(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度を微分して角速度を生成する微分器と、上記角度検出器の検出する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記微分器の出力する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度を微分して角速度を生成する微分器と、上記角度検出器の検出する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記微分器の出力する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項５】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度検出器の検出する角速度を積分し上記モータの回転角度を生成する第１の積分器と、上記第１の積分器が出力する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項６】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度検出器の検出する角速度を積分し上記モータの回転角度を生成する第１の積分器と、上記第１の積分器が出力する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項７】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度検出器の検出する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項８】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度検出器の検出する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項９】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記角加速度検出器の検出する角加速度を積分して角速度を生成する第２の積分器と、上記第２の積分器が出力する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記角加速度検出器の検出する角加速度を積分して角速度を生成する第２の積分器と、上記第２の積分器が出力する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度を微分して角速度を生成する微分器と、上記微分器が出力する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器と、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記フィードフォワード増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器と、上記角加速度積分器の出力と上記不感帯制限器の出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
制御対象を回転させるモータと、上記モータの角加速度を検出する角加速度検出器と、上記モータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の検出する角度を微分して角速度を生成する微分器と、上記微分器が出力する角速度と角速度指令との偏差を演算する角速度減算器と、上記角速度減算器の出力を増幅する角速度偏差増幅器と、上記角速度偏差増幅器の出力と上記角加速度検出器の検出する角加速度との偏差を演算すると、上記角加速度減算器の出力を積分し、出力リミッタ値がトルク外乱の最大値である±ＴDに設定された角加速度積分器と、上記角速度偏差増幅器の出力を増幅するフィードフォワード増幅器と、上記角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から上記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチと、上記角加速度積分器の出力と上記スイッチの出力を加算する加算器と、上記加算器の出力を電力増幅し上記モータに電流を供給する電力増幅器とを備えたことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、角度、及び角速度制御を要求される制御系に対して、トルク外乱特性に優れ、かつ広帯域な指令値応答を有する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１９は角加速度検出器、角速度検出器、角度検出器を有する従来技術における制御装置の構成例を示す構成図であり、図において１は制御対象を回転させるモータ、２はモータ１の角加速度を検出する角加速度検出器、３はモータ１の角速度を検出する角速度検出器、４はモータ１の回転角度を検出する角度検出器、５は角度検出器４の検出する角度と角度指令との偏差を演算する角度減算器、６は角度減算器５の出力をωP倍に増幅する角度偏差増幅器、７は角度偏差増幅器６の出力と上記角速度検出器３の検出する角速度との偏差を演算する角速度減算器、８は角速度減算器７の出力をωR倍に増幅する角速度偏差増幅器、９は角速度偏差増幅器８の出力と角加速度検出器２の検出する角加速度との偏差を演算する角加速度減算器、１０は角加速度減算器９の出力をωA・Ｊ倍に増幅して積分する角加速度積分器、１４は角加速度積分器１０の出力を電力増幅しモータ１に電流を供給する電力増幅器、ωAは角加速度検出器２の出力をフィードバックする角加速度ループのゲイン、ωRは角速度検出器３の出力をフィードバックする角速度ループのゲイン、ωPは角度検出器４の出力をフィードバックする角度ループのゲインである。