(57)【要約】【課題】オーバーシュートが生じる可能性を低くすること。【解決手段】位置決め制御装置１０は、位置指令Ｃｐと現在位置Ｙｒとの位置偏差Δｘが第１閾値βよりも小さい場合、速度指令Ｖｃを０とし、その速度指令Ｖｃと現在速度Ｖｒとを減算して速度偏差Δｖを得る。位置決め制御装置１０は、その速度偏差Δｖを積分器１４によって積分する。その後、位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが第２閾値αよりも小さい場合は、積分器１４の積分値を０とし続ける。位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが第２閾値αよりも小さくなった場合、速度指令Ｖｃ及び積分手段１４の積分値は０となるので、現在速度Ｖｒが０になれば、０を示すトルク指令Ｔｃを出力する。【選択図】図１
2014021758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象物を駆動する駆動装置を制御して、前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する位置偏差演算手段と、
前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する速度指令演算手段と、
前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する速度偏差演算手段と、
前記速度偏差を積分する積分手段と、
前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする積分制御手段と、
前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する出力手段と
を備えることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記速度指令演算手段は、前記位置偏差を比例演算した第１速度指令を出力する第１速度指令演算部を備え、
前記速度偏差演算手段は、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さい場合、前記第１速度指令演算部によって出力された第１速度指令と前記制御対象物の現在速度との前記速度偏差を前記出力手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記制御対象物の現在位置が到達位置の近傍であることを検出する検出手段をさらに備え、
前記積分制御手段は、前記検出手段によって前記現在位置が前記到達位置の近傍であることが検出された場合、かつ、前記位置偏差が前記第２閾値よりも小さい場合、前記積分手段の積分値を０にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記積分制御手段は、前記積分値を徐々に０にすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
前記第１閾値は、前記位置決め制御装置の位置決め精度仕様が示す前記位置偏差の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
制御対象物を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御して前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置とを含む駆動制御システムであって、
前記位置決め制御装置は、
前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する位置偏差演算手段と、
前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する速度指令演算手段と、
前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する速度偏差演算手段と、
前記速度偏差を積分する積分手段と、
前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする積分制御手段と、
前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する出力手段と
を備えることを特徴とする駆動制御システム。
【請求項７】
制御対象物を駆動する駆動装置を制御して、前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の位置決め制御方法であって、
前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する工程と、
前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する工程と、
前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する工程と、
前記速度偏差を積分手段によって積分する工程と、
前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする工程と、
前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する工程と
を含むことを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項８】
第１のパラメータと第２のパラメータとに基づいて制御対象を制御する制御装置において、
前記第１のパラメータの指令値と前記第１のパラメータのフィードバック値との第１偏差を演算する第１演算手段と、
前記第１偏差が第１閾値よりも小さい場合は、前記第２のパラメータの指令値として、０を出力し、前記第１偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記第２のパラメータの指令値として、前記第１偏差を比例演算した値を出力する第２演算手段と、
