(57)【要約】  サーボ制御装置は、第１サーボ系と第１サーボ系よりも応答性が高い第２サーボ系との合成位置を制御する。サーボ制御装置は、第１軸目標値作成部と、補正部と、を備える。第１軸目標値作成部は、合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第１軸目標値を作成する。補正部は、第１伝達関数を用いることによって第１軸目標値を第１軸指令値に変換する。また、補正部は、第２伝達関数を用いることによって第１軸目標値を変換し、変換された第１軸目標値を合成指令値から減算することによって第２軸指令値を計算する。第１伝達関数と第１サーボ系の特性をモデル化した第１モデル伝達関数との積は、第２伝達関数と第２サーボ系の特性をモデル化した第２モデル伝達関数との積と等しい。
2017212685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸上を第１モータが駆動する第１駆動部の位置を第１軸指令値に追従させる第１サーボ系と、前記第１軸と同方向の第２軸上を第２モータが駆動する第２駆動部の位置を第２軸指令値に追従させる第２サーボ系と、を制御し、前記第２サーボ系の応答性は前記第１サーボ系の応答性よりも高く、前記第１駆動部の位置と前記第２駆動部の位置との合成位置を制御するサーボ制御装置において、
前記合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第１軸目標値を作成する第１軸目標値作成部と、
第１伝達関数を用いることによって前記第１軸目標値を前記第１軸指令値に変換し、第２伝達関数を用いることによって前記第１軸目標値を変換し、前記変換された第１軸目標値を前記合成指令値から減算することによって前記第２軸指令値を計算し、前記第１伝達関数と前記第１サーボ系の特性をモデル化した第１モデル伝達関数との積は前記第２伝達関数と前記第２サーボ系の特性をモデル化した第２モデル伝達関数との積と等しい、補正部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記第１伝達関数は前記第２モデル伝達関数と等しく、
前記第２伝達関数は前記第１モデル伝達関数と等しい、
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】
前記第１伝達関数は１であって前記第１軸指令値は前記第１軸目標値と等しく、
前記第２伝達関数は前記第２モデル伝達関数の逆関数と前記第１モデル伝達関数との積と等しい、
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】
前記第２サーボ系は、前記第２モータのアンプに入力する第２軸推力指令値を、前記第２駆動部の位置を前記第２軸指令値に追従させる補償制御に基づいて計算する第２軸補償部を備え、
前記第１駆動部の駆動が前記第２駆動部に及ぼす干渉力である第１干渉力を前記第１軸指令値に基づいて計算し、前記計算された第１干渉力を前記計算された第２軸推力指令値から減算させる第１干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
前記第１サーボ系は、前記第１モータのアンプに入力する第１軸推力指令値を、前記第１駆動部の位置を前記第１軸指令値に追従させる補償制御に基づいて計算する第１軸補償部を備え、
前記第２駆動部の駆動が前記第１駆動部に及ぼす干渉力である第２干渉力を前記第２軸指令値に基づいて計算し、前記計算された第２干渉力を前記計算された第１軸推力指令値から減算させる第２干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
前記第１サーボ系は、第１軸規範モデル位置を前記第１軸指令値に基づいて計算する第１軸規範モデル部と、前記第１モータのアンプに入力する第１軸推力指令値を、前記第１軸規範モデル位置と前記第１駆動部の位置とを一致させる補償制御に基づいて計算する第１軸補償部と、を備え、
前記第２サーボ系は、第２軸規範モデル位置を前記第２軸指令値に基づいて計算する第２軸規範モデル部と、前記第２モータのアンプに入力する第２軸推力指令値を、前記第２軸規範モデル位置と前記第２駆動部の位置とを一致させる補償制御に基づいて計算する第２軸補償部と、を備え、
前記第１モデル伝達関数は前記第１軸規範モデル部の伝達関数と等しく、
前記第２モデル伝達関数は前記第２軸規範モデル部の伝達関数と等しい、
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７】
前記第１伝達関数は前記第２軸規範モデル部の伝達関数と等しく、
前記第２伝達関数は前記第１軸規範モデル部の伝達関数と等しい、
ことを特徴とする請求項６に記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
前記第１伝達関数は１であって前記第１軸指令値は前記第１軸目標値と等しく、
前記第２伝達関数は前記第２軸規範モデル部の伝達関数の逆関数と前記第１軸規範モデル部の伝達関数との積と等しい、
ことを特徴とする請求項６に記載のサーボ制御装置。
【請求項９】
前記第１駆動部の駆動が前記第２駆動部に及ぼす干渉力である第１干渉力を前記第１軸規範モデル位置に基づいて計算し、前記計算された第１干渉力を前記計算された第２軸推力指令値から減算させる第１干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項６に記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記第２駆動部の駆動が前記第１駆動部に及ぼす干渉力である第２干渉力を前記第２軸規範モデル位置に基づいて計算し、前記計算された第２干渉力を前記計算された第１軸推力指令値から減算させる第２干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項６または９に記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
前記第２サーボ系の制御帯域は、前記第１サーボ系の制御帯域よりも高い、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１２】
前記第２駆動部の加速度の制限値は、前記第１駆動部の加速度の制限値よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１３】
前記合成指令値を、設定時間だけ遅延せしめる遅延部を備え、
前記設定時間は、ゼロより大きく、前記第２伝達関数の応答遅れ時間と前記第１軸目標値作成部の応答遅れ時間の和の２倍より短い時間であり、
前記補正部は、前記変換された第１軸目標値を前記遅延部によって遅延された前記合成指令値から減算することによって前記第２軸指令値を計算する、
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１４】
前記設定時間は、前記第２伝達関数の応答遅れ時間と前記第１軸目標値作成部の応答遅れ時間の和に等しい、
ことを特徴とする請求項１３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、軌跡制御を実行するサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機または工作機械を用いて加工を行う場合、指令された経路上を工具先端の位置が沿うように制御する、軌跡制御が行われる。軌跡制御は、各可動軸の位置指令値に機械の各可動軸の実際の位置が追従するようにサーボ制御を行うことにより行われる。【０００３】
通常の機械では１つの移動方向に対して１つのモータが用いられる。１つの移動方向に対して１つのモータを用いてサーボ制御を行う場合、サーボ制御系の応答遅れにより生じる追従誤差が問題となる。さらに、モータが発生できる推力に限界があるため、駆動できる加速度が制限され、高速な応答を実現できないといった問題も生じる。数十ｍ／分以上の高速な動作が要求される場合、追従誤差または応答性の不足の影響は特に顕著である。【０００４】
そこで、これまで用いていたモータに、より高速な応答が可能な付加的なモータを追加し、１つの移動方向の運動を応答性が異なる２つのモータを用いて制御する装置が提案されている。例えば特許文献１には、低速軸サーボ系と、低速軸サーボ系よりも応答性が高い高速軸サーボ系と、を具備する協調制御系を用いて軌跡制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９５０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１によれば、工具位置の指令値から低速軸サーボ系への指令値と高速軸サーボ系への指令値を計算する際に、工具位置の指令値と低速軸サーボ系への指令値との差分が高速軸サーボ系への指令値に設定される。しかしながら、低速軸サーボ系および高速軸サーボ系でそれぞれ異なる応答遅れが生じるため、低速軸サーボ系のサーボ応答と高速軸サーボ系のサーボ応答とを合成した合成応答が工具位置の指令値に正しく追従しないという問題がある。【０００７】
