(57)【要約】  位置決め制御装置は、実際に検出される負荷軸位置（θｌ）に基づき、波動歯車装置の出力軸である負荷軸が目標位置（θ＊ｌ）に位置決めされるようにモータを駆動制御するフルクローズド制御系として、状態オブザーバ（Observer）を併用した状態フィードバック制御系を備えている。状態オブザーバは、モータに対する制御入力（ｉｒｅｆ）と、負荷軸位置（θｌ）とに基づき、モータ軸位置、モータ速度を推定する。状態フィードバック制御系は、負荷軸位置（θｌ）と、状態オブザーバによる推定モータ軸位置、推定モータ速度とを用いて、制御対象の状態量をフィードバックする。波動歯車装置の角度伝達誤差に起因する共振振動を抑制して精度の高い位置決めが可能となる。
2018061097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を波動歯車装置で減速して負荷軸に伝達する構成を備えたアクチュエータを駆動制御して前記負荷軸の位置決め制御を行うアクチュエータの位置決め制御装置において、
実際に検出される負荷軸位置に基づき、前記負荷軸が目標位置に位置決めされるように前記モータを駆動制御するフルクローズド制御系として、状態オブザーバを併用した状態フィードバック制御系を備えており、
前記状態オブザーバは、前記状態フィードバック制御系における制御対象である前記アクチュエータの前記モータに対する制御入力、および、前記負荷軸位置に基づき、モータ軸位置およびモータ速度を推定し、
前記状態フィードバック制御系は、前記負荷軸位置と、前記状態オブザーバによる推定モータ軸位置および推定モータ速度とを用いて、前記制御対象の状態量をフィードバックする
波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記状態フィードバック制御系の設計に当たっては、
前記モータ軸位置および前記負荷軸位置の双方をフィードバックして前記負荷軸の位置決め制御を行うＰ−ＰＩ制御系を含めた閉ループ系におけるＰ−ＰＩ補償器ゲインを決定し、前記状態フィードバック制御系の状態フィードバックゲインが零のときの前記閉ループ系の極配置を確認し、
確認した前記閉ループ系の極の中で、実軸上に無い振動極の減衰のみを変更するために、当該振動極が実軸上の極と垂直に並ぶように、前記状態フィードバックゲインを導出する
波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記状態フィードバック制御系の設計に用いる前記制御対象の前記アクチュエータは、モータ、ばね、負荷からなる２慣性系モデルであるとみなされて、その状態方程式が次の式で表され、
2018061097.tif 000023
前記状態オブザーバの設計に用いる前記状態量および状態方程式は次の式で表され、
2018061097.tif 000024
ここで、
Ｊｍ：モータ軸慣性モーメント
Ｄｍ：モータ軸粘性摩擦係数
Ｊｌ：負荷軸慣性モーメント
Ｄｌ：負荷軸粘性摩擦係数
Ｄｇ：減速機の粘性摩擦係数
Ｎ：波動歯車装置の減速比
Ｋｔ：モータトルク定数
Ｋｇ：ばね特性
θｍ：モータ軸位置
ωｍ：モータ速度
θｌ：負荷軸位置
ωｌ：負荷速度
ｄｍ：モータ外乱
ｉｒｅｆ：モータトルク電流指令値
θ＊ｍ：位置指令入力
である波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転出力を波動歯車装置によって減速して負荷軸に伝達する構成を備えたアクチュエータの位置決め制御装置に関する。更に詳しくは、負荷軸情報のみを用いた、状態オブザーバ併用型フルクローズド制御により、波動歯車装置の角度伝達誤差に起因した共振振動を抑制して負荷軸の位置決め制御を適切に行う位置決め制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと、減速機構として波動歯車装置を備えたアクチュエータが知られている。この構成のアクチュエータの制御系においては、モータ軸情報のみを用いて、波動歯車装置の減速出力回転を負荷側に伝達する負荷軸の位置制御を行うセミクローズド制御系が適用されることが多い。しかし、セミクローズド制御系は波動歯車装置に内在する非線形要素によって負荷軸に振動が発生し、位置決め精度が劣化してしまうという問題がある。そのために、本発明者等は、角度伝達誤差に対する解析やモデル化、構築したモデルを用いて角度伝達誤差を補償する手法を提案している（特許文献１〜４）。【０００３】