前記第２のパラメータの指令値と前記第２のパラメータのフィードバック値との第２偏差を演算する第３演算手段と、
前記第２偏差の積分値を演算する積分手段と、
前記第１偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合に、前記積分手段によって演算される前記積分値を０にする積分制御手段と、
前記第２偏差と前記積分値とに基づく指令値を前記制御対象に対して出力する出力手段と
を備える制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置決め制御装置、駆動制御システム、位置決め制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転記録装置、工作機械等の駆動部を有する装置は、制御対象を目標位置に位置決めするための位置決め制御装置を有する。特許文献１が開示するヘッド位置決め制御装置は、ヘッドを速度制御によって移動させる速度制御部と、ヘッドを位置制御によって移動させる積分動作を含む位置制御部と、ヘッドが目標位置の近傍に達した時に、速度制御部による速度制御から位置制御部による位置制御に切り替える主制御部と、速度制御部から位置制御部に切り替えられた後、ヘッドの現在位置と目標位置との差が設定値以下になった時に、積分動作における積分値を一旦クリアして積分動作を続行させる積分器制御部と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６２１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のヘッド位置決め制御装置は、目標位置に十分に近づいた時点で積分値を一旦クリアすることで、積分値が大きいために起こるオーバーシュートを抑えている。しかしながら、上記のヘッド位置決め制御装置は、積分値をクリアした後に、積分を再開する。このために、再開後の積分値によってオーバーシュートが引き起こされるおそれがある。そのような理由から、オーバーシュートが生じる可能性を低くすることができる位置決め制御装置、駆動制御システム、位置決め制御方法及び制御装置に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するための本発明の位置決め制御装置は、制御対象物を駆動する駆動装置を制御して、前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する位置偏差演算手段と、前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する速度指令演算手段と、前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する速度偏差演算手段と、前記速度偏差を積分する積分手段と、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする積分制御手段と、前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の駆動制御システムは、制御対象物を駆動する駆動装置と、前記駆動装置を制御して前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置とを含む駆動制御システムであって、前記位置決め制御装置は、前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する位置偏差演算手段と、前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する速度指令演算手段と、前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する速度偏差演算手段と、前記速度偏差を積分する積分手段と、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする積分制御手段と、前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
上記の目的を達成するための本発明の位置決め制御方法は、制御対象物を駆動する駆動装置を制御して、前記制御対象物を目標位置に位置決めする位置決め制御装置の位置決め制御方法であって、前記目標位置と前記制御対象物の現在位置との位置偏差を出力する工程と、前記位置偏差が第１閾値よりも小さい場合は、０を示す速度指令を出力し、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記位置偏差を比例演算した速度指令を出力する工程と、前記速度指令と前記制御対象物の現在速度との速度偏差を出力する工程と、前記速度偏差を積分手段によって積分する工程と、前記位置偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合は、前記積分手段の積分値を０にする工程と、前記速度偏差と前記積分手段の積分値とに基づくトルク指令を前記駆動装置に対して出力する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の制御装置は、第１のパラメータと第２のパラメータとに基づいて制御対象を制御する制御装置において、前記第１のパラメータの指令値と前記第１のパラメータのフィードバック値との第１偏差を演算する第１演算手段と、前記第１偏差が第１閾値よりも小さい場合は、前記第２のパラメータの指令値として、０を出力し、前記第１偏差が前記第１閾値よりも小さくない場合は、前記第２のパラメータの指令値として、前記第１偏差を比例演算した値を出力する第２演算手段と、前記第２のパラメータの指令値と前記第２のパラメータのフィードバック値との第２偏差を演算する第３演算手段と、前記第２偏差の積分値を演算する積分手段と、前記第１偏差が前記第１閾値よりも小さな第２閾値より小さい場合に、前記積分手段によって演算される前記積分値を０にする積分制御手段と、前記第２偏差と前記積分値とに基づく指令値を前記制御対象に対して出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オーバーシュートが生じる可能性を低くすることができる位置決め制御装置、駆動制御システム、位置決め制御方法及び制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１に係る駆動制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は、不感帯を説明するための図である。