この発明は、低速軸サーボ系と高速軸サーボ系とを具備する協調制御系において、より精度が高い軌跡制御を実現するサーボ制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のサーボ制御装置は、第１サーボ系と、第１サーボ系より応答性が高い第２サーボ系と、を制御する。第１サーボ系は、第１軸上を第１モータが駆動する第１駆動部の位置を第１軸指令値に追従させる。第２サーボ系は、第２軸上を第２モータが駆動する第２駆動部の位置を第２軸指令値に追従させる。第２軸は、第１軸と同方向の軸である。サーボ制御装置は、第１駆動部の位置と第２駆動部の位置との合成位置を制御する。サーボ制御装置は、第１軸目標値作成部と、補正部と、を備える。第１軸目標値作成部は、合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第１軸目標値を作成する。補正部は、第１伝達関数を用いることによって第１軸目標値を第１軸指令値に変換する。また、補正部は、第２伝達関数を用いることによって第１軸目標値を変換し、変換された第１軸目標値を合成指令値から減算することによって第２軸指令値を計算する。第１伝達関数と第１サーボ系の特性をモデル化した第１モデル伝達関数との積は、第２伝達関数と第２サーボ系の特性をモデル化した第２モデル伝達関数との積と等しい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低速軸サーボ系と高速軸サーボ系とを具備する協調制御系において、より精度が高い軌跡制御を実現するサーボ制御装置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】
【００１０】
【図１】実施の形態１の協調制御系の構成を示す図
【図２】実施の形態１の被制御機械の構成を示す図
【図３】実施の形態１のサーボ制御装置のハードウェア構成例を示す図
【図４】実施の形態１の協調制御系の機能的構成を示す図
【図５】実施の形態２の協調制御系の機能的構成を示す図
【図６】実施の形態３の協調制御系の機能的構成を示す図
【図７】実施の形態４の協調制御系の機能的構成を示す図
【図８】実施の形態４の低速軸サーボ系の詳細な機能的構成を示す図
【図９】実施の形態４の高速軸サーボ系の詳細な機能的構成を示す図
【図１０】実施の形態５の協調制御系の機能的構成を示す図
【図１１】実施の形態６の協調制御系の機能的構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかるサーボ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これら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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるサーボ制御装置が適用された協調制御系の構成を示す図である。協調制御系１０００は、サーボ制御装置１００、第１サーボ系である低速軸サーボ系２００、および第２サーボ系である高速軸サーボ系３００を備えている。高速軸サーボ系３００は、低速軸サーボ系２００よりも応答性が高い。サーボ制御装置１００は、低速軸サーボ系２００および高速軸サーボ系３００を制御する。
【００１３】
低速軸サーボ系２００は、低速軸制御装置２１０と、第１駆動部である低速軸駆動部２２０とを備えている。また、高速軸サーボ系３００は、高速軸制御装置３１０と、第２駆動部である高速軸駆動部３２０とを備えている。
【００１４】
低速軸駆動部２２０および高速軸駆動部３２０は、被制御機械を構成する。図２は、被制御機械の構成を示す図である。被制御機械は、低速軸駆動部２２０、第１軸である低速軸２３０、高速軸駆動部３２０、第２軸である高速軸３３０、および工具４００を備えている。被制御機械は、工具４００を紙面左右方向である一軸方向に移動させるものである。低速軸駆動部２２０は、低速軸２３０上を紙面左右方向に移動可能である。高速軸駆動部３２０は、高速軸３３０上を紙面左右方向に移動可能である。低速軸駆動部２２０は低速軸２３０の可動部であり、高速軸駆動部３２０は高速軸３３０の可動部である。高速軸３３０が低速軸駆動部２２０に固定されている。即ち、高速軸３３０は、低速軸駆動部２２０に取り付けられており、高速軸３３０の方向と低速軸２３０の方向とは同じである。工具４００は、高速軸駆動部３２０に固定されている。工具４００の位置は、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置との和である。言い換えると、工具４００の位置は、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置とを合成したものである。
【００１５】
図１に説明を戻す。低速軸駆動部２２０は、アンプ２２１、第１モータであるモータ２２２、および位置検出器２２３を備える。モータ２２２は、可動部である低速軸駆動部２２０を低速軸２３０上で駆動する。アンプ２２１は、モータ２２２が、低速軸駆動部２２０を駆動するための推力を、低速軸制御装置２１０から入力される低速軸推力指令値のとおりに発生するように、モータ２２２に電流を供給する。低速軸推力指令値は、第１軸推力指令値である。位置検出器２２３は、低速軸２３０上の低速軸駆動部２２０の位置を検出し、検出値を示す位置信号を出力する。
【００１６】
位置検出器２２３の種類は特定の種類に限定されない。一例では、位置検出器２２３は、モータ２２２に取り付けられたロータリエンコーダである。別の例では、位置検出器２２３は、低速軸駆動部２２０に取り付けられたリニアエンコーダである。
【００１７】
低速軸制御装置２１０は、サーボ制御装置１００から第１軸指令値である低速軸指令値を受信し、位置検出器２２３から位置信号を受信する。低速軸制御装置２１０は、位置信号が示す低速軸駆動部２２０の位置を低速軸指令値に追従させる補償制御に基づいて、低速軸推力指令値を計算する。低速軸制御装置２１０は、計算した低速軸推力指令値を低速軸駆動部２２０のアンプ２２１に入力する。
【００１８】
低速軸サーボ系２００は、上記のように構成されることにより、低速軸２３０上における低速軸駆動部２２０の位置を低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に追従させることができる。
【００１９】
高速軸駆動部３２０は、アンプ３２１、第２モータであるモータ３２２、および位置検出器３２３を備える。モータ３２２は、可動部である高速軸駆動部３２０を高速軸３３０上で駆動する。アンプ３２１は、モータ３２２が、高速軸駆動部３２０を駆動するための推力を、高速軸制御装置３１０から入力される高速軸推力指令値のとおりに発生するように、モータ３２２に電流を供給する。高速軸推力指令値は、第２軸推力指令値である。位置検出器３２３は、高速軸３３０上の高速軸駆動部３２０の位置を検出し、検出値を示す位置信号を出力する。
【００２０】
位置検出器３２３の種類は特定の種類に限定されない。一例では、位置検出器３２３は、モータ３２２に取り付けられたロータリエンコーダである。別の例では、位置検出器３２３は、高速軸駆動部３２０に取り付けられたリニアエンコーダである。
【００２１】
高速軸制御装置３１０は、サーボ制御装置１００から第２軸指令値である高速軸指令値を受信し、位置検出器３２３から位置信号を受信する。高速軸制御装置３１０は、位置信号が示す高速軸駆動部３２０の位置を高速軸指令値に追従させる補償制御に基づいて、高速軸推力指令値を計算する。高速軸制御装置３１０は、計算した高速軸推力指令値を高速軸駆動部３２０のアンプ３２１に入力する。
【００２２】
高速軸サーボ系３００は、上記のように構成されることにより、低速軸駆動部２２０に取り付けられた低速軸２３０と同方向の高速軸３３０上における高速軸駆動部３２０の位置を高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に追従させることができる。
【００２３】
図２に示したように、低速軸駆動部２２０の機構は、高速軸駆動部３２０の機構に比べ、サイズが大きく、重量が大きい。したがって、低速軸サーボ系２００は、高速軸サーボ系３００よりも応答性が低い。仮に低速軸サーボ系２００だけで工具４００を駆動した場合、応答性が不足し、位置指令値と工具４００の位置との誤差が大きくなる。これに対し、実施の形態１では、低速軸サーボ系２００と、低速軸サーボ系２００よりも応答性が高い高速軸サーボ系３００とを協調制御することで、協調制御系１０００の応答性を向上させる。具体的には、サーボ制御装置１００は、工具４００の位置の位置指令値である合成指令値から、低速軸指令値と、高速軸指令値とを計算する。そして、サーボ制御装置１００は、計算された低速軸指令値を低速軸サーボ系２００を構成する低速軸制御装置２１０に出力し、計算された高速軸指令値を高速軸サーボ系３００に出力する。
【００２４】