また、図２０は図１９に示す制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表したブロック図であり、１５は電力増幅器１４のゲインを１と近似し制御対象の総合イナーシャをＪとした場合の制御対象、１６は角加速度を積分し角速度に変換する物理的な積分、１７は角速度を積分し回転角度に変換する物理的な積分、ＴDは制御対象に加わるトルク外乱、θaは角加速度検出器２の検出する角加速度、θbは角速度検出器３の検出する角速度、θcは角度検出器４の検出する角度を表している。また、図２１は角速度検出器、角度検出器を有する従来技術における制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表したブロック図であり、１９は角速度減算器７の出力をωR・Ｊ倍に増幅する角速度偏差増幅器である。図中、同一の記号は同一のものを表している。
【０００３】
次に動作について説明する。図２０、２１をブロック変換してトルク外乱→角度なるトルク外乱特性を求めると、図２２に示すとおりになる。ここにおいて、このトルク外乱特性とは、トルク外乱→角度までの伝達特性をボード線図により示すもので、トルク外乱の角度への影響度を表している。よって、全ての周波数に対して負のゲインを有することが影響度が少ないことを意味する。図２２では、太線が角加速度検出器２を有する場合、点線は有していない場合の特性を示している。また、図中のＫ1は制御対象固有の機械共振周波数によって制約される定数、Ｋ3は所望の角度制御帯域を表す定数、Ｋ2は角度制御系を安定化させるために設定する定数で、図２０の特性においては数１、図２１の特性においては数２が成り立つ。
【０００４】
【数１】
0003702550.tif 000002
【０００５】
【数２】
0003702550.tif 000003
【０００６】
図２２から明らかなように、図２０の制御系の方がトルク外乱特性が優れていることが分かる。
【０００７】
次に、図２０、２１をブロック変換して角度指令→角度なる指令値応答特性を求めると、図２３に示すとおりになる。この指令値応答特性とは、角度指令→角度までの伝達特性をボード線図により示すものである。よって、高周波数領域にまでゲインを有することが広帯域である、言い換えれば応答性に優れていることを意味する。図２３では、太線が角加速度検出器２を有する場合、点線は有さない場合の特性を示している。図２３から明らかなように、図２１の制御系の方が指令値応答特性が広帯域であり優れていることが分かる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、角加速度検出器を制御装置に用いると、角加速度検出器を用いない場合に比べてトルク外乱特性は改善されるものの、指令値応答は逆に低帯域化、つまり応答性が悪化してしまうという課題があった。
【０００９】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、トルク外乱特性に優れ、かつ広帯域な指令値応答を可能とする角度制御装置を得ることを目的とする。また同様に、トルク外乱特性に優れ、かつ広帯域な指令値応答を可能とする角速度制御装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成したものである。
【００１１】
第２の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号からフィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成したものである。
【００１２】
第３の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角度検出器の出力を微分して角速度を生成するように構成したものである。
【００１３】
第４の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号からフィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角度検出器の出力を微分して角速度を生成するように構成したものである。
【００１４】
第５の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償し、かつ角度検出器の代わりに角速度検出器の出力を積分して角度を生成するように構成したものである。
【００１５】
第６の発明に係る角度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号からフィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償し、かつ角度検出器の代わりに角速度検出器の出力を積分して角度を生成するように構成したものである。
【００１６】
第７の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成したものである。
【００１７】
第８の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号からフィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成したものである。
【００１８】
第９の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角加速度検出器の出力を積分して角速度を生成するように構成したものである。
【００１９】
第１０の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号からフィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角加速度検出器の出力を積分して角速度を生成するように構成したものである。
