646073.tif 000002
【図２】
0005646073.tif 000003
【図３】
0005646073.tif 000004