【図３】図３は、位置決め制御装置の位置偏差とトルク指令と時間との関係を示す図である。
【図４】図４は、実施例２に係る駆動制御システムの概略構成を示す図である。
【図５】図５は、実施例３に係る駆動制御システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る位置決め制御装置を実施するための実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施例に記載した内容により本発明が限定されるものではない。以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る駆動制御システムの概略構成を示す図である。図１に示すように、駆動制御システム１は、駆動装置２と、位置決め制御装置１０と、上位装置３０と、を有する。駆動装置２は、駆動部３と、グラインダ４と、位置検出部５と、速度検出部６とを有する。
【００１３】
駆動部３は、目標位置に位置決めする制御対象物であるグラインダ４を駆動する。駆動部３は、例えばモータドライバとモータとを有する。モータの出力軸は、グラインダ４を施工面に対して押し付ける方向及び引き離す方向に移動させる移動機構に出力を伝達する。モータドライバは、位置決め制御装置１０から入力されるトルク指令に基づいてモータを駆動する。グラインダ４は、研削盤である。グラインダ４は、加工物の表面の研削に用いられる。位置検出部５は、グラインダ４の現在位置Ｙｒを検出し、現在位置Ｙｒを位置決め制御装置１０に出力する。速度検出部６は、グラインダ４の現在速度Ｖｒを検出し、現在速度Ｖｒを位置決め制御装置１０に出力する。
【００１４】
本実施例では、駆動装置２が位置検出部５と速度検出部６とを有する場合について説明するが、これに限定されない。例えば、位置決め制御装置１０が、位置検出部５と速度検出部６とを有してもよい。
【００１５】
上位装置３０は、到達位置指定部３１と、軌道生成部３２とを有する。到達位置指定部３１は、グラインダ４の到達位置Ｃ、すなわち、最終的な目標位置を指定する。到達位置指定部３１は、その到達位置Ｃを軌道生成部３２に出力する。そして、軌道生成部３２は、グラインダ４の初期位置から到達位置Ｃまでに達する軌道を生成する。軌道生成部３２は、その軌道を所定の分割条件で分割し、分割した区間の終点である目標位置を示す位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０に順次出力する。軌道生成部３２は、最後に到達位置Ｃを示す位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０に出力する。所定の分割条件は、例えば、時間、分割数などを含む。
【００１６】
位置決め制御装置１０は、上位装置３０から位置指令Ｃｐが入力される。位置決め制御装置１０は、入力された位置指令Ｃｐが示す目標位置にグラインダ４が移動するように、駆動装置２の駆動部３を制御する。位置決め制御装置１０は、減算器１１と、速度指令部１２と、減算器１３と、積分器１４と、乗算器１５と、加算器１６と、乗算器１７と、積分制御部１８とを有する。
【００１７】
減算器１１は、位置偏差演算手段として機能する。減算器１１は、軌道生成部３２によって出力された位置指令Ｃｐが入力される。減算器１１は、位置検出部５によって検出された現在位置Ｙｒが、位置フィードバックとして入力される。減算器１１は、位置指令Ｃｐから現在位置Ｙｒを減算し、その減算結果を位置偏差Δｘ（＝Ｃｐ−Ｙｒ）として出力する。
【００１８】
速度指令部１２は、速度指令演算手段として機能する。速度指令部１２は、減算器１１によって出力された位置偏差Δｘが入力される。速度指令部１２は、位置偏差Δｘの絶対値が後述する不感帯の範囲から外れている場合、位置偏差Δｘに比例ゲインＫｐを乗算する比例演算を実行し、その実行結果を速度指令Ｖｃ（＝ΔｘＫｐ）として出力する。速度指令部１２は、位置偏差Δｘの絶対値が不感帯の範囲内である場合、０を示す速度指令Ｖｃを出力する。
【００１９】
本実施例における不感帯は、位置決め制御装置１０が速度指令Ｖｃを強制的に０として出力する位置偏差Δｘの範囲である。すなわち、不感帯は、オーバーシュートが生じる要因となる不要な位置偏差Δｘを含む速度指令Ｖｃを、位置決め制御装置１０が積分しないための範囲である。不要な位置偏差Δｘは、例えば位相遅れ、ノイズ等に応じて発生する位置偏差Δｘを含む。
【００２０】
図２を参照しながら、本実施例における不感帯について説明する。図２は、不感帯を説明するための図である。図２において、横軸は速度指令部１２の入力（位置偏差Δｘ）、縦軸は速度指令部１２の出力（速度指令Ｖｃ）をそれぞれ示している。図２に示す例では、不感帯は、位置偏差Δｘの絶対値が０から不感帯閾値βの範囲（｜Δｘ｜＜β）である。不感帯閾値βは、位置決め制御装置１０の位置決め精度仕様よりも小さな値に設定されることが望ましい。例えば、位置決め精度仕様が０．１ｍｍの場合、不感帯閾値βは０．１ｍｍよりも小さな値に設定されることが望ましい。図２に示す例では、不感帯の範囲から外れた範囲での速度指令Ｖｃは、傾きが比例ゲインＫｐの直線式で表される。
【００２１】
減算器１３は、速度偏差演算手段として機能する。減算器１３は、速度指令部１２によって出力された速度指令Ｖｃが入力される。減算器１３は、速度検出部６によって検出された現在速度Ｖｒが、速度フィードバックとして入力される。減算器１３は、速度指令Ｖｃから現在速度Ｖｒを減算し、その減算結果を速度偏差Δｖ（＝Ｖｃ−Ｖｒ）として出力する。
【００２２】
