(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
メインモータとサブモータの速度差を演算し、該速度差を用いて補正トルクを求め、該補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えることを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項２】
前記補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数を乗算し、該ダンピング係数を調整することにより求める請求項１記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項３】
前記補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差に位相調整用の伝達関数を乗じ、該伝達関数の１次の係数を調整することにより求める請求項１、又は２記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項４】
メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、該符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項５】
前記トルク指令の抑制は、対応する一方向のトルク指令と逆方向のトルク指令を零にクランプするものである請求項４記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項６】
メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、
位置指令の差分である移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことを特徴とするディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項７】
前記位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行う請求項６記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項８】
前記位置制御は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、該切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、移動指令に対応する側のモータの位置制御を行う請求項６、又は７記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【請求項９】
前記切り替え係数は時定数を有しており、位置帰還を徐々に切り替える請求項８記載のディジタルサーボによるタンデム制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ロボットのアームや工作機械の送り軸の制御するディジタルサーボ制御に関する。特に同一可動部材（同一軸）を複数のサーボモータで駆動する場合のタンデム制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットや工作機械において、移動させようとする可動部材が大型で、その移動軸を駆動するモータが１つでは加減速することができない場合や、モータと可動部材間のバックラッシュが大きく、可動部材を安定に移動させることができない場合等において、トルク指令を２つのモータに与え、同一軸を２つのモータで駆動するタンデム制御を行われている。
図１４〜図１７は、従来のディジタルサーボによるタンデム制御の例を示す図である。図１４は可動部材を直線運動させる第１のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによって可動部材である直線系のラック１２０の駆動を制御するものである。そして、メインモータ１００からラック１２０への駆動力は、減速器１０１及びピニオン１０２を介して行われ、また、サブモータ１１０からラック１２０への駆動力は、減速器１１１及びピニオン１１２を介して行われる。
図１５は可動部材を回転運動させる第２のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによって可動部材である回転系のラック１２０の駆動を制御するものである。そして、各モータからラックへの駆動力の伝達は、前記第１のタンデム制御例と同様に、減速器１０１，１１１及びピニオン１０２，１１２を介して行われる。
【０００３】
図１６は可動部材を直線運動させる第３のタンデム制御例であり、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータによってそれぞれに接続されたネジ部材１０３，１１３を介して可動部材１２１の駆動を制御するものである。可動部材１２１は、一端が固定部材１２２によって固定されている２つのネジ部材１０３，１１３に共通に接続され、各モータにより制御されるネジ部材１０３，１１３を介して駆動制御が行われる。