【００２０】
第１１の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDとした不感帯領域で制限する不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角度検出器の出力を微分して角速度を生成するように構成したものである。
【００２１】
第１２の発明に係る角速度制御装置は、角加速度積分器の出力をトルク外乱の最大値である±ＴDに設定してリミットすると共に、角加速度積分器の出力値がトルク外乱の最大値である±ＴD以上の場合に、常時零信号から記フィードフォワード増幅器の出力へ切り換えるスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償し、かつ角速度検出器の代わりに角度検出器の出力を微分して角速度を生成するように構成したものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明における角度制御装置の実施の形態１を示す構成図である。図において１〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１は角速度偏差増幅器８の出力をＪ・ωA／ωR倍に増幅するフィードフォワード増幅器、１２はフィードフォワード増幅器１１の出力を制限する不感帯制限器、１３は角加速度積分器１０の出力と不感帯制限器１２の出力を加算し電力増幅器１４に出力する加算器である。また、図１３は図１の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図、図１４は図１３の制御系に大振幅ステップ状の指令値が加わった場合の等価ブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００２３】
次に、図１３に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作について説明する。不感帯制限器１２の不感帯領域をトルク外乱の最大値であるーＴD〜＋ＴDとしておけば、トルク外乱が加わっても不感帯制限器１２の出力は零となるので、図１３の角度制御系は図２０に示す従来の角加速度検出器を用いた場合の角度制御系と同様になる。なお、この時、従来の制御系同様、数１が成り立つことは明らかである。
【００２４】
次に、図１３に示す角度制御系に大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作について説明する。
この時、一般に数３が成り立つ。
【００２５】
【数３】
0003702550.tif 000004
【００２６】
よって、角加速度積分器１０の出力リミッタ値をトルク外乱の最大値である±ＴDにしておけば、角加速度積分器１０の出力は一瞬にしてリミット値に達してしまい積分動作を停止する。同時に不感帯制限器１２の出力は不感帯領域を脱し、出力信号を角加速度フィードフォワード補償し始める。よって、この時の制御系は図１４に示すブロック図と等価になる。また、前述の通り図１３では数１が成り立つので、図１４をブロック変換した結果は図２１に示す従来の角加速度検出器を用いない角度制御系と等価であることは明らかである。
【００２７】
実施の形態２．
図２はこの発明における角度制御装置の実施の形態２を示す構成図である。図において１〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１は実施の形態１と同様である。１８はフィードフォワード増幅器１１の出力と零信号を角加速度積分器１０の出力リミット状態信号により切り換えるスイッチ、１３は角加速度積分器１０の出力とスイッチ１８の出力を加算し電力増幅器１４に出力する加算器である。また、図１５は図２の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００２８】
次に、図１５に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作について説明する。スイッチ１８は通常0側となるように設定しておけばスイッチ１８の出力は零となるので、図１５の角度制御系は図２０に示す従来の角加速度検出器を用いた場合の角度制御系と同様になる。なお、この時、従来の制御系同様、数１が成り立つことは明らかである。
【００２９】
次に、図１５に示す角度制御系に大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作について説明する。
実施の形態１同様に、この時、一般に数３が成り立つ。
【００３０】
よって、角加速度積分器１０の出力リミッタ値をトルク外乱の最大値である±ＴDにしておけば、角加速度積分器１０の出力は一瞬にしてリミット値に達してしまい積分動作を停止する。同時に、リミッタ値に入ったことを知らせる角加速度積分器１０の出力リミット状態信号でスイッチ１８の接点を1側に切り換えるようにしておけば、スイッチ１８の出力信号を角加速度フィードフォワード補償し始める。よって、この時の制御系は図１４に示すブロック図と等価になる。また、前述の通り図１５では数１が成り立つので、図１４をブロック変換した結果は図２１に示す従来の角加速度検出器を用いない角度制御系と等価であることは明らかである。
【００３１】
実施の形態３．
図３はこの発明における角度制御装置の実施の形態３を示す構成図である。図において１、２、４〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１〜１３は実施の形態１と同様である。２０は角度検出器４の検出する角度を微分して角速度を生成する微分器である。また、図１３は図３の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００３２】