図３は、実施の形態１のサーボ制御装置１００のハードウェア構成例を示す図である。サーボ制御装置１００は、演算装置１、記憶装置２、および入出力装置３を備えている。演算装置１、記憶装置２、および入出力装置３はバス４を介して相互に接続されている。演算装置１は、コンピュータプログラムを実行するものであり、一例ではＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。記憶装置２は、コンピュータプログラムを予め記憶するものである。演算装置１は、記憶装置２が記憶するコンピュータプログラムを実行することによって、後述する各機能的構成を実現する。記憶装置２は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、またはこれらの組み合わせによって構成され得る。入出力装置３は、サーボ制御装置１００が他の装置との間で情報の入出力を行うためのインタフェース装置である。実施の形態では、入出力装置３は、低速軸制御装置２１０および高速軸制御装置３１０に接続されている。
【００２５】
図４は、実施の形態１の協調制御系１０００の機能的構成を示す図である。図４では、ブロック線図の形式で実施の形態１の協調制御系１０００の機能的構成を示す。
【００２６】
サーボ制御装置１００は、低速軸目標値作成部１１０と、補正部１２０とを備える。
【００２７】
低速軸目標値作成部１１０は、合成指令値Ｘｒ１３０に基づき、低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成する。合成指令値Ｘｒ１３０は、一例では、演算装置１または外部の演算装置によって実行されるユーザプログラムから与えられる。低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１の作成方法は任意である。一例では、低速軸目標値作成部１１０は、１次ローパスフィルタを用いて合成指令値Ｘｒ１３０から高周波成分を除去することによって、低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成する。
【００２８】
補正部１２０は、第１伝達関数を用いて低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に変換する第１伝達関数部１２１と、第２伝達関数を用いて低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を変換する第２伝達関数部１２２と、第２伝達関数部１２２によって変換された低速軸目標値を合成指令値Ｘｒ１３０から減算することによって高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を計算する減算器１２３と、を備えている。
【００２９】
図４では、第１伝達関数の伝達関数をＧｆ′と表記し、第２伝達関数の伝達関数をＧｓ′と表記する。また、低速軸制御装置２１０の特性をモデル化した伝達関数をＣｓと表記し、低速軸駆動部２２０の特性をモデル化した伝達関数をＰｓと表記する。また、低速軸サーボ系２００の特性をモデル化した第１モデル伝達関数である低速軸モデル伝達関数をＧｓと表記する。また、高速軸制御装置３１０の特性をモデル化した伝達関数をＣｆと表記し、高速軸駆動部３２０の特性をモデル化した伝達関数をＰｆと表記する。また、高速軸サーボ系３００の特性をモデル化した第２モデル伝達関数である高速軸モデル伝達関数をＧｆと表記する。合成位置ｙ５００は、次の式１のように表記できる。
ｙ＝Ｇｆ′ＧｓＸｒｓｔ＋ＧｆＸｒ−Ｇｓ′ＧｆＸｒｓｔ    （式１）
【００３０】
ここで、実施の形態１では、第１伝達関数Ｇｆ′は、高速軸モデル伝達関数であるＧｆと等しい。また、第２伝達関数Ｇｓ′は、低速軸モデル伝達関数であるＧｓと等しい。即ち、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２は低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を高速軸サーボ系３００に入力した場合の高速軸駆動部３２０の位置を推定したものであり、第２伝達関数Ｇｓ′を用いて変換された低速軸目標値は低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を低速軸サーボ系２００に入力した場合の低速軸駆動部２２０の位置を推定したものである。したがって、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数Ｇｗは、式２に示すように、高速軸サーボ系３００の特性をモデル化したＧｆと一致する。
Ｇｗ＝ｙ／Ｘｒ＝Ｇｆ    （式２）
【００３１】
このように、実施の形態１のサーボ制御装置１００は、合成指令値Ｘｒ１３０に基づき低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成する低速軸目標値作成部１１０と、第１伝達関数であるＧｆ′を用いて低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に変換し、第２伝達関数であるＧｓ′を用いて低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を変換し、変換された低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を合成指令値Ｘｒ１３０から減算することによって高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を計算する補正部１２０と、を備える。そして、第１伝達関数であるＧｆ′は、高速軸モデル伝達関数であるＧｆと等しく、第２伝達関数であるＧｓ′は、低速軸モデル伝達関数であるＧｓと等しい。上記の構成により、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数Ｇｗを、高速軸モデル伝達関数であるＧｆと一致せしめることが可能となる。別の視点では、低速軸サーボ系２００と高速軸サーボ系３００の応答の差は合成位置ｙ５００に影響しない。したがって、実施の形態１によれば、与えられる合成指令値Ｘｒ１３０に対して、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置との合成位置ｙ５００を高い応答性で追従させることが可能となる。言い換えると、低速軸サーボ系２００と高速軸サーボ系３００とを具備する協調制御系１０００において、精度が高い軌跡制御を実現することができる。
【００３２】
なお、上記に説明したように、合成位置ｙ５００の応答特性は高速軸サーボ系３００によって決定される。そのため、高速軸サーボ系３００に、低速軸サーボ系２００よりも制御帯域の高いサーボ制御系を適用したり、低速軸サーボ系２００よりも駆動部２２０，３２０の加速度の制限値が大きいサーボ制御系を適用したりすると、低速軸サーボ系２００だけを用いて工具４００を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
【００３３】
なお、低速軸目標値作成部１１０によって低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成する手法は上記の手法だけに限定されない。低速軸駆動部２２０および高速軸駆動部３２０のそれぞれを、移動可能な範囲を越えない範囲で動作せしめることができる限り、低速軸目標値作成部１１０は、任意の手法で低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成することができる。一例では、低速軸目標値作成部１１０は、合成指令値Ｘｒ１３０の１／４を計算することによって低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を作成してもよい。
【００３４】
また、第１伝達関数は、低速軸サーボ系２００の特性をモデル化したものであればよく、伝達関数で表される線形モデルだけに限定されない。第１伝達関数は、一般の線形モデル、非線形モデルまたは遅延モデルであってもよい。
【００３５】
同様に、第２伝達関数は、高速軸サーボ系３００の特性をモデル化したものであればよく、伝達関数で表される線形モデルだけに限定されない。第２伝達関数は、一般の線形モデル、非線形モデルまたは遅延モデルであってもよい。
【００３６】
さらに、第１伝達関数および第２伝達関数の特性は、上記に限定されない。より一般的な表現として、第１伝達関数をＨｓ、第２伝達関数をＨｆとそれぞれ表記すると、合成位置ｙ５００は（式３）のように表される。
ｙ＝ＨｓＧｓＸｒｓｔ＋ＧｆＸｒ−ＨｆＧｆＸｒｓｔ    （式３）
【００３７】
ここで、第１伝達関数であるＨｓと低速軸モデル伝達関数であるＧｓとの積が、第２伝達関数であるＨｆと高速軸モデル伝達関数であるＧｆとの積と一致するように、ＨｓとＨｆとが構成された場合、上述の式２の関係を得ることができる。即ち、ＨｓとＧｓとの積が、ＨｆとＧｆとの積と一致するように、ＨｓとＨｆとが構成されることによって、与えられる合成指令値Ｘｒ１３０に対して、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置との合成位置ｙ５００を正確に追従させることが可能となる。
【００３８】
つまり、実施の形態１において説明した、第１伝達関数を高速軸モデル伝達関数と一致させ、第２伝達関数を低速軸モデル伝達関数と一致させることは、第１伝達関数と低速軸モデル伝達関数との積を第２伝達関数と高速軸モデル伝達関数との積と一致させることの一例である。