また、図１７は可動部材を直線運動させる第４のタンデム制御例であり、可動部材１２３は、メインモータ１００とサブモータ１１０の２つのモータをその両端に接続するネジ部材１０４によって駆動を制御するものである。
【０００４】
図１８は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図である。図１８に示す制御ブロックは、数値制御装置１によって機械テーブル１２を制御するものであり、機械テーブル１２には伝達機構１０を介してメインのサーボモータ６とサブのサーボモータ７が接続されている。各サーボモータ６，７はディジタルサーボ制御部３からの電流指令により制御されるサーボアンプ４からの指令により駆動されるものであり、各サーボモータ６，７からディジタルサーボ制御部３への位置帰還Ｍｆｂ，Ｓｆｂ（Ｍｆｂはメインのサーボモータ６の位置帰還であり、Ｓｆｂはサブのサブモータの位置帰還である）、及び速度帰還Ｖｆ１，Ｖｆ２（Ｖｆ１はメインのサーボモータ６の速度帰還であり、Ｖｆ２はサブのサブモータの速度帰還である）は各検出器８，９を通して行われ、また、各サブモータ４，５からディジタルサーボ制御部３には電流帰還により電流フィードバックが行われている。また、機械テーブル１２からディジタルサーボ制御部３には検出帰還１３を通して機械位置帰還Ｔｆｂがフィードバックされている。
また、数値制御装置１とディジタルサーボ制御部３との間は共通ＲＡＭ２を介して接続され、両者間のデータのやり取りを行っている。
【０００５】
さらに、図１９は従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロックの要部のブロック図である。図１９の要部ブロック図において、図示しない２つのモータ（メインモータ，サブモータ）はそれぞれ電流制御部１７，１８からのメインの電流指令及びサブの電流指令によって駆動される。
【０００６】
位置指令ｒと実位置ｐと差である位置偏差ｅにポジションゲイン１４の係数Ｋｐを掛けて速度指令Ｖｃを求め、その速度指令Ｖｃとモータの速度帰還との差である速度偏差を速度制御部１６により通常のＰＩ制御等の制御を行ってトルク指令Ｔｃを求める。
【０００７】
メインモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１を加えて得られるトルク指令Ｔｃ１をメインモータの電流制御部１７に入力することにより行われ、一方、サブモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ２を加え、反転器１９を通して得られるトルク指令Ｔｃ２をサブモータの電流制御部１８に入力することにより行われる。反転器１９はメインモータとサブモータの回転方向によって、符号を反転させるための制御部で、メインモータとサブモータの回転方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。なお、各電流制御部１７，１８は電流フィードバックｆｂを帰還して、独立して電流制御を行っている。ここで、プリロードトルクＴｐ１及びプリロードトルクＴｐ２は、メインモータとサブモータを互いに張り合わせるために、速度制御部１６によって演算して求めたトルク指令Ｔｃに一定のオフセットを付加するためのトルク値であり、２つのモータの回転方向が同方向の場合には逆符号のトルクであり、２つのモータの回転方向が逆方向の場合には同符号のトルクである。
【０００８】
また、位置偏差ｅを求めるための実位置ｐは、切替器２０を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスであり、切替器２０は機械位置帰還パルスＴｆｂとモータ位置帰還パルスＭｆｂを切り替えることができる。
【０００９】
従来のディジタルサーボによるタンデム制御では、位置制御及び速度制御はメイン側でのみ行い、電流制御については各々独立して制御している。この従来の制御では、大きなバックラッシュがある場合に、メイン側に大きなトルクが必要となると、サブモータは速度制御を行っていないため高速で衝突することになり系の安定性が悪化する。
【００１０】
そこで、この様な問題を解決する手段として、図１９中に示す速度帰還平均器２２が設けられている。この速度帰還平均器２２は、メインモータの速度帰還Ｖｆ１とサブモータの速度帰還Ｖｆ２を反転器１９を通したものを入力し、その平均を求めることによってモータの速度帰還量を得るものであり、これによってサブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。
【００１１】
図２０はタンデム制御による作用を説明する図であり、（ａ）から（ｅ）によって順に可動部材であるテーブルを停止状態（図の（ａ））から加速して（図の（ｂ））一定速度とし（図の（ｃ））、次に減速して（図の（ｄ））再び停止する（図の（ｅ））状態において、各軸と可動部材との位置及びトルク指令の変化を示している。図１９で説明したように、メイン軸１０５及びサブ軸１１５には速度制御部で計算されたトルク指令Ｔｃに互いに逆方向のプリロードトルクが加えられているので、メイン軸に対するトルク指令Ｔｃ１は、Ｔｃ１＝Ｔｃ＋Ｔｐ１となり、また、サブ軸に対するトルク指令Ｔｃ２は、Ｔｃ２＝Ｔｃ＋Ｔｐ２となっている。プリロードトルクは、摩擦に抗するより大きなトルクを設定しておく。
【００１２】