積分器１４は、積分手段として機能する。積分器１４は、減算器１３によって出力された速度偏差Δｖが入力される。積分器１４は、積分制御部１８から積分クリア指令が入力される。積分器１４は、速度偏差Δｖを積分し、その積分値を出力する。積分器１４は、積分クリア指令の入力に応じて、積分値を０にクリアし、出力を０にし続ける。
【００２３】
乗算器１５は、積分器１４によって出力された積分値が入力される。乗算器１５は、積分値に積分ゲインＫｖｉを乗算する比例演算を実行し、実行結果を積分成分Ｍとして出力する。
【００２４】
本実施例では、積分器１４と乗算器１５とを別個に構成する場合について説明するが、これに限定されない。例えば、積分器１４は、乗算器１５における比例演算を実行する構成を有してもよい。すなわち、積分器１４と乗算器１５を一体に構成してもよい。
【００２５】
加算器１６は、出力手段として機能する。加算器１６は、減算器１３によって出力された速度偏差Δｖが入力される。加算器１６は、乗算器１５によって出力された積分成分Ｍが入力される。加算器１６は、速度偏差Δｖと積分成分Ｍとを加算し、その加算結果を出力する。
【００２６】
乗算器１７は、加算器１６によって出力された加算結果が入力される。乗算器１７は、加算結果に比例ゲインＫｖｐを乗算する比例演算を実行し、実行結果をトルク指令Ｔｃとして駆動部３に対して出力する。トルク指令Ｔｃは、駆動部３のモータの制御量を含む。
【００２７】
本実施例では、加算器１６と乗算器１７とを別個に構成する場合について説明するが、これに限定されない。例えば、加算器１６は、乗算器１７における比例演算を実行する構成を有してもよい。すなわち、加算器１６と乗算器１７を一体に構成してもよい。
【００２８】
本実施例では、位置決め制御装置１０は、積分器１４と乗算器１５と加算器１６と乗算器１７とによって駆動部３の速度制御を行う速度制御部Ｓを構成する場合について説明するが、これに限定されない。速度制御部Ｓは、例えば、アナログ回路、ＩＣチップ等で実現するように構成されてもよい。あるいは、速度制御部Ｓは、例えば、ＣＰＵ、ＤＳＰ等がプログラムを実行して実現するように構成されてもよい。
【００２９】
積分制御部１８は、積分制御手段として機能する。積分制御部１８は、減算器１１によって出力された位置偏差Δｘが入力される。積分制御部１８は、位置偏差Δｘの絶対値が所定の積分クリア閾値α以下の場合、１（ＯＮ）を示す積分クリア指令を積分器１４に出力する。積分制御部１８は、位置偏差Δｘの絶対値が積分クリア閾値αよりも大きい場合、０（ＯＦＦ）を示す積分クリア指令を出力する。積分クリア閾値αは、不感帯閾値βよりも小さな値となっている。
【００３０】
本実施例では、積分制御部１８は、位置偏差Δｘの絶対値が積分クリア閾値α以下の場合、“１”を示す積分クリア指令を積分器１４に出力し続ける場合について説明するが、積分器１４の積分を制御できれば、これに限定されない。例えば、積分制御部１８は、積分値を０にクリアし、かつ、積分の停止を指令する積分クリア指令を積分器１４に出力するように構成されてもよい。本実施例では、積分制御部１８は、減算器１１によって出力された位置偏差Δｘに基づいて積分器１４の制御を行う。そのため、積分器１４が組み込まれたシーケンスに組み込むことができる。
【００３１】
ここまで、本実施例１に係る駆動制御システム１の基本的な構成について説明を行った。以下に、図３を参照しながら、位置決め制御装置１０の動作について説明する。図３は、位置決め制御装置１０の位置偏差とトルク指令と時間との関係を示す図である。図３において、グラフＧ１が位置偏差Δｘと時間との関係、グラフＧ２がトルク指令Ｔｃと時間との関係をそれぞれ示している。
【００３２】
駆動制御システム１において、上位装置３０は、グラインダ４の目標位置を演算すると、目標位置を示す位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０に出力する。そして、位置決め制御装置１０は、位置指令Ｃｐが入力されると、位置指令Ｃｐから現在位置Ｙｒを減算して位置偏差Δｘを求める。位置決め制御装置１０は、図３のグラフＧ１に示すように、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐより大きい場合、位置偏差Δｘを比例演算した速度指令Ｖｃを得る。位置決め制御装置１０は、速度指令Ｖｃから現在速度Ｖｒを減算した速度偏差Δｖを得ると、その速度偏差Δｖを積分する。位置決め制御装置１０は、速度偏差Δｖと積分成分Ｍとを加算したトルク指令Ｔｃを得ると、トルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。そして、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてモータを駆動させ、グラインダ４を目標位置に向けて移動させる。
【００３３】
時間ｔ１において、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐ及び不感帯閾値βよりも小さくなると、位置決め制御装置１０は、速度指令Ｖｃを強制的に０にする。この時点では、現在速度Ｖｒは０ではない。そのため、位置決め制御装置１０は、速度指令Ｖｃに基づいて得られた速度偏差Δｖの積分を行い、トルク指令Ｔｃを求める。位置決め制御装置１０は、図３のグラフＧ２に示すように、０ではないトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００３４】
その後、時間の経過に応じて、図３に示すように、位置偏差Δｘの値は徐々に小さくなり、トルク指令Ｔｃの値も徐々に小さくなる。そして、時間ｔ２において、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下になると、位置決め制御装置１０は、積分器１４の積分値を０にクリアする。この場合、不感帯により速度指令Ｖｃも０であるが、現在速度Ｖｒは０ではないため、位置決め制御装置１０は、現在速度Ｖｒに基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００３５】