図１３に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに微分器１９の出力を用いる以外、実施の形態１と全く同様である。
【００３３】
実施の形態４．
図４はこの発明における角度制御装置の実施の形態４を示す構成図である。図において１、２、４〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１、１３、１８は実施の形態２と同じものであり、２０は実施の形態３と同様である。また、図１５は図４の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００３４】
図１５に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに微分器２０の出力を用いる以外、実施の形態２と全く同様である。
【００３５】
実施の形態５．
図５はこの発明における角度制御装置の実施の形態５を示す構成図である。図において１〜３、５〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１〜１３は実施の形態１と同様である。２１は角速度検出器３の検出する角速度を積分して角度を生成する第１の積分器である。また、図１３は図５の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００３６】
図１３に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作については、角度検出器の代わりに第１の積分器２１の出力を用いる以外、実施の形態１と全く同様である。
【００３７】
実施の形態６．
図６はこの発明における角度制御装置の実施の形態６を示す構成図である。図において１、〜３、５〜１０、及び１４は従来の角度制御装置と同じものであり、１１、１３、１８は実施の形態２と同じものであり、２１は実施の形態５と同様である。また、図１５は図６の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００３８】
図１５に示す角度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角度指令が加わったときの動作については、角度検出器の代わりに第１の積分器２１の出力を用いる以外、実施の形態２と全く同様である。
【００３９】
実施の形態７．
図７はこの発明における角速度制御装置の実施の形態７を示す構成図である。図において１〜３、７〜１０、及び１４は従来の角加速度検出器、角速度検出器を有する角速度制御装置と同じものであり、１１〜１３は実施の形態１と同じものである。また、図１６は図７の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図、図１７は図１６の制御系に大振幅ステップ状の指令値が加わった場合の等価ブロック図、図２４は角加速度検出器、角速度検出器を有する角速度制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表したブロック図、図２５は角速度検出器のみを有する角速度制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表したブロック図、図２６は図２４、２５をブロック変換して求めたトルク外乱→角速度なるトルク外乱特性を比較した図、図２７は図２４、２５をブロック変換して求めた角速度指令→角速度なる指令値応答特性を比較した図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１、２２、２３と同一である。
【００４０】
図２６のトルク外乱特性図は、図２２に示す角度制御系の場合同様、トルク外乱の角速度への影響度を表している。よって、図２６から明らかなように図２４の角加速度検出器を有する制御系の方がトルク外乱特性が優れていることが分かる。
【００４１】
また、図２７の指令値応答特性図は、図２３に示す角度制御系の場合同様、高周波数領域にまでゲインを有することが広帯域である、言い換えれば応答性に優れていることを意味する。よって、図２７から明らかなように、図２５の角加速度検出器を有していない制御系の方が指令値応答特性が広帯域であり優れていることが分かる。
【００４２】
次に、図１６に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作について説明する。不感帯制限器１２の不感帯領域をトルク外乱の最大値であるーＴD〜＋ＴDとしておけば、トルク外乱が加わっても不感帯制限器１２の出力は零となるので、図１６の角速度制御系は従来の角加速度検出器を用いた場合の角速度制御系と同様になる。この時、数４が成り立つことは明らかである。なお、Ｋ2′は所望の角速度制御帯域を表す定数を表す。
【００４３】
【数４】
0003702550.tif 000005
【００４４】
次に、図１６に示す角速度制御系に大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作について説明する。
この時、角度制御系と同様に、一般に数３が成り立つ。
【００４５】
よって、角加速度積分器１０の出力リミッタ値をトルク外乱の最大値である±ＴDにしておけば、角加速度積分器１０の出力は一瞬にしてリミット値に達してしまい積分動作を停止する。同時に不感帯制限器１２の出力は不感帯領域を脱し、出力信号を角加速度フィードフォワード補償し始める。よって、この時の制御系は図１７に示すブロック図と等価になる。また、前述の通り図１６では数４が成り立つので、図１７をブロック変換した結果は従来の角加速度検出器を用いない角速度制御系と等価であることは明らかである。
【００４６】
実施の形態８．
図８はこの発明における角速度制御装置の実施の形態８を示す構成図である。図において１〜３、７〜１０及び１４は従来の角速度制御装置と同じものであり、１１、１３、１８は実施の形態２と同じものである。また、図１８は図８の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００４７】