図の（ａ）の停止状態では、速度制御部からのトルク指令Ｔｃがほぼ０なので、互いのモータには矢印で示す逆方向のプリロードトルクだけが指令され、逆方向に張り合った状態で停止している。図の（ｂ）の加速状態では、長い矢印で示すように、速度制御部からの移動方向と同じ大きなドライブトルクが指令されるため、サブ軸１１５は、このドライブトルクとプリロードトルクを足し合わせた（Ｔｃ＋Ｔｐ２）のトルクが指令される。ここで、｜Ｔｃ｜＞｜Ｔｐ２｜であり、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸には移動方向と同じトルクが発生し、反対方向に移動し、加速に必要なトルクをメイン軸１０５と分担する。
【００１３】
図の（ｃ）の一定速度の状態では、テーブルが一定速度で移動するのに必要なドライブトルクは、短い矢印で示すように、摩擦分を相殺するのに要する程度の小さなトルクであって、｜Ｔｃ｜＜｜Ｔｐ２｜であり、トルクの向きは逆方向なので、サブ軸１１５は移動方向と逆方向のトルクが発生し、反対側に移動して、メイン軸１０５と逆方向に張り合った状態で一定速度で移動する。
【００１４】
図の（ｄ）の減速状態では、前記（ｂ）とは逆方向の大きなドライブトルクが発生するので、メイン軸１０５は反対方向に移動して、減速に必要なトルクを分担する。さらに、図の（ｅ）の停止状態では、前記（ａ）と同様に、メイン軸１０５及びサブ軸１１５には、互いに逆方向のプリロードトルクによって張り合った状態で停止する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のディジタルサーボによるタンデム制御方法では、以下のような問題点がある。
（１）モータと機械とをバネ系等の剛性の低い伝達機構によってつないでいる場合、その伝達機構の共振周波数は、例えば数Ｈｚから数十Ｈｚ程度の低い周波数となる。この場合に、タンデム制御によりメインモータとサブモータを駆動すると、互いに逆方向に振動して、系が不安定となる現象が生じる問題がある。図２１は従来のタンデム制御によるシミュレーション結果であり、図の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ正と負のステップ指令を印加したときのメインモータの速度とサブモータの速度を実線及び破線で示している。
（２）また、加速時や減速時等において大きなトルクが必要となる場合には、前記図２０の（ｂ），（ｄ）で示したように加速あるいは減速のためにドライブトルクが大きくなると、互いに逆方向に加える小さなプリロードトルクではメイン軸とサブ軸を互いに張り合った状態にしておくことができず、どちらかの軸の方に寄ってしまい、バックラッシュを抑えておくことができなくなるという問題が生じる。
（３）上記（２）の問題点を解決してバックラッシュの影響を抑える手段として、常に張り合う状態とするために逆方向にトルクを出すクランプ器を付加することもできる。しかし、このクランプ器を備えたタンデム制御方法では、サブモータが主となって駆動を行う場合に、不安定となるという問題点がある。図８はクランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。図８の（ａ）において、メインモータを主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、このメイン側において位置検出を行っているため、検出遅れを生じることなく制御を行うことができるが、一方、図８の（ｂ）において、サブモータを主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出していて、トルク指令を計算する速度制御部への入力である速度指令が実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて不安定となる。
【００１６】
そこで、本発明は前記した従来の問題点、及び該問題点を解決する手段によって新たに生じる問題点を解決して、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによるタンデム制御方法を提供することを第１の目的とし、また、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制するタンデム制御方法を提供することを第２の目的とし、さらに、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本出願の第１の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えることにより、前記第１の目的を達成するものである。
【００１８】
本発明のタンデム制御方法は、同一可動部材をメインモータとサブモータの２つのサーボモータで駆動する場合の制御方法であり、第１の発明は位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行う場合である。そして、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数を乗算し、そのダンピング係数を調整して求めることができ、このダンピング係数の調整により補正トルクのゲインを調整するものである。
【００１９】