その後、位置偏差Δｘは徐々に０に近づくが、積分クリア閾値α以下であることから、位置決め制御装置１０は、積分器１４の積分値を０にクリアし続け、現在速度Ｖｒに基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力し続ける。その後、時間ｔ３において、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてグラインダ４を目標位置に位置決めする。この場合、位置決め制御装置１０は、入力される現在速度Ｖｒが０になるので、速度偏差Δｖ及び積分値は０となり、０を示すトルク指令Ｔｃを得る。よって、駆動部３がグラインダ４を目標位置に位置決めした後に、位置決め制御装置１０は、０を示すトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００３６】
上述したように、位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが不感帯閾値（第１閾値）βよりも小さくなった場合に、速度指令Ｖｃを０とし、その速度指令Ｖｃに基づいて得られた速度偏差Δｖを積分する。そのため、位置決め制御装置１０は、オーバーシュートの要因となる不要な速度指令Ｖｃを積分値に反映しないので、不要な速度指令Ｖｃがトルク指令Ｔｃに含まれることを防止できる。さらに、位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが積分クリア閾値（第２閾値）αよりも小さい場合は、積分値を０とし続ける。そのため、位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αよりも小さくなった場合、速度指令Ｖｃ及び積分値は０となるので、速度フィードバックが０になれば、トルク指令Ｔｃを０にすることができる。よって、位置決め制御装置１０は、速度制御の積分要素を０にクリアし続けることで、目標位置に対して位相が遅れたトルク指令Ｔｃを出力しなくなり、オーバーシュートが生じる可能性を低くすることができる。さらに、位置決め制御装置１０は、オーバーシュートが生じる可能性を低くすることができるので、低速域で静止とオーバーシュートを繰り返すスティックスリップが生じる可能性を低くすることができる。
【００３７】
さらに、位置決め制御装置１０は、図３に示すように、積分クリア閾値α及び不感帯閾値βを、位置決め精度仕様Ｐが示す位置偏差Δｘの範囲内に設定すればよいので、設計者等は試行錯誤の必要がなくなり、直感的に各閾値を設計することができる。
【００３８】
その後、図３のグラフＧ１に示すように、時間ｔ４において、位置偏差Δｘにスパイク状のノイズ等が重畳し、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αを超えて不感帯に進入すると、位置決め制御装置１０は、速度偏差Δｖの積分を再開する。しかしながら、位置偏差Δｘが不感帯の範囲内である場合、位置決め制御装置１０は、速度偏差Δｖが０であり、速度偏差Δｖの積分値が０のままであるため、トルク指令Ｔｃも０となる。その結果、位置決め制御装置１０は、位置偏差Δｘが不感帯閾値β以上とならない限り、０を示すトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。よって、位置決め制御装置１０は、０を示すトルク指令Ｔｃを出力している状態で、不感帯閾値β以下の位置偏差Δｘが発生しても、グラインダ４が停止した状態を維持させることができる。
【００３９】
その後、位置決め制御装置１０は、新たな位置指令Ｃｐが入力されると、位置偏差Δｘが不感帯閾値β及び積分クリア閾値αよりも大きくなるので、速度偏差Δｖを求め、この速度偏差Δｖの積分器１４による積分を再開する。
【実施例２】
【００４０】
以下に、図４を参照しながら、実施例２に係る駆動制御システム１Ａについて説明する。図４は、実施例２に係る駆動制御システム１Ａの概略構成を示す図である。駆動制御システム１Ａは、説明を簡単にするため、図１と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、駆動制御システム１Ａは、駆動装置２と、位置決め制御装置１０Ａと、上位装置３０Ａとを有する。
【００４２】
駆動装置２は、駆動部３と、グラインダ４と、位置検出部５と、速度検出部６とを有する。
【００４３】
上位装置３０Ａは、到達位置指定部３１と、軌道生成部３２とを有する。上位装置３０Ａは、到達位置指定部３１によって出力された到達位置Ｃを位置決め制御装置１０Ａに出力する。軌道生成部３２は、位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０Ａに出力する。
【００４４】
位置決め制御装置１０Ａは、図４に示すように、減算器１１と、速度指令部１２と、減算器１３と、積分器１４と、乗算器１５と、加算器１６と、乗算器１７と、積分制御部１８と、減算器１９と、検出部２０と、ＡＮＤゲート２１とを有する。
【００４５】
積分器１４は、減算器１３によって出力された速度偏差Δｖが入力される。積分器１４は、ＡＮＤゲート２１から積分クリア指令が入力される。積分器１４は、速度偏差Δｖを積分し、その積分値を出力する。積分器１４は、積分クリア指令の入力に応じて、積分値を０にクリアし、出力を０にし続ける。
【００４６】
積分制御部１８は、位置偏差Δｘの絶対値が所定の積分クリア閾値α以下の場合、１（ＯＮ）を示す積分クリア指令をＡＮＤゲート２１に出力する。位置偏差Δｘの絶対値が積分クリア閾値αよりも大きい場合、０（ＯＦＦ）を示す積分クリア指令をＡＮＤゲート２１に出力する。
【００４７】
減算器１９は、上位装置３０Ａの到達位置指定部３１によって指定された到達位置Ｃが入力される。減算器１９は、位置検出部５によって検出された現在位置Ｙｒが、位置フィードバックとして入力される。減算器１９は、到達位置Ｃから現在位置Ｙｒを減算し、その減算結果を位置偏差Δｙ（＝Ｃ−Ｙｒ）として出力する。
【００４８】
