(57)【要約】      （修正有）【課題】制御の応答性の向上を図り、制御の安定化を図ることができるサーボモータの制御装置を実現する。【解決手段】サーボモータの制御装置は、電流指令値に基づきサーボモータに流れる電流を制御する電流制御ループとして第１の電流制御ループ２１または第１の電流制御ループ２１よりも応答速度の遅い第２の電流制御ループ２２のいずれかを選択する電流制御ループ選択手段１１と、電流制御ループ選択手段１１によって選択された第１の電流制御ループ２１もしくは第２の電流制御ループ２２の入力もしくは出力を、設定された減衰率に従って特定の周波数帯において減衰させるフィルタ１２と、フィルタ１２の減衰率として、電流制御ループ選択手段１１により第１の電流制御ループ２１が選択されたとき第１の減衰率に設定し、第２の電流制御ループ２２が選択されたとき第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定するフィルタ減衰率設定手段１３とを備える。【選択図】図１
2014171360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を駆動するサーボモータの制御装置であって、
入力された電流指令値に基づきサーボモータに流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、第１の電流制御ループまたは前記第１の電流制御ループよりも応答速度の遅い第２の電流制御ループのうちのいずれかを選択する電流制御ループ選択手段と、
前記電流制御ループ選択手段によって選択された前記第１の電流制御ループもしくは前記第２の電流制御ループの入力もしくは出力を、設定された減衰率に従って、特定の周波数帯において減衰させるフィルタと、
前記フィルタの減衰率として、前記電流制御ループ選択手段により前記第１の電流制御ループが選択されたときは第１の減衰率に設定し、前記第２の電流制御ループが選択されたときは前記第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定するフィルタ減衰率設定手段と、
を備えることを特徴とするサーボモータの制御装置。
【請求項２】
前記第１の電流制御ループに設けられる補償器はＰＩ補償器であり、前記第２の電流制御ループに設けられる補償器は比例先行型ＰＩ補償器である請求項１に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項３】
前記第１の電流制御ループにおける電流制御ループゲインは、前記第２の電流制御ループにおける電流制御ループゲインよりも大きい値に設定される請求項１または２に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項４】
前記第１の電流制御ループおよびこれに対応する前記第１の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、前記第２の電流制御ループおよびこれに対応する前記第２の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数で略同一となるように、前記第１の減衰率および前記第２の減衰率が設定される請求項１〜３のいずれか一項に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項５】
サーボモータの速度指令値を作成する速度指令作成手段と、
サーボモータの速度情報を検出する速度検出手段と、
前記速度指令作成手段により作成された速度指令値と前記速度検出手段により検出された速度情報とに基づいて、前記電流指令値を作成する電流指令作成手段と、
を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項６】
サーボモータの位置指令値を作成する位置指令作成手段と、
サーボモータの位置情報を検出する位置検出手段と、
を備え、
前記速度指令作成手段は、前記位置指令作成手段により作成された位置指令値と前記位置検出手段により検出された位置情報とに基づいて、前記速度指令値を作成する請求項５に記載のサーボモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の駆動源として用いられるサーボモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の駆動源として用いられるサーボモータを駆動制御するための制御装置は、一般に位置制御ループ、速度制御ループおよび電流制御ループの３重の制御ループから構成されることが多い。
【０００３】
図７は、一般的なサーボモータの制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。
【０００４】