また、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差に位相調整用の伝達関数を乗じ、その伝達関数の１次の係数を調整して求めることができ、この１次の係数の調整により補正トルクの位相を調整するものである。
【００２０】
さらに、第１の発明において、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数と位相調整用の伝達関数を乗じ、そのダンピング係数と伝達関数の１次の係数の両方を調整して求めることができ、このダンピング係数と１次の係数の調整により補正トルクのゲインと位相の両方を調整するものである。
【００２１】
また、本出願の第２の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することにより、前記第２の目的を達成するものである。
【００２２】
また、第２の発明において行うトルク指令の抑制は、各モータにおける正方向側に対応するトルク指令はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指令は零にクランプするものである。
【００２３】
また、本出願の第３の発明は、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータを用いて１つの軸を駆動する制御方法であって、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うタンデム制御方法において、位置指令の差分である移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、前記第３の目的を達成するものである。
【００２４】
また、第３の発明における位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うものである。
【００２５】
また、第３の発明における位置制御は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、その切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、移動指令に対応する側のモータの位置制御を行うものである。また、第３の発明における位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって、位置帰還を徐々に切り替えることができるものである。
【００２６】
【作用】
本出願の第１の発明によれば、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えて、メインモータ及びサブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、タンデム制御を行うメインモータとサブモータの速度差は減少し、モータと機械とがバネ系等の剛性の低い伝達機構によりつながれている場合でも、系の振動を抑制することができる。
【００２７】
そして、伝達機構の振動を抑えるための補正トルクは、メインモータとサブモータの速度差にダンピング係数、または位相調整用の伝達関数、もしくはダンピング係数と位相調整用の伝達関数の両方を乗算し、系の出力特性が所望の特性となるようにそのダンピング係数、または伝達関数の１次の係数、もしくはダンピング係数と伝達関数の１次の係数の両方を調整すると、この調整によって適正なトルク指令のゲイン、または位相、もしくはゲインと位相の両方を得ることができる。
【００２８】
本出願の第２の発明によれば、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、速度制御部からのトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加することにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制することができる。
【００２９】
そして、トルク指令の抑制は、速度制御部からのトルク指令に対し、各モータにおける正方向側に対応するトルク指令はそのまま出力し、逆方向側に対応するトルク指令は零にクランプすることにより行うことができる。
【００３０】
本出願の第３の発明によれば、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を行うことができる。
【００３１】
そして、この位置制御は、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うものであり、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求め、その切り替え係数を移動指令の符号により切り替えることにより、実際にトルクを出しているサブ側の速度出力によってトルク指令を計算することができ、検出遅れによる安定性に対する影響を抑制することができる。また、位置制御の切り替え係数に時定数を持たせ、その時定数によって位置帰還を徐々に切り替えることにより、切り替え時の速度指令の段差により生じる機械的ショックを減少させることができる。
【００３２】
移動指令が０の場合には、位置制御をメインモータによって行うよう設定しておくことにより、位置決めは必ずメインモータで行われ、位置ずれの問題は生じない。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