【００３９】
また、低速軸２３０および高速軸３３０の形状は直線形状だけに限定されない。低速軸駆動部２２０と高速軸駆動部３２０とが同じ方向を移動可能であるかぎり、低速軸２３０および高速軸３３０の形状は任意である。一例では、低速軸２３０および高速軸３３０の形状は、円形状または円弧形状であってもよい。
【００４０】
また、高速軸３３０は低速軸駆動部２２０に必ずしも固定されていなくてもよい。低速軸駆動部２２０と高速軸駆動部３２０とが同じ方向を移動可能であるかぎり、低速軸２３０および高速軸３３０は、個別に配置されてもよい。一例では、低速軸２３０が高速軸３３０の下方に配置され、低速軸駆動部２２０に被加工物が固定される。高速軸３３０は、低速軸２３０の上方に配置され、高速軸駆動部３２０に工具４００が被加工物に向けて下向きに固定される。このような被制御機械において、低速軸２３０の駆動方向は右を正方向、高速軸３３０の駆動方向は左を正方向とすると、被加工物に対する工具４００の位置は、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置との和、即ち、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置とを合成したものとなる。したがって、このような被制御機器を制御するサーボ制御装置に対し、実施の形態１の技術が適用可能である。
【００４１】
また、上記では、低速軸制御装置２１０および高速軸制御装置３１０はサーボ制御装置１００に接続されていると説明した。低速軸制御装置２１０および高速軸制御装置３１０の一方または両方は、サーボ制御装置１００に含まれていてもよい。
【００４２】
また、上記では、低速軸目標値作成部１１０および補正部１２０は、演算装置１がコンピュータプログラムを実行することによって実現されると説明した。低速軸目標値作成部１１０および補正部１２０の一部または全部は、ハードウェア回路によって実現されてもよい。
【００４３】
実施の形態２．
実施の形態２では、第１伝達関数および第２伝達関数の設定が実施の形態１と異なる。実施の形態２は、第１伝達関数と低速軸モデル伝達関数との積を第２伝達関数と高速軸モデル伝達関数との積と一致させることの別の例である。
【００４４】
図５は、実施の形態２の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態２の協調制御系に符号１０００ａを付し、実施の形態２のサーボ制御装置に符号１００ａを付す。また、実施の形態１と共通する構成要素には、実施の形態１と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４５】
サーボ制御装置１００ａは、低速軸目標値作成部１１０および補正部１２０ａを備えている。
【００４６】
補正部１２０ａは、第２伝達関数部１２２ａと減算器１２３とを備えている。補正部１２０ａは、低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を入力とし、入力された低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を、そのまま低速軸制御装置２１０に出力する。即ち、実施の形態２においては、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２は低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１と等しく、実施の形態２の第１伝達関数は「１」に相当する。
【００４７】
第２伝達関数部１２２ａは、第３伝達関数部１２４および第４伝達関数部１２５を備えている。第３伝達関数部１２４の伝達関数は、低速軸モデル伝達関数であるＧｓ′であり、第４伝達関数部１２５の伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である１／Ｇｆ′である。即ち、実施の形態２の第２伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である１／Ｇｆ′と低速軸モデル伝達関数であるＧｓ′との積である。
【００４８】
減算器１２３は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である１／Ｇｆ′と低速軸モデル伝達関数であるＧｓ′との積によって変換された低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を、合成指令値Ｘｒ１３０から減算することによって、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を計算する。
【００４９】
上記の構成により、合成位置ｙ５００は、下記の式４のように表される。
ｙ＝ＧｆＸｒ−ＧｆＧｓ′（１／Ｇｆ′）Ｘｒｓｔ＋ＧｓＸｒｓｔ    （式４）
【００５０】
式４において、右辺の第２項と右辺の第３項とは、互いに打ち消し合う。したがって、実施の形態２においても式２が成立する。
【００５１】
このように、実施の形態２によれば、第１伝達関数は「１」であり、第２伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数と低速軸モデル伝達関数との積に等しい。低速軸サーボ系２００と高速軸サーボ系３００の応答の差は合成位置ｙ５００に影響せず、合成位置ｙ５００の応答特性は高速軸サーボ系３００によって決定されるので、実施の形態１と同様に、低速軸サーボ系２００と高速軸サーボ系３００とを具備する協調制御系１０００ａにおいて、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系２００だけを用いて工具４００を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
【００５２】
実施の形態３．
低速軸駆動部２２０と高速軸駆動部３２０とは、高速軸３３０を介して接続されている場合、モータ２２２が低速軸駆動部２２０を駆動することによって、高速軸駆動部３２０に干渉力が働く。また、モータ３２２が高速軸駆動部３２０を駆動することによって、低速軸駆動部２２０に干渉力が働く。低速軸駆動部２２０と高速軸駆動部３２０との間で干渉力が働く場合、低速軸駆動部２２０の低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に対する追従精度が劣化し、高速軸駆動部３２０の高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に対する追従精度が劣化するため、合成指令値Ｘｒ１３０に対する合成位置ｙ５００の追従精度が劣化する。
【００５３】
そこで、実施の形態３では、サーボ制御装置は、干渉力の影響を考慮して、それぞれの推力指令値を補正する。
【００５４】
図６は、実施の形態３の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態３の協調制御系に符号１０００ｂを付し、実施の形態３のサーボ制御装置に符号１００ｂを付し、実施の形態３の低速軸サーボ系に符号２００ｂを付し、実施の形態３の高速軸サーボ系に符号３００ｂを付す。また、実施の形態１と共通する構成要素には、実施の形態１と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５５】
サーボ制御装置１００ｂは、低速軸目標値作成部１１０、補正部１２０、第１干渉力計算部である高速軸干渉力計算部１４１、および第２干渉力計算部である低速軸干渉力計算部１４２を備えている。低速軸サーボ系２００ｂは、低速軸制御装置２１０ｂおよび低速軸駆動部２２０を備えている。高速軸サーボ系３００ｂは、高速軸制御装置３１０ｂおよび高速軸駆動部３２０を備えている。
【００５６】
高速軸干渉力計算部１４１は、低速軸駆動部２２０の駆動が高速軸駆動部３２０に及ぼす干渉力である第１干渉力を、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に基づいて計算する。そして、高速軸干渉力計算部１４１は、高速軸推力指令値から第１干渉力を減算させる。一例では、高速軸干渉力計算部１４１は、第１干渉力の符号を反転させた値である第１干渉力打消し入力１３５を出力する。
【００５７】
高速軸制御装置３１０ｂは、第２軸補償部である高速軸補償部３１１および加算器３１２を備えている。高速軸補償部３１１は、実施の形態１の高速軸制御装置３１０と同様の制御により、高速軸推力指令値を出力する。加算器３１２は、高速軸補償部３１１が出力した高速軸推力指令値と第１干渉力打消し入力１３５とを加算し、第１干渉力打消し入力１３５が加算された高速軸推力指令値を高速軸駆動部３２０のアンプ３２１に入力する。
【００５８】
低速軸干渉力計算部１４２は、高速軸駆動部３２０の駆動が低速軸駆動部２２０に及ぼす干渉力である第２干渉力を、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に基づいて計算する。そして、低速軸干渉力計算部１４２は、低速軸推力指令値から第２干渉力を減算させる。一例では、低速軸干渉力計算部１４２は、第２干渉力の符号を反転させた値である第２干渉力打消し入力１３４を出力する。