これに対して、波動歯車装置を備えたアクチュエータにおいて、モータ軸および負荷軸のそれぞれに取り付けたエンコーダからの情報を用いて負荷軸位置を制御する、フルクローズド制御系も提案されている。本発明者等は、このような制御装置において、波動歯車装置の非線形特性に起因する負荷軸の位置制御性能の劣化を防止するための手法を提案している（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４５３６０６号公報
【特許文献２】特許第５５７４２２８号公報
【特許文献３】特許第５２０７０７１号公報
【特許文献４】特許第５８３９５１０号公報
【特許文献５】特許第５６５６１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負荷軸に取り付けたエンコーダの情報を用いて負荷軸の位置制御を行うフルクローズド制御系を適用する場合には、制御性能を向上できるものの、モータ軸エンコーダに加えて、負荷軸にエンコーダを設置する必要があり、それに伴うコストアップやエンコーダの設置場所の確保等の課題も多い。しかし、最終制御量である負荷軸の更なる性能向上やエンコーダの低コスト化といった背景から、負荷軸エンコーダの利用が拡大していくと考えられる。【０００６】
本発明の課題は、モータ軸情報を用いずに、負荷軸情報のみを用いたフルクローズド制御系を適用して、波動歯車装置の角度伝達誤差に起因した共振振動を抑制して精度良く負荷軸を位置決めすることのできる、波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め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】
【０００７】
本発明の位置決め制御装置は、制御対象のアクチュエータの位置決め制御を行うためのフルクローズド制御系として、負荷軸情報のみを用いた状態フィードバック制御系を備えている。【０００８】
制御対象の波動歯車装置を備えたアクチュエータは、モータトルクや負荷トルクが加わった際に、モータ・負荷軸間のねじれ振動が励起されるので、ねじれ特性を考慮した２慣性モデルとして一般に取り扱われる。負荷軸情報のみを用いた制御系を設計する場合、２慣性モデルの特性として共振周波数より高周波数領域での位相遅れが大きく、制御系が不安定となりやすい。【０００９】
そこで、本発明の位置決め制御装置では、状態フィードバック制御系に、状態オブザーバを併用している。制御対象への制御入力、および、実際に検出される負荷軸情報から、モータ軸情報（モータ軸位置およびモータ速度）を推定し、制御系の安定化を図ることにより、精度良く負荷軸の位置決め制御を行うようにしている。【００１０】
すなわち、本発明は、モータの回転を波動歯車装置で減速して負荷軸に伝達する構成を備えたアクチュエータを駆動制御して前記負荷軸の位置決め制御を行うアクチュエータの位置決め制御装置において、
実際に検出される負荷軸位置に基づき、前記負荷軸が目標位置に位置決めされるように前記モータを駆動制御するフルクローズド制御系として、状態オブザーバを併用した状態フィードバック制御系を備えており、
前記状態オブザーバは、前記状態フィードバック制御系における制御対象である前記アクチュエータの前記モータに対する制御入力、および、前記負荷軸位置に基づき、前記モータ軸位置およびモータ速度を推定し、