（第１の発明の実施に適用できる構成）
はじめに、本出願の第１の発明の実施例を適用できる構成について説明する。図１は本出願の第１の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図である。図１に示す実施例のブロック図は、ダンピング補償器２３の構成を除いて前記図１７に示す従来の制御ブロックとほぼ同様である。このダンピング補償器２３は、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えるためのブロックである。
【００３４】
図１の要部ブロック図において、電流制御部１７，１８はその電流指令によって図示しない２つのモータ（メインモータ，サブモータ）を駆動する。
【００３５】
位置指令ｒと実位置ｐと差である位置偏差ｅにポジションゲイン１４の係数Ｋｐを掛けて速度指令Ｖｃを求め、その速度指令Ｖｃとモータの速度帰還との差である速度偏差を速度制御部１６により通常のＰＩ制御等の制御を行ってトルク指令Ｔｃを求める。
【００３６】
２つのモータの内、メインモータの制御は、トルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１を加えて得られるトルク指令Ｔｃ１をメインモータの電流制御部１７に入力することにより行われ、一方、サブモータの制御は、このトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ２を加え、反転器１９を通して得られるトルク指令Ｔｃ２をサブモータの電流制御部１８に入力することにより行われる。反転器１９はメインモータとサブモータの回転方向によって、符号を反転するための制御部で、メインモータとサブモータの回転方向が同じ場合には符号を変えず、回転方向が異なる場合には符号を反転する。
【００３７】
なお、各電流制御部１７，１８は電流フィードバックｆｂを帰還して、独立して電流制御を行っている。トルク指令Ｔｃに加えるプリロードトルクＴｐ１及びプリロードトルクＴｐ２は、速度制御部１６からのトルク指令Ｔｃに一定のオフセットを付加するためのトルク値であり、メインモータとサブモータを互いに張り合わせるためのものである。プリロードトルクＴｐ１，Ｔｐ２の符号は、２つのモータの回転方向が同方向の場合には逆符号であり、２つのモータの回転方向が逆方向の場合には同符号である。
【００３８】
また、位置偏差ｅを求めるための実位置ｐは、切替器２０を介して機械あるいはモータから得られる位置帰還パルスであり、切替器２０は機械位置帰還パルスＴｆｂとモータ位置帰還パルスＭｆｂを切り替えることができる。
【００３９】
また、この速度帰還平均器２２は、メインモータの速度帰還Ｖｆ１とサブモータの速度帰還Ｖｆ２を反転器１９を通したものを入力し、その平均を求めて速度指令Ｖｃにフィードバックするものであり、これによって、メインモータとサブモータの両者のモータの速度平均を速度帰還量として帰還し、サブモータの速度を抑制して安定性を向上させることができる。
【００４０】
また、第１の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、ダンピング補償器２３からの補正トルクによってメインモータとサブモータの速度差が減少するように速度制御を行う。このダンピング補償器２３は、ダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項によりから構成することができ、この伝達関数は例えば定数をＬとし、調整係数をαとし、Ｓをラプラス演算子とすると、｛（１＋ＬＳ）／（１＋αＬＳ）｝により表わされるものを用いることができる。
【００４１】
図２は、サンプリング時間をＴｓとしたときの離散系における位相調整用の伝達関数をブロック図で示したものであり、伝達関数は｛（１＋２Ｌ／Ｔｓ）＋（１−２Ｌ／Ｔｓ）Ｚ−１／（１＋２αＬ／Ｔｓ）＋（１−２αＬ／Ｔｓ）Ｚ−１｝により表される。また、ここで、Ｎ０  ＝（１＋２Ｌ／Ｔｓ），Ｎ１  ＝（１−２Ｌ／Ｔｓ），Ｄ０  ＝（１＋２αＬ／Ｔｓ），Ｄ１  ＝（１−２αＬ／Ｔｓ）とおくと、伝達関数は、｛（Ｎ０  ＋Ｎ１  ・Ｚ−１）／（Ｄ０  ＋Ｄ１  ・Ｚ−１）｝によって表すことができる。したがって、トルク補正は、ダンピング係数Ｋｃの大きさによってゲインを調整することができ、また、調整係数αによって位相を調整することができる。なお、Ｔは位相進め、あるんは位相遅れのピークを調節するための係数である。
【００４２】
ダンピング補償器２３からの補正トルクは、メインモータ側へのトルク指令Ｔｃ１に対しては減算させ、サブモータ側へのトルク指令Ｔｃ２に対しては加算させる。この符号関係は、メインモータ側の方向を正方向としているためであり、これによってメインモータとサブモータの速度差を減少させる方向に補正トルクを加えることができる。
【００４３】
なお、上記ダンピング補償器２３は、ダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項の２つの項を含む例を示しているが、何れか一方の項のみで構成することもできる。この場合には、補正トルクの大きさあるいは位相の何れかを補正することになる。
【００４４】
（第１の発明の作用）