検出部２０は、検出手段として機能する。検出部２０は、減算器１９によって出力された位置偏差Δｙが入力される。検出部２０は、検出閾値γ以下の位置偏差Δｙを検出する。本実施例では、検出閾値γは、現在位置Ｙｒが到達位置Ｃの近傍であることを、位置偏差Δｙに基づいて検出するための閾値が設定される。検出部２０は、検出閾値γ以下の位置偏差Δｙを検出した場合、現在位置Ｙｒは到達位置Ｃの近傍であるため、１（ＯＮ）を示す積分クリア指令をＡＮＤゲート２１に出力する。検出部２０は、検出閾値γより大きい位置偏差Δｙを検出した場合、現在位置Ｙｒは到達位置Ｃの近傍ではないため、０（ＯＦＦ）を示す積分クリア指令をＡＮＤゲート２１に出力する。
【００４９】
ＡＮＤゲート２１は、積分制御部１８によって出力された積分クリア指令が入力される。ＡＮＤゲート２１は、検出部２０によって出力された積分クリア指令が入力される。ＡＮＤゲート２１は、積分制御部１８及び検出部２０の双方から１を示す積分クリア指令が入力された場合に、１（ＯＮ）を示す積分クリア指令を積分器１４に出力する。ＡＮＤゲート２１は、積分制御部１８又は検出部２０のいずれか一方からしか１を示す積分クリア指令が入力されない場合、あるいは、双方から０を示す積分クリア指令が入力された場合、０（ＯＦＦ）を示す積分クリア指令を積分器１４に出力する。
【００５０】
位置決め制御装置１０Ａは、グラインダ４の現在位置が到達位置Ｃの近傍である場合、かつ、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下の場合に、積分器１４の積分値を０にクリアする。そのため、位置決め制御装置１０Ａは、例えば、グラインダ４の移動中に偶然目標位置に追い付いて位置偏差Δｘが０になっても、到達位置Ｃの近傍でなければ、積分器１４の積分値はクリアされない。よって、位置決め制御装置１０Ａは、オーバーシュートを抑制したい到達位置Ｃの近傍で積分値のクリアを実行するため、グラインダ４が移動中に一時的に止まることを防止できる。
【００５１】
本実施例では、積分制御部１８と減算器１９と検出部２０とＡＮＤゲート２１とを組み合わせて、積分器１４の積分クリアを制御する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、積分制御部１８が、検出部２０及びＡＮＤゲート２１の各機能に相当する構成を有してもよい。あるいは、積分制御部１８が、ＡＮＤゲート２１の機能に相当する構成を有してもよい。
【００５２】
次に、実施例２に係る位置決め制御装置１０Ａの動作について説明する。
【００５３】
駆動制御システム１Ａにおいて、上位装置３０Ａは、到達位置Ｃを指定すると、その到達位置Ｃを位置決め制御装置１０Ａに出力する。上位装置３０Ａは、現在位置Ｙｒと到達位置Ｃとに基づいてグラインダ４の目標位置を演算すると、目標位置を示す位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０Ａに出力する。
【００５４】
位置決め制御装置１０Ａは、上位装置３０Ａによって出力された到達位置Ｃが入力されると、到達位置Ｃから現在位置Ｙｒを減算して位置偏差Δｙを得る。位置決め制御装置１０Ａは、位置偏差Δｙが検出閾値γより大きい場合、グラインダ４は到達位置Ｃの近傍に到達していないことを検出する。そのため、位置決め制御装置１０Ａは、積分制御部１８によって積分器１４の積分値をクリアするのをＡＮＤゲート２１が阻止する状態となる。
【００５５】
位置決め制御装置１０Ａは、位置指令Ｃｐから現在位置Ｙｒを減算して位置偏差Δｘを得る。位置決め制御装置１０Ａは、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐより大きい場合、位置偏差Δｘを比例演算した速度指令Ｖｃを得る。位置決め制御装置１０Ａは、速度指令Ｖｃから現在速度Ｖｒを減算した速度偏差Δｖを得ると、その速度偏差Δｖを積分する。位置決め制御装置１０Ａは、速度偏差Δｖと積分成分Ｍとを加算してトルク指令Ｔｃを得ると、トルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。そして、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてモータを駆動させ、グラインダ４を目標位置に向けて移動させる。
【００５６】
位置決め制御装置１０Ａは、到達位置Ｃから現在位置Ｙｒを減算して位置偏差Δｙを得る。位置決め制御装置１０Ａは、位置偏差Δｙが検出閾値γ以下の場合、グラインダ４が到達位置Ｃの近傍に到達していることを検出する。そのため、位置決め制御装置１０Ａは、積分制御部１８によって積分器１４の積分値をクリアするのをＡＮＤゲート２１が阻止しない状態となる。
【００５７】
その後、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐ及び不感帯閾値βよりも小さくなると、位置決め制御装置１０Ａは、速度指令Ｖｃを強制的に０とする。この時点では、現在速度Ｖｒは０ではない。そのため、位置決め制御装置１０Ａは、速度指令Ｖｃに基づいて得られた速度偏差Δｖの積分を行い、トルク指令Ｔｃを求める。位置決め制御装置１０Ａは、０ではないトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００５８】
その後、時間の経過に応じて、位置偏差Δｘの値は徐々に小さくなり、トルク指令Ｔｃの値も徐々に小さくなる。そして、時間ｔ２において、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下になり、かつ、位置偏差Δｙが検出閾値γ以下になり、グラインダ４は到達位置Ｃの近傍に到達している。よって、位置決め制御装置１０Ａは、積分器１４の積分値を０にクリアする。この場合、不感帯により速度指令Ｖｃも０であるが、現在速度Ｖｒは０ではない。そのため、位置決め制御装置１０Ａは、現在速度Ｖｒに基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００５９】