位置制御ループにおいては、サーボモータ２に取り付けられた位置検出手段１４２により検出されたサーボモータ２の位置情報と位置指令作成手段（図示せず）で作成された位置指令値とに基づいて、速度指令作成手段１３１により速度指令値を作成する。速度制御ループにおいては、サーボモータ２に取り付けられた速度検出手段１４１により検出されたサーボモータ２の速度情報と速度指令作成手段１３１により作成された速度指令値とに基づいて、電流指令作成手段１２１により電流指令値を作成する。電流制御ループにおいては、サーボモータ２の駆動電流の検出値と電流指令作成手段１２１により作成された電流指令値とに基づいて、補償器１１１を用いて電力変換器３を駆動するための駆動指令を作成する。電力変換器３は、例えば内部に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する逆変換器であり、受信した駆動指令により、電力変換器３内のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで直流電力をサーボモータ２の駆動用の交流電力に変換する変換動作を制御する。サーボモータ２は、電力変換器３から出力された交流電力を駆動電力として動作するので、電力変換器３から出力される交流電力を制御すれば、サーボモータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を駆動制御することができる。サーボモータ２を駆動することで、工作機械の可動部を駆動する。
【０００５】
電流制御ループにおいて用いられる補償器としては、ＰＩ補償器および比例先行型ＰＩ補償器（以下、「Ｉ−Ｐ補償器」と称する。）がある。
【０００６】
ＰＩ補償器は、Ｉ−Ｐ補償器よりも立ち上がり時間を短くすることができる利点がある。一般に、電流制御ループの立ち上がり時間が短いほど電流制御ループの外側に構成された速度制御ループのゲインを高く設定することができ、また、速度制御ループのゲインを高く設定できれば工作機械における位置指令値に対する誤差（位置偏差）を小さくすることができる。ＰＩ制御とＩ−Ｐ制御とは発振限界が同じであるため、発振限界から同程度のマージンをもって電流制御ループゲインを決めた場合、ＰＩ制御の方が高速に動作させることができ、位置偏差を小さくすることができる。したがって、電流制御ループにおいてＰＩ補償器を用いれば、工作機械による切削加工の精度の向上を図ることができる。
【０００７】
一方、Ｉ−Ｐ補償器は、ＰＩ補償器よりも工作機械における行き過ぎ量（オーバシュート量）を小さくすることができる利点がある。したがって、電流制御ループにおいてＩ−Ｐ補償器を用いれば、工作機械において、行き過ぎ量の少ない、安定な位置決めを行うことができる。
【０００８】
上述のＰＩ補償器およびＩ−Ｐ補償器の特性を考慮し、電流制御ループにおける補償器として、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器とを適宜使い分けることにより、サーボモータ制御における応答性の向上と安定性の向上との両立を実現する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された発明によれば、電流制御ループにおける補償器として、早送り動作などの位置決めモード（非軌跡モード）ではＩ−Ｐ補償器を、切削送り動作モードなどの軌跡制御モードではＰＩ補償器を、それぞれモードごとに用いることによって、電流制御ループおよび速度制御ループのゲイン値を適宜調整する。すなわち、軌跡モードにおいてはＰＩ補償器を用いて高いゲインとすることで電流制御ループの応答性を向上させ、速度制御および位置制御の応答性も向上させて制御性能を高めつつ工作機械の切削加工精度の向上を図り、非軌跡モードにおいてはＩ−Ｐ補償器を用いて低いゲインとすることによって制御の安定性を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３６２８１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された発明では、サーボモータが軌跡制御モードもしくは非軌跡制御モードのいずれであるかに応じて補償器のみを切り換えている。例えば、サーボモータの駆動モードが非軌跡モードから軌跡モードに切り換わると、電流制御ループにおいて用いられる補償器がＩ−Ｐ補償器からＰＩ補償器に切り換わる。この場合、電流制御ループの応答性が高まるが、高周波帯において機械共振点のゲインが増大することになる。すなわち、電流制御ループにおいてＰＩ補償器を用いた場合には高周波帯におけるゲインがＩ−Ｐ補償器を用いた場合に比べて増大するため、Ｉ−Ｐ補償器を用いていた場合には発生しなかった振動が、ＰＩ補償器では発生してしまう。
【００１１】
特許文献１に記載された発明は、軌跡制御モードにおいてはＰＩ補償器を用いることで制御性能を高め工作機械の加工精度を向上させるものであるが、この場合の高周波帯における応答特性については考慮されておらず、軌跡モードにおいて電流制御ループにＰＩ補償器を使った場合の共振の回避についての対応策は何らとられていない。換言すれば、特許文献１に記載された発明は機械共振点をもたない機械を想定したものとも考えられるが、実際は、質量をもつ弾性物体には必ず固有振動数が存在するため、機械共振点のない機械は存在し得ない。
【００１２】
このように、特許文献１に記載された発明によれば、電流制御ループにおいてＰＩ補償器を用いることによって著しく応答性が高まり工作機械の加工精度は向上するものの、工作機械の制御性能の安定性は悪化するという問題が生じる。
【００１３】