本願発明の第１の発明の作用を、前記図１及び図３のフローチャートを用いて説明する。なお、ここでは、メインモータとサブモータの速度差を演算し、その速度差を用いて補正トルクを求め、さらにその補正トルクをメインモータとサブモータの両方のトルク指令に加えて、メインモータ及びサブモータの２つのサーボモータをタンデム制御する部分のみについて説明し、また、ダンピングの大きさと位相の両方を補正する場合について説明する。
【００４５】
はじめに、メインモータとサブモータのタンデム制御において、各モータの制御使用とする回転方向を調べ、両者の回転方向が同じ方向の場合にはフラグＦを「０」に設定し、逆に両者の回転方向が異なる方向の場合にはフラグＦを「１」に設定する（ステップＳ１）。反転器１９は、このフラグＦによって符号の反転、非反転が行われる。フラグＦの設定の後、ダンピング補償器２３のダンピング係数Ｋｃの項と位相調整用の伝達関数の項の１次の係数を定める調整係数αと定数Ｌをそれぞれ初期値Ｋｃ０  とα０  とＬ０  に設定して、初期設定を行う。これらの値より、Ｎ０  ＝（１＋２Ｌ／Ｔｓ），Ｎ１  ＝（１−２Ｌ／Ｔｓ），Ｄ０  ＝（１＋２αＬ／Ｔｓ），Ｄ１  ＝（１−２αＬ／Ｔｓ）を計算して設定を行う（ステップＳ２）。
【００４６】
次に、メインモータ及びサブモータの速度を検出してモータの速度帰還量Ｖｆ１，Ｖｆ２を求めてその値を取り込む（ステップＳ４）。前記ステップＳ１で調べておいたフラグＦの値が「０」か「１」の判定する。フラグＦの値が「０」の場合にはステップＳ６に進み、フラグＦの値が「１」の場合にはステップＳ７に進んでモータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を求める（ステップＳ５）。
【００４７】
フラグＦの値が「０」の場合には、メインモータとサブモータの回転方向が同じ方向であるため、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を（Ｖｆ１−Ｖｆ２）の演算により求める（ステップＳ６）。一方、フラグＦの値が「１」の場合には、メインモータとサブモータの回転方向が逆方向であるため、サブ側に設けた反転器１９により速度帰還やトルク指令の反転処理を行われ、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差を（Ｖｆ１＋Ｖｆ２）の演算により求める（ステップＳ７）。以下、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差をｄＶにより表す。
【００４８】
求めたモータの速度帰還量Ｖｆ１，Ｖｆ２の差ｄＶから補正トルクＴａを求める（ステップＳ８）。この補正トルクＴａは、モータの速度帰還量Ｖｆ１とＶｆ２の差ｄＶに、ダンピング係数Ｋｃと伝達関数｛（Ｎ０  ＋Ｎ１  ・Ｚ−１）／（Ｄ０  ＋Ｄ１  ・Ｚ−１）｝を乗ずることにより求めることができる。なお、図１では、サブモータの速度帰還量Ｖｆ２は反転器１９によりメインモータの速度と同方向であるため、ダンピング補償器２３では減算を行っている。
【００４９】
ステップＳ８で求めた補正トルクＴａをトルク指令Ｔｃ１及びＴｃ２に反映させ、その補正したトルク指令により速度制御を行う（ステップＳ９）。そして、速度制御により系の特性が良好なものとなったか否かを判定し（ステップＳ１０）、その特性が不良である場合には、ダンピング係数Ｋｃと調整係数αを変更して（ステップＳ１１）、再び前記ステップＳ４〜ステップＳ１０を行う。
【００５０】
｛（１＋２Ｌ／Ｔｓ）＋（１−２Ｌ／Ｔｓ）Ｚ−１／（１＋２αＬ／Ｔｓ）＋（１−２αＬ／Ｔｓ）Ｚ−１｝の伝達関数から明らかなように、調整係数αが１の場合には伝達関数の値は１となり、位相は変化しない。図４は、定数Ｌ＝０．０２で、調整係数αを変えた場合の周波数特性を示しており、（ａ）はα＝１の場合、（ｂ）はα＝０．５の場合、（ｃ）はα＝０．２の場合である。図に示すように、調整係数αによって所望の周波数で必要な位相の調整を行うことができる。
【００５１】
この工程を繰り返すことにより振動を抑制した系を得ることができる。また、上記ダンピング補償器の処理において、ステップＳ１の処理は一度の設定で以後の同様のタンデム制御に共通に使用できる。また、ステップＳ２〜ステップＳ１１の処理は該タンデム制御において割り込みが発生するごとに行われる。
【００５２】
図５は、位相調整を行わずダンピング係数Ｋｃを０．１とした場合の本出願の第１の発明のシミュレーション結果である。
【００５３】
（第２の発明の実施に適用できる構成及び作用）
次に、本出願の第２の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。図６は本出願の第２の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図である。図６に示す実施例のブロック図には、本出願の第２の発明の構成部分を一点鎖線で囲んで示し、本出願の第３の発明の構成部分を二点鎖線で囲んで示している。以下では、一点鎖線で囲んだ第２の発明の構成部分についてのみ説明し、その他の構成部分については第１の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