【００５９】
低速軸制御装置２１０ｂは、第１軸補償部である低速軸補償部２１１および加算器２１２を備えている。低速軸補償部２１１は、実施の形態１の低速軸制御装置２１０と同様の制御により、低速軸推力指令値を出力する。加算器２１２は、低速軸補償部２１１が出力した低速軸推力指令値と第２干渉力打ち消し入力１３４とを加算し、第２干渉力打消し入力１３４が加算された低速軸推力指令値を低速軸駆動部２２０のアンプ２２１に入力する。
【００６０】
続いて、高速軸干渉力計算部１４１および低速軸干渉力計算部１４２の詳細について説明する。
【００６１】
低速軸駆動部２２０の加減速によって高速軸駆動部３２０に第１干渉力Ｆｆが働き、高速軸駆動部３２０の加減速によって低速軸駆動部２２０に第２干渉力Ｆｓが働く。高速軸駆動部３２０と工具４００の質量の和をＷｆと表し、高速軸駆動部３２０の加速度をＡｆと表し、低速軸駆動部２２０の加速度をＡｓと表すとすると、第１干渉力Ｆｆは式５、第２干渉力Ｆｓは式６で表される。
Ｆｆ＝−ＡｓＷｆ    （式５）
Ｆｓ＝−ＡｆＷｆ    （式６）
【００６２】
第１干渉力打ち消し入力１３５は、次のように求められる。高速軸干渉力計算部１４１を、低速軸サーボ系２００ｂの特性を持つ低速軸モデルと２階微分器とによって構成する。高速軸干渉力計算部１４１は、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２を低速軸モデルに入力し、低速軸予測位置を得る。そして、高速軸干渉力計算部１４１は、得られた低速軸予測位置に２階微分器を作用させ、時間に対して２階微分を行うことによって、低速軸予測加速度Ａｓ′を計算する。式５に示したように、高速軸サーボ系３００ｂのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆと低速軸駆動部２２０の加速度Ａｓを掛けてマイナス符号をつけたものが、モータ２２２が低速軸駆動部２２０を駆動することによって高速軸駆動部３２０に発生する干渉力である。よって、高速軸干渉力計算部１４１は、高速軸サーボ系３００ｂのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆに低速軸予測加速度Ａｓ′を乗算することによって第１干渉力打ち消し入力１３５を得る。
【００６３】
第２干渉力打ち消し入力１３４は、次のように求められる。低速軸干渉力計算部１４２を、高速軸サーボ系３００ｂの特性を持つ高速軸モデルと２階微分器とによって構成する。低速軸干渉力計算部１４２は、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を高速軸モデルに入力し、高速軸予測位置を得る。そして、低速軸干渉力計算部１４２は、得られた高速軸予測位置に２階微分器を作用させ、時間に対して２階微分を行うことによって、高速軸予測加速度Ａｆ′を計算する。式６に示したように、高速軸サーボ系３００ｂのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆと高速軸駆動部３２０の加速度Ａｆを掛けてマイナス符号をつけたものが、モータ３２２が高速軸駆動部３２０を駆動することによって低速軸駆動部２２０に発生する干渉力である。よって、低速軸干渉力計算部１４２は、高速軸サーボ系３００ｂのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆに高速軸予測加速度Ａｆ′を乗算することによって第２干渉力打ち消し入力１３４を得る。
【００６４】
第２伝達関数であるＧｓ′と、第２干渉力打ち消し入力１３４をゼロとした時の低速軸モデル伝達関数であるＧｓと、高速軸干渉力計算部１４１における低速軸モデルの伝達関数と、の３つが一致し、かつ、第１伝達関数であるＧｆ′と、第１干渉力打ち消し入力１３５をゼロとした時の高速軸モデル伝達関数であるＧｆと、低速軸干渉力計算部１４２における高速軸モデルの伝達関数と、の３つが一致する場合、低速軸駆動部２２０に発生する第２干渉力は第２干渉力打ち消し入力１３４に打ち消され、高速軸駆動部３２０に発生する第１干渉力は第１干渉力打ち消し入力１３５に打ち消される。これにより、干渉力による影響を排することが可能となる。よって、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数は、第１干渉力打ち消し入力１３５をゼロとした時の高速軸モデル伝達関数と一致する。
【００６５】
したがって、低速軸駆動部２２０が駆動されることで高速軸駆動部３２０に干渉力が働き、高速軸駆動部３２０が駆動されることによって低速軸駆動部２２０に干渉力が働く場合でも、与えられる合成指令値Ｘｒ１３０に対して、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置の合成位置ｙ５００が正確に追従することができる。
【００６６】
なお、第１干渉力打ち消し入力１３５による打ち消しの効果および第２干渉力打ち消し入力１３４による打ち消しの効果はそれぞれ独立に発揮されるものであるため、どちらか一方を利用した場合にも追従精度が向上する効果が得られる。即ち、上記では、協調制御系１０００ｂは、第１干渉力を打ち消す高速軸干渉力計算部１４１と第２干渉力を打ち消す低速軸干渉力計算部１４２との両方が具備される、として説明したが、協調制御系１０００ｂは、どちらか一方の構成のみを備えていてもよい。
【００６７】
また、高速軸干渉力計算部１４１は、低速軸制御装置２１０ｂまたは高速軸制御装置３１０ｂに具備されてもよい。また、低速軸干渉力計算部１４２は、低速軸制御装置２１０ｂまたは高速軸制御装置３１０ｂに具備されてもよい。
【００６８】
以上述べたように、実施の形態３によれば、高速軸干渉力計算部１４１は、低速軸駆動部２２０の駆動が高速軸駆動部３２０に及ぼす干渉力である第１干渉力を低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に基づいて計算し、第１干渉力打ち消し入力１３５を加算器３１２に入力することによって、高速軸推力指令値から第１干渉力を減算させる。これにより、高速軸サーボ系３００ｂから第１干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
【００６９】
また、低速軸干渉力計算部１４２は、高速軸駆動部３２０の駆動が低速軸駆動部２２０に及ぼす干渉力である第２干渉力を高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に基づいて計算し、第２干渉力打ち消し入力１３４を加算器２１２に入力することによって、低速軸推力指令値から第２干渉力を減算させる。これにより、低速軸サーボ系２００ｂから第２干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
【００７０】
なお、実施の形態３は、実施の形態２の協調制御系に適用することが可能である。具体的には、第１伝達関数が「１」と等しく、第２伝達関数が低速軸モデル伝達関数であるＧｓ′と高速軸モデル伝達関数の逆関数である１／Ｇｆ′との積によって構成されてもよい。その場合であっても、上記に述べた実施の形態３と同じ効果が得られる。
【００７１】
実施の形態４．
実施の形態４では、各軸のサーボ系において、規範モデルサーボ系が適用される。規範モデルサーボ系では、制御対象の逆モデルが使用されることにより、規範モデル位置と制御対象の出力とを一致させる補償制御がなされる。規範モデル位置は、規範モデルサーボ系に設定される規範モデルによって出力されるものである。
【００７２】
実施の形態１または２では、設計者は、低速軸サーボ系２００の特性をモデル化した伝達関数および高速軸サーボ系３００の特性をモデル化した伝達関数を求める必要があったが、実施の形態４では、規範モデルサーボ系が採用されることにより、規範モデルサーボ系に設定された規範モデルがそのままサーボ系の特性を示すモデルとして利用可能となる。
【００７３】
図７は、実施の形態４の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態４の協調制御系に符号１０００ｃを付し、実施の形態４のサーボ制御装置に符号１００ｃを付し、実施の形態４の低速軸サーボ系に符号２００ｃを付し、実施の形態４の高速軸サーボ系に符号３００ｃを付す。また、実施の形態１と共通する構成要素には、実施の形態１と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
【００７４】
低速軸サーボ系２００ｃおよび高速軸サーボ系３００ｃは、それぞれ、規範モデルサーボ系が適用されたサーボ系である。
【００７５】
低速軸サーボ系２００ｃは、低速軸制御装置２１０ｃおよび低速軸駆動部２２０を備えている。低速軸制御装置２１０ｃは、第１軸補償部である低速軸補償部２１１と第１軸規範モデル部である低速軸規範モデル２１３とを備えている。低速軸規範モデル２１３は、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に基づいて第１軸規範モデル位置である低速軸規範モデル位置を計算し、低速軸規範モデル位置を出力する。低速軸規範モデル２１３の伝達関数をＭｓと表記する。低速軸補償部２１１は、位置検出器２２３からの位置信号に基づき、低速軸駆動部２２０の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算し、計算された低速軸推力指令値をアンプ２２１に入力する。