したがって本発明の目的は、上記問題に鑑み、制御の応答性の向上を図るとともに制御の安定化を図ることができるサーボモータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を実現するために、本発明においては、工作機械を駆動するサーボモータの制御装置は、入力された電流指令値に基づきサーボモータに流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、第１の電流制御ループまたはこの第１の電流制御ループよりも応答速度の遅い第２の電流制御ループのうちのいずれかを選択する電流制御ループ選択手段と、電流制御ループ選択手段によって選択された第１の電流制御ループもしくは第２の電流制御ループの入力もしくは出力を、設定された減衰率に従って、特定の周波数帯において減衰させるフィルタと、フィルタの減衰率として、電流制御ループ選択手段により第１の電流制御ループが選択されたときは第１の減衰率に設定し、第２の電流制御ループが選択されたときは第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定するフィルタ減衰率設定手段と、を備える。
【００１５】
ここで、第１の電流制御ループに設けられる補償器はＰＩ補償器であり、第２の電流制御ループに設けられる補償器は比例先行型ＰＩ補償器であってもよい。
【００１６】
また、第１の電流制御ループにおける電流制御ループゲインは、第２の電流制御ループにおける電流制御ループゲインよりも大きい値に設定されるようにしてもよい。
【００１７】
また、第１の電流制御ループおよびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループおよびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数で略同一となるように、第１の減衰率および第２の減衰率が設定されるようにしてもよい。
【００１８】
また、サーボモータの制御装置は、サーボモータの速度指令値を作成する速度指令作成手段と、サーボモータの速度情報を検出する速度検出手段と、速度指令作成手段により作成された速度指令値と速度検出手段により検出された速度情報とに基づいて、電流指令値を作成する電流指令作成手段と、を備えてもよい。
【００１９】
また、サーボモータの制御装置は、サーボモータの位置指令値を作成する位置指令作成手段と、サーボモータの位置情報を検出する位置検出手段と、を備えてもよく、この場合、速度指令作成手段は、位置指令作成手段により作成された位置指令値と位置検出手段により検出された位置情報とに基づいて、速度指令値を作成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、サーボモータの制御装置における電流制御ループに設けられる補償器が、ＰＩ補償器かＩ−Ｐ補償器であるかに応じて、電流制御ループの入力もしくは出力を特定の周波数帯において減衰させるフィルタの減衰率を変更するので、制御の応答性の向上を図るとともに制御の安定化を図ることができる。
【００２１】
ＰＩ補償器は、Ｉ−Ｐ補償器よりも制御の応答性が高く、工作機械による切削加工の精度の向上を図ることができるという利点があり、また、Ｉ−Ｐ補償器は、ＰＩ補償器よりもよりも工作機械における行き過ぎ量（オーバシュート量）を小さくすることができる利点がある。本発明は、これらＰＩ補償器およびＩ−Ｐ補償器それぞれの利点をともに生かすべく電流制御ループにおいて用いられる補償器が切り換えられた際には、この切り換えに応じてフィルタの減衰率を変更する。ＰＩ補償器の場合には高周波におけるゲインがＩ−Ｐ補償器に比べて増大するが、本発明では、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器との切り換えの前後において、電流制御ループとフィルタとからなる回路の入出力のゲインがある特定の周波数で略同一となるようにフィルタの減衰率を適宜変更するので、共振を回避することができ、制御の安定化が図られる。
【００２２】
なお、特許文献１（特許第３６２８１９９号公報）に記載された発明は、軌跡モード時には電流制御ループにおいてＩ−Ｐ補償器からＰＩ補償器への変更を行うことで電流制御の応答性を向上させ、速度制御および位置制御の応答性も向上させるものであるが、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器との切り換えの前後におけるゲインの変化により生じる共振の回避については考慮されていない。これに対し、本発明によれば、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器との切り換えに応じて自動的にフィルタ特性を変更するので、電流制御の応答性を向上させ、速度制御および位置制御の応答性も向上させるだけではなく、制御系の安定性も高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明によるサーボモータの制御装置における電流制御手段を示す原理ブロック図である。
【図２】本発明によるサーボモータの制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】ＰＩ補償器が設けられた第１の電流制御ループを用いてサーボモータを駆動制御した場合を示すブロック図である。
【図４】Ｉ−Ｐ補償器が設けられた第２の電流制御ループを用いてサーボモータを駆動制御した場合を示すブロック図である。