その後、位置偏差Δｘは徐々に０に近づくが、積分クリア閾値α以下であることから、位置決め制御装置１０Ａは、積分器１４の積分値を０にクリアし続け、現在速度Ｖｒに基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力し続ける。その後、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてグラインダ４を目標位置に位置決めする。この場合、位置決め制御装置１０Ａは、入力される現在速度Ｖｒが０になるので、速度偏差Δｖ及び積分値は０となり、０を示すトルク指令Ｔｃを得る。よって、駆動部３がグラインダ４を目標位置に位置決めした後に、位置決め制御装置１０Ａは、０を示すトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【実施例３】
【００６０】
以下に、図５を参照しながら、実施例３に係る駆動制御システム１Ｂについて説明する。図５は、実施例３に係る駆動制御システム１Ｂの概略構成を示す図である。駆動制御システム１Ｂは、説明を簡単にするため、図１と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００６１】
図５に示すように、駆動制御システム１Ｂは、駆動装置２と、位置決め制御装置１０Ｂと、上位装置３０とを有する。
【００６２】
駆動装置２は、駆動部３と、グラインダ４と、位置検出部５と、速度検出部６とを有する。上位装置３０は、到達位置指定部３１と、軌道生成部３２とを有する。
【００６３】
位置決め制御装置１０Ｂは、図５に示すように、減算器１１と、速度指令部１２と、減算器１３と、積分器１４と、乗算器１５と、加算器１６Ｂと、乗算器１７と、積分制御部１８と、乗算器２２と、減算器２３とを有する。
【００６４】
乗算器２２は、速度指令演算手段の第１速度指令演算部として機能する。乗算器２２は、減算器１１によって出力された位置偏差Δｘが入力される。乗算器２２は、位置偏差Δｘに比例ゲインＫｐを乗算する比例演算を実行し、その実行結果を第１速度指令Ｖｃ１（＝ΔｘＫｐ）として減算器２３に出力する。比例ゲインＫｐは、速度指令部１２の比例ゲインＫｐと同一の値が設定される。
【００６５】
本実施例では、速度指令部１２と乗算器２２とを別個にする場合について説明するが、これに限定されない。例えば、速度指令部１２が乗算器２２に相当する構成を有してもよい。この場合、位置偏差Δｘが不感帯閾値βより大きくなった場合に、速度指令部１２は、０を示す速度指令Ｖｃを減算器１３に出力し、かつ、第１速度指令Ｖｃ１を減算器２３に出力するように構成される。
【００６６】
減算器２３は、乗算器２２によって出力された第１速度指令Ｖｃ１が入力される。減算器２３は、速度検出部６によって検出された現在速度Ｖｒが、速度フィードバックとして入力される。減算器２３は、第１速度指令Ｖｃ１から現在速度Ｖｒを減算し、その減算結果を第１速度偏差Δｖ１（＝Ｖｃ１−Ｖｒ）として出力する。すなわち、減算器２３は、不感帯の影響を受けない第１速度偏差Δｖ１を加算器１６Ｂに出力する。
【００６７】
加算器１６Ｂは、減算器２３によって出力された第１速度偏差Δｖ１が入力される。加算器１６Ｂは、乗算器１５によって出力された積分成分Ｍが入力される。加算器１６Ｂは、第１速度偏差Δｖ１と積分成分Ｍとを加算し、その加算結果を乗算器１７に出力する。このように、加算器１６Ｂは、不感帯の影響を受けない第１速度偏差Δｖ１に積分成分Ｍを加算する点が、実施例１の加算器１６とは異なっている。
【００６８】
位置決め制御装置１０Ｂは、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αより小さくなった場合、第１速度指令Ｖｃ１を０とはせず、第１速度指令Ｖｃ１と現在速度Ｖｒとを減算して第１速度偏差Δｖ１を得る。位置決め制御装置１０Ｂは、速度偏差Δｖの積分値に基づいた積分成分Ｍと第１速度偏差Δｖ１とを加算したトルク指令Ｔｃを出力する。そのため、位置決め制御装置１０Ｂは、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αより小さくなっても、比例要素に基づいた速度制御を継続するので、不感帯を設けても、比例制御の性能を向上できる。例えば、位置決め制御装置１０Ｂの位置決め精度仕様Ｐが０．１ｍｍの場合、設計者がその１０倍、すなわち０．０１ｍｍを設計すれば、位置決め制御装置１０Ｂはその性能を発揮することができる。
【００６９】
次に、実施例３に係る位置決め制御装置１０Ｂの動作について説明する。
【００７０】
駆動制御システム１Ｂにおいて、上位装置３０は、グラインダ４の目標位置を演算すると、目標位置を示す位置指令Ｃｐを位置決め制御装置１０Ｂに出力する。そして、位置決め制御装置１０Ｂは、位置指令Ｃｐが入力されると、位置指令Ｃｐから現在位置Ｙｒを減算して位置偏差Δｘを求める。位置決め制御装置１０Ｂは、位置偏差Δｘを比例演算し、その演算結果から現在速度Ｖｒを減算して第１速度偏差Δｖ１を得る。これと並行して、位置決め制御装置１０Ｂは、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐよりも大きい場合、位置偏差Δｘを比例演算して速度指令Ｖｃを得る。位置決め制御装置１０Ｂは、速度指令Ｖｃから現在速度Ｖｒを減算した速度偏差Δｖを得ると、その速度偏差Δｖを積分する。この場合、位置偏差Δｘは、不感帯の範囲の外であるので、第１速度偏差Δｖ１と速度偏差Δｖとは同一の値となっている。そして、位置決め制御装置１０Ｂは、第１速度偏差Δｖ１と積分成分Ｍとを加算したトルク指令Ｔｃを得ると、トルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。そして、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてモータを駆動させ、グラインダ４を目標位置に向けて移動させる。
【００７１】
その後、位置偏差Δｘが位置決め精度仕様Ｐ及び不感帯閾値βよりも小さくなると、位置決め制御装置１０Ｂは、速度指令Ｖｃを強制的に０とし、かつ、第１速度指令Ｖｃ１を得る。この時点では、現在速度Ｖｒは０ではないため、位置決め制御装置１０Ｂは、第１速度偏差Δｖ１を得る。この場合、不感帯により速度指令Ｖｃは０となるので、位置決め制御装置１０Ｂは、現在速度Ｖｒに基づいて得られた速度偏差Δｖの積分を行う。そして、位置決め制御装置１０Ｂは、第１速度偏差Δｖ１と積分成分Ｍとを加算した０ではないトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００７２】