次に、図１８に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作について説明する。スイッチ１８は通常0側となるように設定しておけばスイッチ１８の出力は零となるので、図１８の角速度制御系は従来の角加速度検出器を用いた場合の角速度制御系と同様になる。なお、この時、数４が成り立つことは明らかである。
【００４８】
次に、図１８に示す角速度制御系に大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作について説明する。
実施の形態２同様に、この時、一般に数３が成り立つ。
【００４９】
よって、角加速度積分器１０の出力リミッタ値をトルク外乱の最大値である±ＴDにしておけば、角加速度積分器１０の出力は一瞬にしてリミット値に達してしまい積分動作を停止する。同時に、リミッタ値に入ったことを知らせる角加速度積分器１０の出力リミット状態信号でスイッチ１８の接点を1側に切り換えるようにしておけば、スイッチ１８の出力信号を角加速度フィードフォワード補償し始める。よって、この時の制御系は図１７に示すブロック図と等価になる。また、前述の通り図１８では数４が成り立つので、図１７をブロック変換した結果は従来の角加速度検出器を用いない角速度制御系と等価であることは明らかである。
【００５０】
実施の形態９．
図９はこの発明における角速度制御装置の実施の形態９を示す構成図である。図において１、２、７〜１０、及び１４は従来の角速度制御装置と同じものであり、１１〜１３は実施の形態１と同じものである。２２は角加速度検出器２の検出する角加速度を積分して角速度を生成する第２の積分器である。また、図１６は図９の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００５１】
図１６に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに第２の積分器２２の出力を用いる以外、実施の形態７と全く同様である。
【００５２】
実施の形態１０．
図１０はこの発明における角速度制御装置の実施の形態１０を示す構成図である。図において１、２、７〜１０、及び１４は従来の角速度制御装置と同じものであり、１１、１３、１８は実施の形態８と同じものであり、２２は実施の形態９と同様である。また、図１８は図１０の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００５３】
図１８に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに第２の積分器２２の出力を用いる以外、実施の形態８と全く同様である。
【００５４】
実施の形態１１．
図１１はこの発明における角速度制御装置の実施の形態１１を示す構成図である。図において１、２、４、７〜１０、及び１４は従来の角速度制御装置と同じものであり、１１〜１３は実施の形態７と同じものであり、１９は実施の形態３と同様である。また、図１６は図１１の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００５５】
図１６に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに微分器１９の出力を用いる以外、実施の形態７と全く同様である。
【００５６】
実施の形態１２．
図１２はこの発明における角速度制御装置の実施の形態１２を示す構成図である。図において１、２、４、７〜１０、及び１４は従来の角速度制御装置と同じものであり、１１、１３、１８は実施の形態８と同じものであり、１９は実施の形態３と同様である。また、図１８は図１２の制御装置をラプラス演算子Ｓを用いて表現したブロック図である。また、図中、同一記号は図１９〜２１と同一である。
【００５７】
図１８に示す角速度制御系にトルク外乱が加わったときの動作、及び大振幅ステップ状の角速度指令が加わったときの動作については、角速度検出器の代わりに微分器１９の出力を用いる以外、実施の形態８と全く同様である。
【００５８】
【発明の効果】
第１の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。
【００５９】
第２の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。
【００６０】
第３の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６１】
第４の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６２】
第５の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角度検出器の代わりに角速度検出器の出力の積分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６３】
第６の発明に係わる角度制御装置は、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角度検出器の代わりに角速度検出器の出力の積分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６４】
第７の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。
【００６５】
第８の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。
【００６６】
第９の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角加速度検出器の出力の積分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６７】