前記状態フィードバック制御系は、前記負荷軸位置と、前記状態オブザーバによる推定モータ軸位置および推定モータ速度とを用いて、前記制御対象の状態量をフィードバックすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者等による実機実験により、本発明の位置決め制御装置による位置決め制御の有効性が確認された。また、本発明によれば、フルクローズド制御系を採用しているので、位置決め制御の整定時の定常偏差やばらつきを圧縮することが可能である。【００１２】
さらに、エンコーダを負荷軸のみに取り付ければよいので、従来のセミクローズド制御系に対してセンサ数を増加させることなく負荷軸の制御性能を向上させることができる。また、センサ数の増加によるコストアップやエンコーダの設置場所の確保などの課題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の制御対象のアクチュエータの構成例を示す説明図である。
【図１Ｂ】セミクローズド制御系を示すブロック線図である。
【図２】負荷軸１周分の角度伝達誤差の測定結果を示すグラフである。
【図３】モータ軸３周期分の角度伝達誤差の測定結果を示すグラフである。
【図４】角度伝達誤差の測定結果のスペクトル解析結果を示すグラフである。
【図５】角度伝達誤差から負荷位置までの周波数特性を示すグラフである。
【図６】一定加速度実験の応答結果を示すグラフである。
【図７】モータ軸負荷軸エンコーダを用いた状態フィードバック制御系を示すブロック線図である。
【図８】閉ループ系の極配置を示すグラフである。
【図９】状態オブザーバを示すブロック線図である。
【図１０】閉ループ系極とオブザーバ極を示すグラフである。
【図１１】本発明による負荷軸エンコーダの情報のみを用いた状態フィードバック制御系を示すブロック図である。
【図１２】各制御系の周波数特性を示すグラフである。
【図１３】低加速度実験の実機応答結果を示すグラフである。
【図１４】高加速度実験の実機応答結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明による波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置について説明する。
【００１５】
［位置決めシステムの全体構成］
図１Ａは、本発明の制御対象である、波動歯車装置を減速機として含むアクチュエータを備えた位置決めシステムの構成例を示す説明図である。位置決めシステム１は、アクチュエータ２、および、その位置決め制御装置３を備えている。アクチュエータ２は、モータ４と、モータ４の出力回転を減速する波動歯車装置５と、波動歯車装置５から出力される減速回転によって回転する負荷軸６とを備えている。
【００１６】
波動歯車装置５は、モータ軸８に固定した波動発生器５ａと、負荷軸６に固定した可撓性外歯車５ｂと、アクチュエータハウジング２ａの側に固定した剛性内歯車５ｃとを備えている。アクチュエータ２によって、負荷軸６に取り付けた負荷装置７が回転駆動される。負荷軸６には負荷軸位置検出用の負荷軸エンコーダ１０が取り付けられている。
【００１７】
位置決め制御装置３は、負荷軸エンコーダ１０によって検出される負荷軸位置のみに基づき、モータ４の駆動を制御して、負荷軸６（したがって負荷装置７）の位置決めを行うフルクローズド制御系を備えている。フルクローズド制御系は、状態オブザーバを併用した状態フィードバック制御系である。
【００１８】
なお、図１Ａにおいては、後述の実証実験において用いたモータ軸エンコーダ９ａおよび、その信号ライン９ｂを想像線で示してある。
【００１９】
［波動歯車装置の角度伝達誤差］
図１Ｂは、位置決めシステム１の制御対象のアクチュエータを２慣性系モデルと見做した場合におけるセミクローズド制御系を示すブロック線図である。制御対象は、一般に、波動歯車装置の入力側のモータ軸を含むモータ側慣性系と、波動歯車装置の出力側の負荷軸を含む負荷側慣性系とからなる２慣性系モデルとして取り扱われる。図中の記号は次の通りであり、Ｃ（ｓ）はモータ軸位置と速度をフィードバックするＰ−ＰＩ補償器を示し、前述の角度伝達誤差は、図中では、モータ軸位置θｍと負荷軸位置θｌの間のねじれ位置へ入力される位置外乱θｓｙｎｃとしている。