【図５】ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器の周波数特性の差異を説明するゲイン線図である。
【図６】本発明の実施例によるサーボモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】一般的なサーボモータの制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明によるサーボモータの制御装置における電流制御手段を示す原理ブロック図であり、図２は、本発明によるサーボモータの制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【００２５】
図２に示すように、本発明による工作機械を駆動するサーボモータ２の制御装置１は、電流制御手段１０と、電流指令作成手段１２１と、速度指令作成手段１３１とを備え、サーボモータ２の駆動電力である交流電力を出力するよう電力変換器３を駆動制御するための駆動指令を作成する。電力変換器３は、例えば内部に設けられたスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を交流電力に変換する逆変換器であり、受信した駆動指令により、電力変換器３内のスイッチング素子のスイッチング動作を制御することで直流電力をサーボモータ２の駆動用の交流電力に変換する変換動作を制御する。サーボモータ２は、電力変換器３から出力された交流電力を駆動電力として動作するので、電力変換器３から出力される交流電力を制御すれば、サーボモータ２の速度、トルク、もしくは回転子の位置を駆動制御することができる。サーボモータ２を駆動することで、工作機械の可動部を駆動する。
【００２６】
サーボモータ２の制御装置１は、サーボモータ２の回転子に対する位置指令値を作成する位置指令作成手段（図示せず）と、サーボモータ２の位置情報を検出する位置検出手段１４２と、位置指令作成手段により作成された位置指令値と位置検出手段１４２により検出された位置情報とに基づいて速度指令値を作成する速度指令作成手段１３１と、サーボモータ２の速度情報を検出する速度検出手段１４１と、速度指令作成手段１３１により作成された速度指令値と速度検出手段１４１により検出された速度情報とに基づいて、電流指令値を作成する電流指令作成手段１２１と、を備える。速度検出手段１４１により検出される速度情報としては、例えばサーボモータ２の回転子の回転速度、角速度などがある。また、位置検出手段１４２により検出される位置情報としては、例えばサーボモータ２の回転子の回転角度、回転位置などがある。
【００２７】
図１に示すように、電力制御手段１０は、電流制御ループ選択手段１１と、フィルタ１２と、フィルタ減衰率設定手段１３と、を備える。
【００２８】
電流制御ループ選択手段１１は、入力された電流指令値に基づきサーボモータ２に流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、第１の電流制御ループ２１または第１の電流制御ループ２１よりも応答速度の遅い第２の電流制御ループ２２のうちのいずれかを選択する。ここで、電流制御ループ選択手段１１は、電流制御ループにおける補償器として、例えば、切削送り動作モードなどの軌跡制御モードではＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１を、早送り動作などの位置決めモード（非軌跡モード）ではＩ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２を選択するよう、その選択動作があらかじめ規定されている。ＰＩ補償器２１Ｃは、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃよりも制御の応答性が高く、工作機械による切削加工の精度の向上を図ることができるという利点があり、また、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃは、ＰＩ補償器２１Ｃよりもよりも工作機械における行き過ぎ量（オーバシュート量）を小さくすることができる利点があるので、本発明の実施例では、これらＰＩ補償器２１ＣおよびＩ−Ｐ補償器２２Ｃそれぞれの利点をともに生かすべく電流制御ループを選択する。すなわち、早送り等の非軌跡制御モード時には、低めに設定されている積分ゲイン、比例ゲインで、速度ループの比例、積分動作が行なわれ、軌跡制御モード動作の時には、高めの積分ゲイン、比例ゲインで、速度ループ制御が行われる。各ゲインの値は、例えばＲＡＭにあらかじめ記憶しておき、電流制御手段１０では、モードに応じて、対応するゲイン値をＲＡＭから読み取り、設定する。
【００２９】