第１０の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角加速度検出器の出力の積分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６８】
第１１の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力を不感帯制限器でリミットして角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【００６９】
第１２の発明に係わる角速度制御装置では、角加速度積分器の出力をリミットすると共に、角速度偏差増幅器の出力と零信号をスイッチにて切り換えて角加速度フィードフォワード補償するように構成しているので、トルク外乱特性に優れ、かつ角速度指令値応答を広帯域にできる効果がある。また、角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いるので、装置の低コスト化、小型化が図れる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明における角度制御装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】  この発明における角度制御装置の実施の形態２を示す構成図である。
【図３】  この発明における角度制御装置の実施の形態３を示す構成図である。
【図４】  この発明における角度制御装置の実施の形態４を示す構成図である。
【図５】  この発明における角度制御装置の実施の形態５を示す構成図である。
【図６】  この発明における角度制御装置の実施の形態６を示す構成図である。
【図７】  この発明における角速度制御装置の実施の形態７を示す構成図である。
【図８】  この発明における角速度制御装置の実施の形態８を示す構成図である。
【図９】  この発明における角速度制御装置の実施の形態９を示す構成図である。
【図１０】  この発明における角速度制御装置の実施の形態１０を示す構成図である。
【図１１】  この発明における角速度制御装置の実施の形態１１を示す構成図である。
【図１２】  この発明における角速度制御装置の実施の形態１２を示す構成図である。
【図１３】  この発明における角度制御装置の実施の形態１のブロック図である。
【図１４】  この発明における角度制御装置に大振幅ステップ状の角度指令が加わった場合のブロック図である。
【図１５】  この発明における角度制御装置の実施の形態２のブロック図である。
【図１６】  この発明における角速度制御装置の実施の形態７のブロック図である。
【図１７】  この発明における角速度制御装置に大振幅ステップ状の角速度指令が加わった場合のブロック図である。
【図１８】  この発明における角速度制御装置の実施の形態８のブロック図である。
【図１９】  従来装置における角度制御装置の構成図である。
【図２０】  従来装置における角加速度検出器を有する角度制御装置のブロック図である。
【図２１】  従来装置における角加速度検出器を持たない角度制御装置のブロック図である。
【図２２】  角度制御装置の外乱特性を示す特性図である。
【図２３】  角度制御装置の指令値応答特性を示す特性図である。
【図２４】  角速度制御装置の外乱特性を示す特性図である。
【図２５】  角速度制御装置の指令値応答特性を示す特性図である。
【図２６】  トルク外乱→角速度なるトルク外乱特性を比較した図である。
【図２７】  角速度指令→角速度なる指令値応答特性を比較した図である。
【符号の説明】
１  モータ
２  角加速度検出器
３  角速度検出器
４  角度検出器
５  角度減算器
６  角度偏差増幅器
７  角速度減算器
８  角速度偏差増幅器
９  角加速度減算器
１０  角加速度積分器
１１  フィードフォワード増幅器
１２  不感帯制限器
１３  加算器
１４  電力増幅器
１５  積分
１６  積分
１７  積分
１８  スイッチ
１９  角速度偏差増幅器
２０  微分器
２１  第１の積分器
２２  第２の積分器
【図１】
0003702550.tif 000006
【図２】
0003702550.tif 000007
【図３】
0003702550.tif 000008
【図４】
0003702550.tif 000009
【図５】
0003702550.tif 000010
【図６】
0003702550.tif 000011
【図７】
0003702550.tif 000012
【図８】
0003702550.tif 000013
【図９】
0003702550.tif 000014
【図１０】
0003702550.tif 000015
【図１１】
0003702550.tif 000016
【図１２】
0003702550.tif 000017
【図１３】
0003702550.tif 000018
【図１４】
0003702550.tif 000019
【図１５】
0003702550.tif 000020
【図１６】
0003702550.tif 000021
【図１７】
0003702550.tif 000022
【図１８】
0003702550.tif 000023
【図１９】
0003702550.tif 000024
【図２０】
0003702550.tif 000025
【図２１】
0003702550.tif 000026
【図２２】
0003702550.tif 000027
【図２３】
0003702550.tif 000028
【図２４】
0003702550.tif 000029
【図２５】
0003702550.tif 000030
【図２６】
0003702550.tif 000031
【図２７】
0003702550.tif 000032