【００２０】
Ｊｍ：モータ軸慣性モーメント
Ｄｍ：モータ軸粘性摩擦係数
Ｊｌ：負荷軸慣性モーメント
Ｄｌ：負荷軸粘性摩擦係数
Ｄｇ：減速機の粘性摩擦係数
Ｎ：減速比
Ｋｔ：モータトルク定数
Ｋｇ：ばね特性
θｍ：モータ軸位置
ωｍ：モータ速度
θｌ：負荷軸位置
ωｌ：負荷速度
θｓｙｎｃ：角度伝達誤差
ｉｒｅｆ：モータトルク電流指令値
θ＊ｍ：位置指令入力
【００２１】
ここで、一般に、波動歯車装置の角度伝達誤差θＴＥは、モータ軸位置をθｍ、負荷軸位置をθｌ、減速比をＮとすると、モータ軸位置θｍから計算される理論的負荷軸位置θｍ／Ｎと、実際の負荷軸角度θｌとの差であり、次の式１で定義される。
（式１）
θＴＥ＝θｌ−θｍ／Ｎ
【００２２】
波動歯車装置では、歯車の加工誤差や構成部品の組み付け誤差に起因して、構成部品の相対回転に同期して角度伝達誤差が生じる。角度伝達誤差の測定は次のように行うことができる。すなわち、微小送り角度の位置決めを、歯車のかみ合わせが一巡する負荷軸１周分行い、位置決め終了時における角度伝達誤差を位置決め毎に測定する。
【００２３】
図２は負荷軸１周分の角度伝達誤差測定結果を示すグラフであり、図３はモータ軸３周期分の測定結果を示すグラフであり、図４は測定結果のスペクトル解析結果を示すグラフである。図４の横軸はモータ回転に規格化している。図２、図３より、周期的な成分が確認できる。図４より、角度伝達誤差は特にモータ回転周期の２倍の周波数成分が主成分であることが確認できる。
【００２４】
［角度伝達誤差に起因した振動の解析］
角度伝達誤差の周波数と機構共振周波数が一致すると、加減速の途中で共振振動を励起し、機構振動や騒音を発生させることが知られている。
【００２５】
図５は、角度伝達誤差θｓｙｎｃから負荷軸位置θｌまでの周波数特性を示すグラフである。図５より、伝達特性Ｇｌは、１００［Ｈｚ］付近に共振特性を有しており、角度伝達誤差θｓｙｎｃに１００［Ｈｚ］の成分が入力されたときに、負荷軸位置に振動を励起されることが分かる。
【００２６】
図６は、角度伝達誤差θｓｙｎｃに起因した振動現象を解析するために、一定加速度実験を行った結果を示すグラフである。図６（ａ）に負荷速度応答を、図６（ｂ）に負荷位置振動成分をそれぞれ示す。図６より、特に負荷速度が６０［ｒｐｍ］付近で振動的な応答となっている。一定加速度実験において、角度伝達誤差の周波数が１００［Ｈｚ］となるときのモータ速度は３０００［ｒｐｍ］であり、波動歯車装置の減速比Ｎは５０であるので、負荷速度は６０［ｒｐｍ］となる。よって、本振動現象は、角度伝達誤差に起因したものであることが分かる。
【００２７】
［制御系の設計］
（状態フィードバック制御系の設計）
先に述べたように、角度伝達誤差に起因した共振振動によって制御性能が大きく劣化することから、位置決め制御装置３（図１参照）では、状態フィードバック制御による補償手法を採用している。
【００２８】
図７は、モータ軸と負荷軸の双方にエンコーダを配置し、これらにより検出されるモータ軸位置および負荷軸位置の双方を用いた状態フィードバック制御系を示すブロック線図である。この図において、Ｆは状態フィードバックゲインを示し、Ｃｐは位置比例補償器を示し、Ｃｖは速度比例積分補償器を示す。この構成の状態フィードバック制御系に対して、従来のＰ−ＰＩ制御系を含めた閉ループ系に対する極配置を前提として、状態フィードバック制御系の設計を行う。具体的には、
（１）Ｐ−ＰＩ補償器ゲイン（位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン）を決定し、Ｆ＝０の時の閉ループ系極配置を確認する。
（２）上記（１）で確認した閉ループ系の極の中で実軸上に無い振動極の減衰のみを変更するため、振動極が実軸上の極と垂直に並ぶように、状態フィードバックゲインＦを導出する。