【００７６】
図８は、低速軸サーボ系２００ｃの詳細な機能的構成を示す図である。
【００７７】
低速軸規範モデル２１３は、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に対して、高周波帯域遮断特性をもつフィルタを用いてフィルタリングを行い、低速軸規範モデル位置を出力する。低速軸規範モデル２１３のフィルタは、一例では、２次のローパスフィルタである。
【００７８】
低速軸補償部２１１は、フィードバック制御部２１４、低速軸逆モデル２１５、および加算器２１６を備える。フィードバック制御部２１４は、低速軸規範モデル位置と低速軸駆動部２２０の出力位置とに基づき、比例計算、積分、または微分を含む計算を実行することによって、低速軸規範モデル位置と低速軸駆動部２２０の出力位置の差を小さくするフィードバック入力を作成する。フィードバック制御部２１４の伝達関数をＫｓと表記する。低速軸逆モデル２１５は、低速軸駆動部２２０の特性の逆特性をモデル化した伝達関数１／Ｐｓ′であり、伝達関数１／Ｐｓ′を用いて低速軸規範モデル位置をフィードフォワード入力に変換する。加算器２１６は、フィードバック入力とフィードフォワード入力とを加算することによって、低速軸推力指令値を計算する。
【００７９】
低速軸補償部２１１は、上記の構成により、低速軸駆動部２２０の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算することができる。
【００８０】
低速軸駆動部２２０の伝達関数Ｐｓと低速軸逆モデル２１５の伝達関数１／Ｐｓ′との積は、「１」である。したがって、低速軸指令値Ｘｒｓ１３２から低速軸駆動部２２０の出力位置への伝達関数、即ち低速軸サーボ系２００ｃの伝達関数は、低速軸規範モデル２１３の伝達関数Ｍｓと高精度に一致する。
【００８１】
高速軸サーボ系３００ｃは、高速軸制御装置３１０ｃおよび高速軸駆動部３２０を備えている。高速軸制御装置３１０ｃは、第２軸補償部である高速軸補償部３１１と第２軸規範モデル部である高速軸規範モデル３１３とを備えている。高速軸規範モデル３１３は、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に基づいて高速軸規範モデル位置を計算し、高速軸規範モデル位置を出力する。高速軸規範モデル３１３の伝達関数を、Ｍｆと表記する。高速軸補償部３１１は、位置検出器３２３からの位置信号に基づき、高速軸駆動部３２０の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算する。高速軸補償部３１１は、計算された高速軸推力指令値をアンプ３２１に入力する。
【００８２】
図９は、高速軸サーボ系３００ｃの詳細な機能的構成を示す図である。
【００８３】
高速軸規範モデル３１３は、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３に対して、高周波帯域遮断特性をもつフィルタを用いてフィルタリングを行い、高速軸規範モデル位置を出力する。高速軸規範モデル３１３の伝達関数をＭｆとする。高速軸規範モデル３１３のフィルタは、一例では、２次のローパスフィルタである。
【００８４】
高速軸補償部３１１は、フィードバック制御部３１４、高速軸逆モデル３１５、および加算器３１６を備える。フィードバック制御部３１４は、高速軸規範モデル位置と高速軸駆動部３２０の出力位置とに基づき、比例計算、積分、または微分を含む計算を実行することによって、高速軸規範モデル位置と高速軸駆動部３２０の出力位置との差を小さくするフィードバック入力を作成する。フィードバック制御部３１４の伝達関数をＫｆと表記する。高速軸逆モデル３１５は、高速軸駆動部３２０の特性の逆特性をモデル化した伝達関数１／Ｐｆ′であり、伝達関数１／Ｐｆ′を用いて高速軸規範モデル位置をフィードフォワード入力に変換する。加算器３１６は、フィードバック入力とフィードフォワード入力とを加算することによって、高速軸推力指令値を計算する。
【００８５】
高速軸補償部３１１は、上記の構成により、高速軸駆動部３２０の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算することができる。
【００８６】
高速軸駆動部３２０の伝達関数Ｐｆと高速軸逆モデル３１５の伝達関数１／Ｐｆ′との積は、「１」である。したがって、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３から高速軸駆動部３２０の出力位置への伝達関数、即ち高速軸サーボ系３００ｃの伝達関数は、高速軸規範モデル３１３の伝達関数Ｍｆと高精度に一致する。
【００８７】
図７に説明を戻す。サーボ制御装置１００ｃは、低速軸目標値作成部１１０、および補正部１２０ｃを備えている。補正部１２０ｃは、第１伝達関数部１２１ｃ、第２伝達関数部１２２ｃ、および減算器１２３を備えている。第１伝達関数部１２１ｃは、実施の形態４の第１伝達関数を用いることによって低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を低速軸指令値Ｘｒｓ１３２に変換する。第２伝達関数部１２２ｃは、実施の形態４の第２伝達関数を用いることによって低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を変換する。減算器１２３は、変換された低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を合成指令値Ｘｒ１３０から減算することによって、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を計算する。
【００８８】
ここで、実施の形態４の第１伝達関数は、Ｍｆであり、実施の形態４の第２伝達関数は、Ｍｓである。したがって、実施の形態４においても式２が成立する。
【００８９】
以上述べたように、実施の形態４においては、低速軸サーボ系２００ｃおよび高速軸サーボ系３００ｃにはそれぞれ規範モデルサーボ系が適用される。そして、第１伝達関数は、高速軸サーボ系３００ｃに設定された規範モデルである、高速軸規範モデル３１３の伝達関数Ｍｆと等しく、第２伝達関数は、低速軸サーボ系２００ｃに設定された規範モデルである、低速軸規範モデル２１３の伝達関数Ｍｓと等しい。上記の構成により、低速軸サーボ系２００ｃと高速軸サーボ系３００ｃの応答の差は合成位置ｙ５００に影響せず、合成位置ｙ５００の応答特性は高速軸サーボ系３００ｃによって決定されるので、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系２００ｃだけを用いて工具４００を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
【００９０】
また、実施の形態１および実施の形態２の場合、設計者は、低速軸サーボ系２００の特性をモデル化したり、高速軸サーボ系３００の特性をモデル化したりすることによって第１伝達関数および第２伝達関数を求める必要があり、モデル化による誤差が生じる。これに対して、実施の形態４の場合、設計者は、高速軸サーボ系３００ｃの特性を高精度に表す既知の伝達関数Ｍｆを第１伝達関数に設定することが可能であり、低速軸サーボ系２００ｃの特性を高精度に表す既知の伝達関数Ｍｓを第２伝達関数に設定することが可能である。したがって、実施の形態４によれば、モデル化の負担を軽減することができる。また、モデル化の際に生じる誤差の影響を排することができるので、軌跡制御の精度をより向上させることができる。
【００９１】
なお、第１伝達関数とＭｓとの積と、第２伝達関数とＭｆとの積とが一致する限り、どのような関数が第１伝達関数および第２伝達関数に採用された場合であっても、式２を成立させることができる。即ち、実施の形態４においては、実施の形態２のように、第１伝達関数が「１」であり、第２伝達関数がＭｆの逆関数とＭｓとの積であっても、上記に説明した実施の形態４の効果が得られる。
【００９２】
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態４の構成に実施の形態３で説明した干渉力の作用を低減するための構成を適用した協調制御系を説明する。
【００９３】
図１０は、実施の形態５の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態５の協調制御系に符号１０００ｄを付し、実施の形態５のサーボ制御装置に符号１００ｄを付し、実施の形態５の低速軸サーボ系に符号２００ｄを付し、実施の形態５の高速軸サーボ系に符号３００ｄを付す。また、実施の形態４と共通する構成要素には、実施の形態４と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
【００９４】