フィルタ１２は、電流制御ループ選択手段１１によって選択された第１の電流制御ループ２１もしくは第２の電流制御ループ２２の入力もしくは出力を、設定された減衰率に従って、特定の周波数帯において減衰させる。フィルタ１２は、すなわち、フィルタ１２は、第１の電流制御ループ２１および第２の電流制御ループ２２の前段に設置された場合は、電流制御ループ選択手段１１によって選択された第１の電流制御ループ２１もしくは第２の電流制御ループ２２の入力を、設定された減衰率に従って特定の周波数帯において減衰させる。あるいは、第１の電流制御ループ２１および第２の電流制御ループ２２の後段に設置された場合は、電流制御ループ選択手段１１によって選択された第１の電流制御ループ２１もしくは第２の電流制御ループ２２の出力を設定された減衰率に従って特定の周波数帯において減衰させる。図示の例では、一例として第１の電流制御ループ２１および第２の電流制御ループ２２の後段に設置されたものを示している。フィルタ１２は、例えば、帯域除去フィルタ（ノッチフィルタ）や低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）である。
【００３０】
フィルタ減衰率設定手段１３は、フィルタ１２の減衰率として、電流制御ループ選択手段１１により第１の電流制御ループ２１が選択されたときは第１の減衰率に設定し、第２の電流制御ループ２２が選択されたときは第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定する。
【００３１】
次に、フィルタ減衰率設定手段１３によるフィルタ１２の減衰率の設定について、サーボモータ２が同期電動機である場合を例に説明する。
【００３２】
第１の電流制御ループ２１に設けられる補償器はＰＩ補償器２１Ｃであり、第２の電流制御ループ２２に設けられる補償器はＩ−Ｐ補償器（比例先行型ＰＩ補償器）２２Ｃである。図３は、ＰＩ補償器が設けられた第１の電流制御ループを用いてサーボモータを駆動制御した場合を示すブロック図であり、図４は、Ｉ−Ｐ補償器が設けられた第２の電流制御ループを用いてサーボモータを駆動制御した場合を示すブロック図である。
【００３３】
上述したように、ＰＩ補償器２１Ｃは、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃよりも立ち上がり時間を短く、高速に動作させることができる。ＰＩ補償器２１Ｃは、高周波帯におけるゲインがＩ−Ｐ補償器２２Ｃに比べて大きいので、ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１における電流制御ループゲインは、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２Ｃにおける電流制御ループゲインよりも大きい値に設定されることになる。
【００３４】
同期機であるサーボモータ２の特性は、電気的定数である巻線抵抗ＲおよびインダクタンスＬで決まる。ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１を用いてサーボモータ２を駆動制御した場合を示す図３において、入力ｒから出力ｙまでの伝達関数ＧPI（ｓ）は式１で表される。ここで、比例ゲインをｋp、積分ゲインをｋiとする。
【００３５】
【数１】
2014171360.tif 000003
【００３６】
式１において、ｓ＝ｊωとすると式２が得られる。
【００３７】
【数２】
2014171360.tif 000004
【００３８】
式２を規格化角周波数ηで表すと式３が得られる。
【００３９】
【数３】
2014171360.tif 000005
【００４０】
ＰＩ制御のゲインの周波数特性は式３の絶対値を計算することで式４のように得られる。式４より、ＰＩ制御の特性は、定数ζ、ωnおよびω0だけで決まることが分かる。
【００４１】
【数４】
2014171360.tif 000006
【００４２】
式４をデシベル表示に変換すると式５が得られる。
【００４３】
【数５】
2014171360.tif 000007
【００４４】
一方、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２を用いてサーボモータ２を駆動制御した場合を示す図４において、入力ｒから出力ｙまでの伝達関数ＧI-P（ｓ）は式６で表される。ここで、比例ゲインをｋp、積分ゲインをｋiとする。
【００４５】
【数６】
2014171360.tif 000008
【００４６】
式６において、ｓ＝ｊωとすると式７が得られる。
【００４７】
【数７】
2014171360.tif 000009
【００４８】
式７を規格化角周波数ηで表すと式８が得られる。
【００４９】
【数８】
2014171360.tif 000010
【００５０】
Ｉ−Ｐ制御のゲインの周波数特性は式８の絶対値を計算することで式９のように得られる。式９より、Ｉ−Ｐ制御の特性は、定数ζだけで決まることが分かる。
【００５１】
【数９】
2014171360.tif 000011
【００５２】
式９をデシベル表示に変換すると式１０が得られる。
【００５３】
【数１０】
2014171360.tif 000012
【００５４】
入力された電流指令値に基づきサーボモータ２に流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２からＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１へ切り替えた場合のゲイン変化は、式５と式１０との差を計算することで得られ、式１１のように表される。
【００５５】
【数１１】
2014171360.tif 000013
【００５６】