【００２９】
この設計手順では、Ｐ−ＰＩ補償器のゲインを決定すれば、振動極が適度な減衰となる状態フィードバックゲインＦを一意に導出でき、簡便な設計が可能である。
【００３０】
ここで、状態フィードバック制御系の設計に用いる、制御対象の状態方程式は次の式２〜８で表される。
【００３１】
（式２）
2018061097.tif 000003
（式３）
2018061097.tif 000004
（式４）
2018061097.tif 000005
（式５）
2018061097.tif 000006
（式６）
2018061097.tif 000007
（式７）
2018061097.tif 000008
（式８）
2018061097.tif 000009
【００３２】
（閉ループ系に対する極配置設計）
閉ループ系の極配置と、状態フィードバック制御系の拡大系プラントの極配置の関係性を明確にする。図７における指令から負荷軸までの閉ループ系の伝達関数をＧｒ→ｌｏａｄ、拡大系プラントの入力からモータ軸までの伝達関数をＧｖ→ｍｏｔｏｒ、拡大系プラントの入力から負荷軸までの伝達関数をＧｖ→ｌｏａｄとすると、Ｇｒ→ｌｏａｄは、Ｇｖ→ｍｏｔｏｒおよびＧｖ→ｌｏａｄを用いて、式９で表される。
（式９）
2018061097.tif 000010
【００３３】
ここで、Ｇｒ→ｌｏａｄ、Ｇｖ→ｍｏｔｏｒ、Ｇｖ→ｌｏａｄを分子と分母の多項式に分けて、以下のようにそれぞれ表す。
（式１０）
2018061097.tif 000011
（式１１）
2018061097.tif 000012
（式１２）
2018061097.tif 000013
【００３４】
式１０、式１１、式１２を式９に代入すると、
（式１３）
2018061097.tif 000014
と表すことができる。さらに、式１３の左辺および右辺における分母多項式は、
（式１４）
2018061097.tif 000015
となる。したがって、拡大系プラントの分母多項式は、
（式１５） 
2018061097.tif 000016
となる。式１５より、振動極の減衰を変更した閉ループ系での極配置から、拡大系プラントの極配置および状態フィードバックゲインＦを導出できる。
【００３５】
図８は、以上の手順により設計した閉グループ系の極配置図である。フルクローズド制御系での振動極の減衰を変更し、振動極が実軸上の極と垂直に並ぶように設計できていることが確認できる。
【００３６】
（状態オブザーバの設計）
本発明では、負荷軸情報のみを用いたフルクローズド制御系を実現するために、状態オブザーバによってモータ軸位置および速度を推定し、モータ軸情報を必要としない状態オブザーバ併用型フルクローズド制御系を備えている。
【００３７】
状態オブザーバの設計に用いる状態量および制御対象の状態方程式を、式１６〜式１９に示す。以下の式において、ｄｍはモータ外乱である。
【００３８】
（式１６）
2018061097.tif 000017
（式１７）
2018061097.tif 000018
（式１８）
2018061097.tif 000019
（式１９）
2018061097.tif 000020
【００３９】
図９は、状態オブザーバのブロック線図である。図中の符号は次の通りである。
2018061097.tif 000021
【００４０】
一般的に、状態オブザーバの極は閉ループ系の極に対して高域側に配置すればよいが、あまり高域側に極を配置すると外乱やノイズの影響を受けやすくなる。そこで、ここでは、図１０において×印で示す閉ループ系の極に対して、状態オブザーバの極を丸で囲った×印で示す位置に配置するように決定した。
【００４１】
（状態オブザーバ併用型状態フィードバック制御系）