その後、時間の経過に応じて、位置偏差Δｘの値は徐々に小さくなり、トルク指令Ｔｃの値も徐々に小さくなる。そして、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下になると、位置決め制御装置１０Ｂは、積分器１４の積分値を０にクリアする。この場合、位置偏差Δｘは０ではないため、位置決め制御装置１０Ｂは、０ではない第１速度偏差Δｖ１を得る。位置決め制御装置１０Ｂは、第１速度偏差Δｖ１に基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００７３】
その後、位置偏差Δｘは徐々に０に近づくが、積分クリア閾値α以下であることから、位置決め制御装置１０Ｂは、積分器１４の積分値を０にクリアし続け、第１速度偏差Δｖ１に基づいたトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力し続ける。その後、駆動部３は、トルク指令Ｔｃに基づいてグラインダ４を目標位置に位置決めする。この場合、位置決め制御装置１０Ｂは、入力される現在位置Ｙｒ及び現在速度Ｖｒが０になるので、第１速度偏差Δｖ１は０となり、０を示すトルク指令Ｔｃを得る。よって、駆動部３がグラインダ４を目標位置に位置決めした後に、位置決め制御装置１０Ｂは、０を示すトルク指令Ｔｃを駆動部３に出力する。
【００７４】
上述した実施例では、位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂの速度制御としてＰＩ制御を用いる場合について説明したが、これに限定されない。速度制御の仕方は、例えば、ＰＩＤ制御、他の特性改善フィルタ等を含むように構成されてもよい。
【００７５】
上述した実施例では、位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下になった場合、積分器１４の積分値を瞬時に０にクリアする場合について説明したが、これに限定されない。位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、積分器１４の積分値を瞬時に０にクリアするのではなく、漸減させるように構成してもよい。
【００７６】
例えば、位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂの積分制御部１８は、積分値の段階的なクリアを示す指令を積分器１４に出力する。積分器１４は、指令が入力されたとき、あるいは、位置偏差Δｘが積分クリア閾値α以下になったときの積分値を１００％とし、予め定められた所定時間で積分値を１００％から０％に複数回に分けて漸減させる。
【００７７】
駆動制御システム１、１Ａ、１Ｂにおいて、駆動部３が減速機、ボールねじの伝達構造を有する場合、微視的にはそれらの要素が撓んで力を伝達している。この状況で急に駆動部３の駆動トルクを０近くにすると、撓み反力が外乱となってモータに作用し、位置偏差Δｘが増大する場合がある。この場合、不感帯閾値βよりも小さくなっていた位置偏差Δｘは、再び不感帯閾値β以上となり、位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、速度偏差Δｖの積分を再開すると、グラインダ４の挙動が予期しない動きをする恐れがある。このような恐れがある構成の場合は、積分器１４の積分値を漸減するようにクリアすることで、撓み反力の影響を低減させることが可能となる。その結果、駆動制御システム１、１Ａ、１Ｂにおけるグラインダ４の挙動を安定的に収束させることができる。
【００７８】
上述した実施例では、積分制御部１８は、積分器１４の積分値を０にクリアしている状態で、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αよりも大きくなった場合に、積分器１４の積分を再開させる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、積分制御部１８は、位置偏差Δｘが一定時間連続して積分クリア閾値αを超えた場合に、積分器１４に積分を再開させ、かつ、位置偏差Δｘが一定時間連続して積分クリア閾値αを超えていない場合、積分器１４に積分を再開させないように構成されてもよい。
【００７９】
上述した実施例では、位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、グラインダ４を自動制御する駆動制御システム１、１Ａ、１Ｂに適用する場合について説明したが、これに限定されない。位置決め制御装置１０、１０Ａ、１０Ｂは、モータ等による精密な位置決めを必要とする装置に適用してもよい。精密な位置決めを必要とする装置は、例えば、ハードディスク装置、磁気ディスク装置などの回転記録装置、各種工作機器の駆動制御装置を含む。
【００８０】
上述した実施例２、３は組み合わせてもよい。例えば、駆動制御システム１Ａの位置決め制御装置１０Ａは、位置偏差Δｘが積分クリア閾値αより小さくなった場合に、位置偏差Δｘの比例制御を継続するための位置決め制御装置１０Ｂの構成を有するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１、１Ａ、１Ｂ  駆動制御システム
２  駆動装置
３  駆動部
４  グラインダ
５  位置検出部
６  速度検出部
１０、１０Ａ、１０Ｂ  位置決め制御装置
１１、１３、１９、２３  減算器
１２  速度指令部
１４  積分器
１５、１７、２２  乗算器
１６、１６Ｂ  加算器
１８  積分制御部
２０  検出部
２１  ＡＮＤゲート
３０、３０Ａ、３０Ｂ  上位装置
３１  到達位置指定部
３２  軌道生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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