サーボ制御装置１００ｄは、低速軸目標値作成部１１０、補正部１２０ｃ、高速軸干渉力計算部１４１ｄ、および低速軸干渉力計算部１４２ｄを備えている。低速軸サーボ系２００ｄは、低速軸制御装置２１０ｄおよび低速軸駆動部２２０を備えている。低速軸制御装置２１０ｄは、低速軸補償部２１１、加算器２１２、および低速軸規範モデル２１３を備えている。高速軸サーボ系３００ｄは、高速軸制御装置３１０ｄおよび高速軸駆動部３２０を備えている。高速軸制御装置３１０ｄは、高速軸補償部３１１、加算器３１２、および高速軸規範モデル３１３を備えている。
【００９５】
高速軸干渉力計算部１４１ｄは、低速軸規範モデル２１３が出力した低速軸規範モデル位置に基づき、モータ２２２が低速軸駆動部２２０を駆動することによって高速軸駆動部３２０に働く、実施の形態５の第１干渉力を計算する。そして、高速軸干渉力計算部１４１ｄは、高速軸駆動部３２０に働く実施の形態５の第１干渉力の符号を反転させた値である第１干渉力打ち消し入力１３５ｄを出力する。以降、特に断りがない限り、第１干渉力は、実施の形態５の第１干渉力をいう。
【００９６】
一例では、高速軸干渉力計算部１４１ｄは、２階微分器を備える。高速軸干渉力計算部１４１ｄは、低速軸規範モデル位置に２階微分器を作用させ、時間に対して２回微分することによって低速軸の予測加速度Ａｓ′を計算する。高速軸サーボ系３００ｄのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆに低速軸駆動部２２０の加速度Ａｓを掛けてマイナス符号をつけたものが、低速軸駆動部２２０が駆動されることによって高速軸駆動部３２０に発生する干渉力である。よって、高速軸干渉力計算部１４１ｄは、重量Ｗｆに低速軸の予測加速度Ａｓ′を乗算することによって第１干渉力打ち消し入力１３５ｄを得る。
【００９７】
また、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、高速軸規範モデル３１３が出力した高速軸規範モデル位置に基づき、モータ３２２が高速軸駆動部３２０を駆動することによって低速軸駆動部２２０に働く、実施の形態５の第２干渉力を計算する。そして、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、低速軸駆動部２２０に働く実施の形態５の第２干渉力の符号を反転させた値である第２干渉力打ち消し入力１３４ｄを出力する。以降、特に断りがない限り、第２干渉力は、実施の形態５の第２干渉力をいう。
【００９８】
一例では、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、２階微分器を備える。低速軸干渉力計算部１４２ｄは、高速軸規範モデル位置に２階微分器を作用させ、時間に対して２回微分することによって高速軸の予測加速度Ａｆ′を計算する。高速軸サーボ系３００ｄのモータ３２２によって駆動される機構の合計の重量Ｗｆと高速軸駆動部３２０の加速度Ａｆを掛けてマイナス符号をつけたものが、高速軸駆動部３２０が駆動されることによって低速軸駆動部２２０に発生する干渉力である。よって、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、重量Ｗｆに高速軸駆動部３２０の予測加速度Ａｆ′を乗算することによって第２干渉力打ち消し入力１３４ｄを得る。
【００９９】
低速軸補償部２１１は、実施の形態４と同様に、位置検出器２２３からの位置信号に基づき、低速軸駆動部２２０の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算する。加算器２１２は、低速軸推力指令値に第２干渉力打ち消し入力１３４ｄを加算し、第２干渉力打ち消し入力１３４ｄが加算された低速軸推力指令値を低速軸駆動部２２０のアンプ２２１に入力する。
【０１００】
高速軸補償部３１１は、実施の形態４と同様に、位置検出器３２３からの位置信号に基づき、高速軸駆動部３２０の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算する。加算器３１２は、高速軸推力指令値に第１干渉力打ち消し入力１３５ｄを加算し、第１干渉力打ち消し入力１３５ｄが加算された高速軸推力指令値を高速軸駆動部３２０のアンプ３２１に入力する。
【０１０１】
低速軸駆動部２２０および高速軸駆動部３２０に発生する干渉力は、第２干渉力打ち消し入力１３４ｄおよび第１干渉力打ち消し入力１３５ｄによって打ち消されるため、干渉力の影響を排することが可能となる。よって、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数は、第１干渉力打ち消し入力１３５ｄをゼロとした時の高速軸サーボ系３００ｄの伝達関数Ｍｆと一致する。したがって、低速軸サーボ系２００ｄと高速軸サーボ系３００ｄの応答の差は合成位置ｙ５００に影響せず、合成位置ｙ５００の応答特性は高速軸サーボ系３００ｄによって決定されるので、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系２００ｄだけを用いて工具４００を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
【０１０２】
また、実施の形態５によれば、設計者は、高速軸サーボ系３００ｄの特性を高精度に表す既知の伝達関数Ｍｆを第１伝達関数に設定することが可能であり、低速軸サーボ系２００ｄの特性を高精度に表す既知の伝達関数Ｍｓを第２伝達関数に設定することが可能である。実施の形態５によれば、モデル化の負担を軽減することができる。また、モデル化の際に生じる誤差の影響を排することができるので、軌跡制御の精度をより向上させることができる。
【０１０３】
なお、第１伝達関数とＭｓとの積と、第２伝達関数とＭｆとの積とが一致する限り、どのような関数が第１伝達関数および第２伝達関数に採用された場合であっても、式２を成立させることができる。即ち、実施の形態５においては、実施の形態２のように、第１伝達関数が「１」であり、第２伝達関数がＭｆの逆関数とＭｓとの積であっても、上記に説明した実施の形態４の効果が得られる。
【０１０４】
また、高速軸干渉力計算部１４１ｄは、低速軸駆動部２２０の駆動が高速軸駆動部３２０に及ぼす干渉力である第１干渉力を低速軸規範モデル位置に基づいて計算し、高速軸推力指令値から第１干渉力を減算させる。これにより、高速軸サーボ系３００ｄから第１干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
【０１０５】
また、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、高速軸駆動部３２０の駆動が低速軸駆動部２２０に及ぼす干渉力である第２干渉力を高速軸規範モデル位置に基づいて計算し、低速軸推力指令値から第２干渉力を減算させる。これにより、低速軸サーボ系２００ｄから第２干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
【０１０６】
なお、サーボ制御装置１００ｄは、高速軸干渉力計算部１４１ｄおよび低速軸干渉力計算部１４２ｄを備える、と説明したが、第１干渉力打ち消し入力１３５ｄによる打ち消しの効果および第２干渉力打ち消し入力１３４ｄによる打ち消しの効果はそれぞれ独立に発揮されるものであるため、どちらか一方を利用した場合にも追従精度が向上する効果が得られる。即ち、上記では、協調制御系１０００ｄは、第１干渉力を打ち消す高速軸干渉力計算部１４１ｄと第２干渉力を打ち消す低速軸干渉力計算部１４２ｄとの両方が具備される、と説明したが、協調制御系１０００ｄは、どちらか一方の構成のみを備えていてもよい。
【０１０７】
また、高速軸干渉力計算部１４１ｄは、低速軸制御装置２１０ｄまたは高速軸制御装置３１０ｄに具備されてもよい。また、低速軸干渉力計算部１４２ｄは、低速軸制御装置２１０ｄまたは高速軸制御装置３１０ｄに具備されてもよい。
【０１０８】
実施の形態６．
実施の形態６のサーボ制御装置は、実施の形態１のサーボ制御装置１００に遅延部を加えて得られるものである。
【０１０９】
図１１は、実施の形態６の協調制御系の機能構成を示す図である。実施の形態６の協調制御系に符号１０００ｅを付し、実施の形態６のサーボ制御装置に符号１００ｅを付す。また、実施の形態１と共通する構成要素には、実施の形態１と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１１０】
サーボ制御装置１００ｅは、低速軸目標値作成部１１０と補正部１２０ｅと遅延部６００とを備えている。
【０１１１】
補正部１２０ｅは、第１伝達関数部１２１と第２伝達関数部１２２と減算器１２３ｅとを備えている。
【０１１２】
遅延部６００は、設定時間だけ合成指令値Ｘｒ１３０を遅延せしめる。
【０１１３】
減算器１２３ｅは、第２伝達関数部１２２によって変換された低速軸目標値を、遅延部６００によって遅延された合成指令値から減算することによって、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を作成する。
【０１１４】