図１１は、上述のように設計した状態オブザーバを組み込んだ状態オブザーバ併用型状態フィードバック制御系を示すブロック線図である。図１２は、設計した制御系の各種周波数応答を示すグラフであり、図１２（ａ）は開ループ伝達特性を示し、図１２（ｂ）はナイキスト線図であり、図１２（ｃ）は閉ループ伝達特性（指令から負荷軸まで）を示し、図１２（ｄ）は角度伝達誤差から負荷軸までの角度伝達誤差特性を示す。
【００４２】
図１２における各線は次の制御系を意味している。なお、後述の図１３、１４においても同様である。
Semi-Closed：セミクローズド制御系
Full-Closed：フルクローズド制御系
State-Feedback：モータ軸負荷軸エンコーダを用いた状態フィードバック制御系
State-Feedback with Observer：状態オブザーバ併用型状態フィードバック制御系（提案制御系）
【００４３】
図１２（ａ）、（ｂ）より、状態フィードバック制御系、本発明の提案制御系は、従来のセミクローズド制御系／フルクローズド制御系と同等の安定余裕を有していることが分かる。図１２（ｄ）より、状態フィードバック制御系が、角度伝達誤差の振動が顕著となる１００Ｈｚでのゲインを最も低減出来ている。本発明の提案制御系では、状態フィードバック制御系に比して角度伝達誤差の影響を受けやすいものの、従来のセミクローズド制御系／フルクローズド制御系に比べてゲインを低減出来ていることが確認できる。
【００４４】
［実機検証］
提案制御系の有効性を、図１に示す位置決めシステムを用いた駆動実験により検証した。そのために、前述のＰ−ＰＩセミクローズド制御系、Ｐ−ＰＩフルクローズド制御系、モータ軸負荷軸エンコーダを用いた状態フィードバック制御系との応答比較を行った。実機実験として、制振性を評価するために、角度伝達誤差に起因した振動の影響が顕著となる低加速度実験を実施し、追従性評価としての高速・高精度位置決めを評価するために、高加速度実験を実施した。
【００４５】
（低加速度実験による特性解析）
低加速度実験時の提案制御系の特性を、実機実験により検証した。図１３は、低加速度実験時の実機応答を示し、定量的な評価として表１に制御性能評価を示す。図１３において、（ａ）は負荷速度を示し、（ｂ）は負荷位置振動成分を示す。
【００４６】
（表１）
2018061097.tif 000022
【００４７】
図１３より、提案制御系の場合には、状態フィードバック制御系、セミクローズド制御系およびフルクローズド制御系の場合に比して、１６ｓ〜１８ｓの間で共振振動が抑制されている。一方で、提案制御系では、図１２（ｄ）の周波数特性で見られたように、４０〜８０Ｈｚ付近のゲインが他の制御系に比べて大きくなっていることから、１１ｓ〜１５ｓの間で振動が大きくなっている。
【００４８】
さらに、表１より、セミクローズド制御系と比して、提案制御系では、負荷位置振動成分の最大振幅を４３．６％に、振動面積を８８．６％にそれぞれ抑制しており、モータ軸エンコーダを用いずに状態フィードバック制御系の場合と同程度の振動抑制が実現できている。
【００４９】
（高加速度実験による特性解析）
高加速度実験時の提案制御系の特性を、実機実験により検証した。図１４は、高加速度実験時の実機応答を示し、（ａ）はモータ位置整定付近を示し、（ｂ）は負荷位置整定付近を示す。
【００５０】
図１４より、提案制御系は、定常偏差やばらつきを圧縮できており、また、従来のセミクローズド制御系およびフルクローズド制御系より、負荷位置の整定までが早く、従来の状態フィードバック制御系と比して同精度の位置決め制御が可能である。これは、Ｐ−ＰＩ制御系ゲインを高く設定することが可能となったためである。
【００５１】
以上説明したように、波動歯車装置が減速機として内在するアクチュエータを対象にして、角度伝達誤差に起因した共振振動を抑制することを目的として、状態オブザーバ併用型フルクローズド状態フィードバック制御系を設計し、実機検証により、その有効性を検証した。
【００５２】