図５は、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器の周波数特性の差異を説明するゲイン線図である。式１１を図５のゲイン線図に表すと、ＰＩ補償器は傾きが−２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅであるのに対し、Ｉ−Ｐ補償器では傾きが−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅとなる。図５に示すように、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器とのゲインの差は高周波領域において顕著となる。このことは、ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１からＩ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２に切り替えると、制御系のゲインが急激に変化することを意味する。そこで、本発明の実施例では、次のように補償器の切り換えに合わせてフィルタ１２の減衰率を変更し、制御系の安定化を図る。
【００５７】
すなわち、本発明の実施例では、フィルタ減衰率設定手段１３では、電流制御ループ選択手段１１により第１の電流制御ループ２１が選択されたときは第１の減衰率に設定し、第２の電流制御ループ２２が選択されたときは高周波帯での応答性が低下しすぎて制御性能が悪化する恐れを回避するため第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定する。より具体的には、第１の電流制御ループ２１およびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループ２２およびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数で略同一となるように、第１の減衰率および第２の減衰率が設定される。すなわち、ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１が選択された場合は、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２が選択された場合よりも、共振に対応する周波数成分において、１０ｌｏｇ｛１＋η2（ωn／ω0）2｝[ｄＢ]に相当する分だけ、フィルタ１２の減衰率が大きくなるように設定する。これにより、補償器の切り換え前後での制御の安定性を維持することができる。すなわち、図５に示すようにＰＩ補償器２１ＣとＩ−Ｐ補償器２２Ｃとではゲイン線図の傾きが異なっているため、この傾きの差分程度を補うようフィルタ減衰率を切り換える。
【００５８】
図６は、本発明の実施例によるサーボモータの制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ１０１において、位置指令作成手段は位置指令値を作成する。
【００６０】
ステップＳ１０２において、位置検出手段１４２はサーボモータ２の回転子の位置情報を検出する。
【００６１】
ステップＳ１０３では、速度指令作成手段１３１は、位置指令作成手段により作成された位置指令値と位置検出手段１４２により検出された位置情報とに基づいて、速度指令値を作成する。
【００６２】
ステップＳ１０４において、速度検出手段１４１はサーボモータ２の速度情報を検出する。
【００６３】
ステップＳ１０５では、電流制御手段１０において、入力された電流指令値に基づきサーボモータ２に流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、電流制御ループ選択手段１１により第１の電流制御ループ２１または第２の電流制御ループ２２のうちのいずれかが選択されているかを判定する。電流制御ループ選択手段１１は、電流制御ループにおける補償器として、例えば切削送り動作モードなどの軌跡制御モードではＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１を、早送り動作などの位置決めモード（非軌跡モード）ではＩ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２を選択するよう、その選択動作があらかじめ規定されている。ステップＳ１０５において、第１の電流制御ループ２１が選択されていると判定された場合はステップＳ１０６へ進み、第２の電流制御ループ２２が選択されていると判定された場合はステップＳ１０７へ進む。
【００６４】
ステップＳ１０６では、フィルタ減衰率設定手段１３は、フィルタ１２の減衰率を、選択された第１の電流制御ループ２１に対応する第１の減衰率に設定する。また、ステップＳ１０７では、フィルタ減衰率設定手段１３は、フィルタ１２の減衰率を、選択された第２の電流制御ループ２２に対応する第２の減衰率に設定する。ここで、第２の減衰率は第１の減衰率よりも小さい値である。第１の減衰率および第２の減衰率は、上述したように、第１の電流制御ループ２１およびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループ２２およびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数で略同一となるように、それぞれ設定される。
【００６５】