第２の発明の実施例の構成は、一点鎖線で囲んだクランプ回路２４，２５の構成を除いて前記図１に示す第１の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。このクランプ回路２４，２５は、速度制御部１６からのトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１あるいはＴｐ２を加算したトルク指令を入力し、そのトルク指令が各モータにおける正方向側に対応する符号のときはそのまま出力し、逆方向側に対応する符号のときは零にクランプするものである。
【００５５】
図６において、第２の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、該メインモータとサブモータの各電流制御部１７，１８に与えるトルク指令Ｔｃ１，Ｔｃ２をクランプ回路２４，２５によって調整することにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。
【００５６】
クランプ回路２４はメインモータ側において速度制御部１６と電流制御部１７の間に接続するクランプ回路であり、図７の（ａ）に示す特性を備えている。このクランプ回路２４は、入力されるトルク指令の符号がメイン側の正方向側である正のときはそのままをトルク指令として出力し、該符号が逆方向である負のときは零にクランプするものである。このクランプ回路２４により、メイン側のトルク指令Ｔｃ１は正のトルクを出すように制御される。
【００５７】
一方、クランプ回路２５はサブモータ側において速度制御部１６と反転器１９の間に接続するクランプ回路であり、図７の（ｂ）に示す特性を備えている。このクランプ回路２５は、入力されるトルク指令の符号がサブ側の正方向側である負のときはそのままをトルク指令として出力し、該符号が逆方向である正のときは零にクランプするものである。このクランプ回路２５により、サブ側のトルク指令Ｔｃ２は負のトルクを出すように制御される。
【００５８】
したがって、クランプ回路２４，２５は、速度制御部１６からのトルク指令ＴｃにプリロードトルクＴｐ１あるいはＴｐ２を加算したトルク指令の符号を検出し、その符号に応じて正又は負のトルク指令を抑制し、それぞれのモータの電流制御部には常にメインモータとサブモータで異なる一方向のトルク指令を印加して、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。これによって、メインモータとサブモータを常に張り合った状態とし、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制する。
【００５９】
図８はクランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。図８の（ａ）において、メインモータを主に駆動してメイン軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、このメイン側において位置検出を行っているため、図９の（ａ）に示すように検出遅れを生じることなく制御を行うことができる。
【００６０】
一方、図８の（ｂ）において、サブモータを主に駆動してサブ軸側にドライブトルクを印加して引っ張っている場合には、位置制御をおこなうための位置帰還パルスをメイン側において検出し、トルク指令を計算する速度制御部への入力である速度指令が実際にトルクを出しているサブ側でないため、検出遅れが生じて図９の（ｂ）の不安定性を示す場合がある。
【００６１】
（第３の発明の実施に適用できる構成及び作用）
次に、本出願の第３の発明の実施例を適用できる構成及び作用について説明する。第３の発明は、前記第２の発明においてサブモータを主に駆動した場合に生じる可能性のある検出遅れを解消するものである。
【００６２】
本出願の第３の発明の実施例の構成を説明する制御ブロックの要部のブロック図は図６に示されており、第３の発明の構成部分を二点鎖線で囲んで示している。以下では、二点鎖線で囲んだ第３の発明の構成部分を除いた構成についてのみ説明し、その他の構成部分については第１の発明の実施例の構成と同様であるため説明を省略する。
【００６３】
第３の発明の実施例の構成は、二点鎖線で囲んだ位置帰還切り替えのための構成を除いて前記図６に示す第２の発明の実施例の制御ブロックとほぼ同様である。この位置帰還切り替えのための構成は、メインモータ側の速度指令とサブモータ側の速度指令の差を求め、その速度指令の差に切り替え係数を乗じた値をメインモータ側の速度指令に加算して新たな速度指令を求めるものである。
【００６４】
図６において、第３の発明の実施例では、位置制御をメインモータで行い、電流制御を各々のメインモータ及びサブモータで行うとともに、移動指令が正方向の場合にはメインモータにおいて行い、移動指令が負方向の場合にはサブモータにおいて行うというように、移動指令に対応する側のモータにおいて位置制御を行うことにより、メインモータ，サブモータの２つのサーボモータをタンデム制御して１つの軸を駆動する。
【００６５】
第３の発明における位置帰還切り替えは、メイン側の速度指令Ｖｃ１とサブ側の速度指令Ｖｃ２の差を求め、この差に切り替え係数ｋを掛け、さらにこの値にメイン側の速度指令Ｖｃ１を加えて新たな速度指令Ｖｃを作ることにより行われる。なお、図６の構成では、ポジションゲイン１５の出力を反転器１９を通した値をサブ側の速度指令Ｖｃ２として求め、その値からポジションゲイン１４の出力であるメイン側の速度指令Ｖｃ１を減算し、この減算値に位置帰還切替部２１で切り替え係数ｋを掛け、さらにこの演算値を速度指令Ｖｃ１から減算して速度指令Ｖｃを得るよう構成している。