提案制御系では、従来のセミクローズド制御系に対してセンサ数を増加させることなく、負荷位置に偏差が現れずに目標位置に整定するような位置決め制御が可能となり、共振周波数である１００Ｈｚ付近の振動を、モータ軸負荷軸エンコーダを用いた状態フィードバック制御系と同程度に抑制できた。
【図１Ａ】
2018061097.tif 000025
【図１Ｂ】
2018061097.tif 000026
【図２】
2018061097.tif 000027
【図３】
2018061097.tif 000028
【図４】
2018061097.tif 000029
【図５】
2018061097.tif 000030
【図６】
2018061097.tif 000031
【図７】
2018061097.tif 000032
【図８】
2018061097.tif 000033
【図９】
2018061097.tif 000034
【図１０】
2018061097.tif 000035
【図１１】
2018061097.tif 000036
【図１２】
2018061097.tif 000037
【図１３】
2018061097.tif 000038
【図１４】
2018061097.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月10日(2017.11.10)
【手続補正１】
【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】
モータの回転を波動歯車装置で減速して負荷軸に伝達する構成を備えたアクチュエータを駆動制御して前記負荷軸の位置決め制御を行うアクチュエータの位置決め制御装置において、
実際に検出される負荷軸位置に基づき、前記負荷軸が目標位置に位置決めされるように前記モータを駆動制御するフルクローズド制御系として、状態オブザーバを併用した状態フィードバック制御系を備えており、
前記状態オブザーバは、前記状態フィードバック制御系における制御対象である前記アクチュエータの前記モータに対する制御入力、および、前記負荷軸位置に基づき、モータ軸位置およびモータ速度を推定し、
前記状態フィードバック制御系は、前記負荷軸位置と、前記状態オブザーバによる推定モータ軸位置および推定モータ速度とを用いて、前記制御対象の状態量をフィードバックし、
前記状態フィードバック制御系の設計に当たっては、
前記モータ軸位置および前記負荷軸位置の双方をフィードバックして前記負荷軸の位置決め制御を行うＰ−ＰＩ制御系を含めた閉ループ系におけるＰ−ＰＩ補償器ゲインを決定し、前記状態フィードバック制御系の状態フィードバックゲインが零のときの前記閉ループ系の極配置を確認し、
確認した前記閉ループ系の極の中で、実軸上に無い振動極の減衰のみを変更するために、当該振動極が実軸上の極と垂直に並ぶように、前記状態フィードバックゲインを導出する
波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記状態フィードバック制御系の設計に用いる前記制御対象の前記アクチュエータは、モータ、ばね、負荷からなる２慣性系モデルであるとみなされて、その状態方程式が次の式で表され、
2018061097.tif 000040
前記状態オブザーバの設計に用いる前記状態量および状態方程式は次の式で表され、
2018061097.tif 000041
ここで、
Ｊｍ：モータ軸慣性モーメント
Ｄｍ：モータ軸粘性摩擦係数
Ｊｌ：負荷軸慣性モーメント
Ｄｌ：負荷軸粘性摩擦係数
Ｄｇ：減速機の粘性摩擦係数
Ｎ：波動歯車装置の減速比
Ｋｔ：モータトルク定数
Ｋｇ：ばね特性
θｍ：モータ軸位置
ωｍ：モータ速度
θｌ：負荷軸位置
ωｌ：負荷速度
ｄｍ：モータ外乱
ｉｒｅｆ：モータトルク電流指令値
θ＊ｍ：位置指令入力
である波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御装置。
【国際調査報告】
2018061097.tif 000042
2018061097.tif 000043
2018061097.tif 000044