ステップＳ１０８では、電流制御手段１０は、第１の電流制御ループ２１およびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路または第２の電流制御ループ２２およびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路のうちの、選択された回路からの出力に基づき、サーボモータ２の駆動電力である交流電力を出力するよう電力変換器３を駆動制御するための駆動指令を作成する。電力変換器３は、受信した駆動指令により、電力変換器３内のスイッチング素子のスイッチング動作が制御され、サーボモータ２を所望の速度、トルク、もしくは回転子の位置で制御するのに必要な交流電力をサーボモータ２へ出力する。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、工作機械の駆動源として用いられるサーボモータの制御装置に適用することができる。本発明によれば、サーボモータの制御装置における電流制御ループに設けられる補償器が、ＰＩ補償器かＩ−Ｐ補償器であるかに応じて、電流制御ループの入力もしくは出力を特定の周波数帯において減衰させるフィルタの減衰率を変更するので、制御の応答性の向上を図るとともに制御の安定化を図ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１    制御装置
２    サーボモータ
３    電力変換器
１０    電流制御手段
１１    電流制御ループ選択手段
１２    フィルタ
１３    フィルタ減衰率設定手段
２１    第１の電流制御ループ
２１Ｃ    ＰＩ補償器
２２    第２の電流制御ループ
２２Ｃ    Ｉ−Ｐ補償器
１２１    電流指令作成手段
１３１    速度指令作成手段
１４１    速度検出手段
１４２    位置検出手段
【図１】
2014171360.tif 000014
【図２】
2014171360.tif 000015
【図３】
2014171360.tif 000016
【図４】
2014171360.tif 000017
【図５】
2014171360.tif 000018
【図６】
2014171360.tif 000019
【図７】
2014171360.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月22日(2014.7.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、第１の電流制御ループおよびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループおよびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数帯で略同一となるように、第１の減衰率および第２の減衰率が設定されるようにしてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
ＰＩ補償器は、Ｉ−Ｐ補償器よりも制御の応答性が高く、工作機械による切削加工の精度の向上を図ることができるという利点があり、また、Ｉ−Ｐ補償器は、ＰＩ補償器よりもよりも工作機械における行き過ぎ量（オーバシュート量）を小さくすることができる利点がある。本発明は、これらＰＩ補償器およびＩ−Ｐ補償器それぞれの利点をともに生かすべく電流制御ループにおいて用いられる補償器が切り換えられた際には、この切り換えに応じてフィルタの減衰率を変更する。ＰＩ補償器の場合には高周波におけるゲインがＩ−Ｐ補償器に比べて増大するが、本発明では、ＰＩ補償器とＩ−Ｐ補償器との切り換えの前後において、電流制御ループとフィルタとからなる回路の入出力のゲインがある特定の周波数帯で略同一となるようにフィルタの減衰率を適宜変更するので、共振を回避することができ、制御の安定化が図られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図１に示すように、電流制御手段１０は、電流制御ループ選択手段１１と、フィルタ１２と、フィルタ減衰率設定手段１３と、を備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
上述したように、ＰＩ補償器２１Ｃは、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃよりも立ち上がり時間を短く、高速に動作させることができる。ＰＩ補償器２１Ｃは、高周波帯におけるゲインがＩ−Ｐ補償器２２Ｃに比べて大きいので、ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１における電流制御ループゲインは、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２における電流制御ループゲインよりも大きい値に設定されることになる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