低速軸目標値作成部１１０では、一例では、高周波成分を遮断する１次ローパスフィルタを合成指令値Ｘｒ１３０に作用させることによって低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を得る。よって、低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１は、合成指令値Ｘｒ１３０に対して遅れる。
【０１１５】
また、第２伝達関数部１２２においては、一例では、低速軸目標値Ｘｒｓｔ１３１を低速軸サーボ系２００の特性をモデル化した伝達関数Ｇｓ′で変換する。よって、第２伝達関数部１２２によって変換された低速軸目標値は、低速軸目標値Ｘｒｓｔに対して遅れる。
【０１１６】
低速軸目標値作成部１１０および第２伝達関数部１２２においてそれぞれ遅延が発生するため、第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値は、合成指令値Ｘｒ１３０に対して、低速軸目標値作成部１１０で発生する遅れと第２伝達関数部１２２で発生する遅れの合計だけ遅れる。
【０１１７】
実施の形態１では、減算器１２３において、合成指令値Ｘｒ１３０から第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値を減算することで、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を作成する。
【０１１８】
これに対し、実施の形態６では、減算器１２３ｅにおいて、遅延部６００によって遅延された合成指令値Ｘｒ１３０から第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値を減算することで、高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を作成する。
【０１１９】
遅延部６００の設定時間、即ち合成指令値Ｘｒ１３０を遅延せしめる時間は、一例では、ゼロより大きく、第２伝達関数１２２の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部１１０の応答遅れ時間の和の２倍より短い時間である。その場合、遅延部６００によって遅延された合成指令値Ｘｒ１３０と第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値との遅れ時間または進み時間が、実施の形態１における、合成指令値Ｘｒ１３０と第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値との遅れ時間よりも小さくなる。
【０１２０】
そのため、実施の形態６における遅延された合成指令値Ｘｒ１３０と第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値との差である高速軸指令値Ｘｒｆ１３３の絶対値の最大値は、実施の形態１における合成指令値Ｘｒ１３０と第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値との差である高速軸指令値Ｘｒｆ１３３の絶対値の最大値よりも小さくなる。即ち、実施の形態６によれば、実施の形態１の場合に比べて、高速軸駆動部３２０の移動距離を短くすることができる。言い換えると、高速軸３３０における無駄な動きを低減することが可能である。
【０１２１】
なお、設定時間が第２伝達関数部１２２の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部１１０の応答遅れ時間の和と等しい場合、高速軸駆動部３２０の移動距離を短くし、高速軸３３０における無駄な動きを低減する、という効果が最も高くなる。
【０１２２】
また、遅延部６００の伝達関数をｅｔと表記すると、合成位置ｙ５００は、式７のように表される。
ｙ＝Ｇｆ′ＧｓＸｒｓｔ＋ｅｔＧｆＸｒ−Ｇｓ′ＧｆＸｒｓｔ    （式７）
【０１２３】
第１伝達関数Ｇｆ′が高速軸サーボ系３００の特性をモデル化したＧｆと等しく、第２伝達関数Ｇｓ′が高速軸サーボ系３００の特性をモデル化したＧｓと等しい構成では、式７の第１項と第３項が打ち消し合う。したがって、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数Ｇｖは式８で表される。
Ｇｖ＝ｅｔＧｆ    （式８）
【０１２４】
これは、式２に遅延部６００の伝達関数ｅｔを作用させたものであり、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数Ｇｖは、高速軸サーボ系３００の伝達関数に遅延ｅｔを加えたものに等しい。
【０１２５】
言い換えると、合成指令値Ｘｒ１３０から合成位置ｙ５００までの伝達関数Ｇｖは、高速軸サーボ系３００の伝達関数に遅延ｅｔを加えたものと一致せしめることが可能となる。したがって、与えられる合成指令値Ｘｒ１３０に対して、低速軸駆動部２２０の位置と高速軸駆動部３２０の位置との合成位置ｙ５００を高い応答性で追従させることが可能となる。言い換えると、低速軸サーボ系２００と低速軸サーボ系２００よりも高い応答性を持った高速軸サーボ系３００とを具備する協調制御系１０００ｅにおいて、精度が高い軌跡制御を実現することができる。
【０１２６】
このように、実施の形態６によれば、合成指令値Ｘｒ１３０を設定時間だけ遅延せしめる遅延部６００を備える。補正部１２０ｅは、遅延部６００によって遅延せしめられた合成指令値Ｘｒ１３０から第２伝達関数部１２２で変換された低速軸目標値を減算することによって高速軸指令値Ｘｒｆ１３３を計算する。ここで、設定時間は、ゼロより大きく、第２伝達関数１２２の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部１１０の応答遅れ時間の和の２倍より短い時間である。これにより、高速軸駆動部３２０の移動距離を短くし、高速軸３３０における無駄な動きを低減することが可能となる。よって、実施の形態６は、他の実施の形態に比べ、高速軸３３０の可動範囲がより小さい被制御機械を制御するサーボ制御装置に適用することが可能である。
【０１２７】
また、設定時間として、第２伝達関数部１２２の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部１１０の応答遅れ時間の和が設定されてもよい。その場合、高速軸駆動部３２０の移動距離を短くし、高速軸３３０における無駄な動きを低減する、という効果が最も高くなる。
【０１２８】
実施の形態６は、実施の形態２から５の協調制御系にも適用可能である。
【０１２９】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１  演算装置、２  記憶装置、３  入出力装置、４  バス、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ  サーボ制御装置、１１０  低速軸目標値作成部、１２０，１２０ａ，１２０ｃ，１２０ｅ  補正部、１２１，１２１ｃ  第１伝達関数部、１２２，１２２ａ，１２２ｃ  第２伝達関数部、１２３，１２３ｅ  減算器、１２４  第３伝達関数部、１２５  第４伝達関数部、１３４，１３４ｄ  第２干渉力打ち消し入力、１３５，１３５ｄ  第１干渉力打ち消し入力、１４１，１４１ｄ  高速軸干渉力計算部、１４２，１４２ｄ  低速軸干渉力計算部、２００，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ  低速軸サーボ系、２１０，２１０ｂ，２１０ｃ，２１０ｄ  低速軸制御装置、２１１  低速軸補償部、２１２  加算器、２１３  低速軸規範モデル、２１４  フィードバック制御部、２１５  低速軸逆モデル、２１６  加算器、２２０  低速軸駆動部、２２１  アンプ、２２２  モータ、２２３  位置検出器、２３０  低速軸、３００，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ  高速軸サーボ系、３１０，３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｄ  高速軸制御装置、３１１  高速軸補償部、３１２  加算器、３１３  高速軸規範モデル、３１４  フィードバック制御部、３１５  高速軸逆モデル、３１６  加算器、３２０  高速軸駆動部、３２１  アンプ、３２２  モータ、３２３  位置検出器、３３０  高速軸、４００  工具、６００  遅延部、１０００，１０００ａ，１０００ｂ，１０００ｃ，１０００ｄ，１０００ｅ  協調制御系。
【図１】
2017212685.tif 000003
【図２】
2017212685.tif 000004
【図３】
2017212685.tif 000005
【図４】
2017212685.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2017212685.tif 000010
【図９】
2017212685.tif 000011
【図１０】
2017212685.tif 000012
【図１１】
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【国際調査報告】
2017212685.tif 000014
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