すなわち、本発明の実施例では、フィルタ減衰率設定手段１３では、電流制御ループ選択手段１１により第１の電流制御ループ２１が選択されたときは第１の減衰率に設定し、第２の電流制御ループ２２が選択されたときは高周波帯での応答性が低下しすぎて制御性能が悪化する恐れを回避するため第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定する。より具体的には、第１の電流制御ループ２１およびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループ２２およびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数帯で略同一となるように、第１の減衰率および第２の減衰率が設定される。すなわち、ＰＩ補償器２１Ｃが設けられた第１の電流制御ループ２１が選択された場合は、Ｉ−Ｐ補償器２２Ｃが設けられた第２の電流制御ループ２２が選択された場合よりも、共振に対応する周波数成分において、１０ｌｏｇ｛１＋η2（ωn／ω0）2｝[ｄＢ]に相当する分だけ、フィルタ１２の減衰率が大きくなるように設定する。これにより、補償器の切り換え前後での制御の安定性を維持することができる。すなわち、図５に示すようにＰＩ補償器２１ＣとＩ−Ｐ補償器２２Ｃとではゲイン線図の傾きが異なっているため、この傾きの差分程度を補うようフィルタ減衰率を切り換える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
ステップＳ１０６では、フィルタ減衰率設定手段１３は、フィルタ１２の減衰率を、選択された第１の電流制御ループ２１に対応する第１の減衰率に設定する。また、ステップＳ１０７では、フィルタ減衰率設定手段１３は、フィルタ１２の減衰率を、選択された第２の電流制御ループ２２に対応する第２の減衰率に設定する。ここで、第２の減衰率は第１の減衰率よりも小さい値である。第１の減衰率および第２の減衰率は、上述したように、第１の電流制御ループ２１およびこれに対応する第１の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、第２の電流制御ループ２２およびこれに対応する第２の減衰率を有するフィルタ１２とからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数帯で略同一となるように、それぞれ設定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を駆動するサーボモータの制御装置であって、
入力された電流指令値に基づきサーボモータに流れる電流を制御するのに用いられる電流制御ループとして、第１の電流制御ループまたは前記第１の電流制御ループよりも応答速度の遅い第２の電流制御ループのうちのいずれかを選択する電流制御ループ選択手段と、
前記電流制御ループ選択手段によって選択された前記第１の電流制御ループもしくは前記第２の電流制御ループの入力もしくは出力を、設定された減衰率に従って、特定の周波数帯において減衰させるフィルタと、
前記フィルタの減衰率として、前記電流制御ループ選択手段により前記第１の電流制御ループが選択されたときは第１の減衰率に設定し、前記第２の電流制御ループが選択されたときは前記第１の減衰率よりも小さい第２の減衰率に設定するフィルタ減衰率設定手段と、
を備えることを特徴とするサーボモータの制御装置。
【請求項２】
前記第１の電流制御ループに設けられる補償器はＰＩ補償器であり、前記第２の電流制御ループに設けられる補償器は比例先行型ＰＩ補償器である請求項１に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項３】
前記第１の電流制御ループにおける電流制御ループゲインは、前記第２の電流制御ループにおける電流制御ループゲインよりも大きい値に設定される請求項１または２に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項４】
前記第１の電流制御ループおよびこれに対応する前記第１の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインと、前記第２の電流制御ループおよびこれに対応する前記第２の減衰率を有するフィルタとからなる回路の入力および出力から得られるゲインとが、ある特定の周波数帯で略同一となるように、前記第１の減衰率および前記第２の減衰率が設定される請求項１〜３のいずれか一項に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項５】
サーボモータの速度指令値を作成する速度指令作成手段と、
サーボモータの速度情報を検出する速度検出手段と、
前記速度指令作成手段により作成された速度指令値と前記速度検出手段により検出された速度情報とに基づいて、前記電流指令値を作成する電流指令作成手段と、
を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のサーボモータの制御装置。
【請求項６】
サーボモータの位置指令値を作成する位置指令作成手段と、
サーボモータの位置情報を検出する位置検出手段と、
を備え、
前記速度指令作成手段は、前記位置指令作成手段により作成された位置指令値と前記位置検出手段により検出された位置情報とに基づいて、前記速度指令値を作成する請求項５に記載のサーボモータの制御装置。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014171360.tif 000021