【００６６】
前記構成により得られる速度指令ＶｃはＶｃ＝Ｖｃ１＋ｋ・（Ｖｃ２−Ｖｃ１）により表される。
【００６７】
ここで、メインモータの正の方向に駆動する場合（移動指令が正の方向）に切り替え係数ｋを「０」に設定すると、前記式から速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ１となってメイン側での位置制御を行うことができ、逆に、メインモータの負の方向に駆動する場合（移動指令が負の方向）に切り替え係数ｋを「１」に設定すると、前記式から速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ２となって、サブ側での位置制御を行うことができる。
【００６８】
上記例は、切り替え係数ｋを「０」と「１」の何れかに設定してメイン側とサブ側との位置帰還の切り替えを行うものであるが、切り替え係数ｋを時定数τを用いてｋ＝｛１／（１＋τｓ）｝とし、時定数τに応じて徐々に位置帰還の切り替えを行うよう構成することもできる。
【００６９】
この時定数τによって位置帰還の切り替えを徐々に行う場合には、切り替え係数ｋの切り替え時の位置帰還量の相違によって生じる速度指令の差を減じて、この速度差により発生する機械的なショックを減少させることができる効果がある。
【００７０】
図１０のフローチャートに従って第３の発明の作用について説明する。なお、ここでは、位置帰還の切り替え部分のみについて、ディジタルによる離散的処理を行う場合のフローによってステップＴの符号に従って説明する。
【００７１】
位置帰還切り替えにおいて、サンプリング時間をＴｓとし、離散系における逐次切り替え係数をｂ（ｎ）とし、時定数τによる変化をＡ＝ｅｘｐ（−Ｔｓ／τ）とすると、逐次切り替え係数ｂ（ｎ）は、
ｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ（ｎ−１）＋（１−Ａ）・ｋ（ｎ）
となる。なお、ｋ（ｎ）は移動指令が正の場合には「０」であり、負の場合には「１」である。上記逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を用いることにより、位置帰還を時定数τに応じて徐々に切り替えることができる。
【００７２】
はじめに、位置切り替えによる位置制御を行うための初期処理を行う。この初期処理においては、前記式中に用いる時定数τによる変化Ａと逐次切り替え係数ｂ（ｎ）及びｂ０を初期設定する（ステップＴ１）。この処理処理の後、位置指令ｒの差分である移動指令Δｒの符号を判定することにより、メイン側での位置帰還を行うかサブ側での位置帰還を行うかを定める（ステップＴ２）。このステップＴ２での判定において、移動指令Δｒの符号が正の場合は、ステップＴ３においてメインモータが正の速度で駆動する場合の処理を行い、移動指令Δｒの符号が負の場合は、ステップＴ４においてメインモータが負の速度で駆動する場合の処理を行う。
【００７３】
ステップＴ３では、前記式のｋ（ｎ）を「０」とすることによりｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ０となる。また、ステップＴ４では、前記式のｋ（ｎ）を「１」とすることによりｂ（ｎ）＝Ａ・ｂ０＋１−Ａとなる。
【００７４】
次に、速度指令Ｖｃ１，Ｖｃ２を求め、この値と前記ステップＴ３及びステップＴ４で定められた逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を用いて、速度指令Ｖｃを求める。速度指令Ｖｃ１は、位置指令ｒからメインモータの位置帰還パルスＭｆｂを減算した値（ｒ−Ｍｆｂ）にポジションゲインＫｐを乗ずることにより得られる。また、速度指令Ｖｃ２は、位置指令ｒからサブモータの位置帰還パルスＳｆｂを減算した値（ｒ−Ｓｆｂ）にポジションゲインＫｐを乗ずることにより得られる。そして、速度指令Ｖｃは速度指令Ｖｃ２から速度指令Ｖｃ１を減算した値に逐次切り替え係数ｂ（ｎ）を掛け、その値に速度指令Ｖｃ１を加算することにより求められる。
【００７５】
なお、このときの逐次切り替え係数ｂ（ｎ）の値を逐次切り替え係数の初期値ｂ０としておく（ステップＴ５）。
【００７６】
前記ステップＴ５の工程で求めた速度指令Ｖｃを速度ループに渡し、位置制御を行う（ステップＴ６）。
【００７７】
位置切り替えによる位置制御を終了するか否かを判定し（ステップＴ７）、位置切り替えによる位置制御を続行する場合には、ステップＴ２に戻って前記ステップＴ２〜ステップＴ６の工程を繰り返す。
【００７８】
この時定数を用いることにより、切り替えを徐々に行い、移動指令の極性が変化する場合であっても機械へのショックを減少させることができる。
【００７９】
図１１は、位置切り替えにおいて時定数を「０」としたときのシミュレーション結果であり、図１２は、位置切り替えにおいて時定数を「１００ｍｓ」としたときのシミュレーション結果であり、図１３は、位置切り替えにおいて時定数を「１００ｍｓ」とし、ダンピング補償を行ったときのシミュレーション結果である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願の第１の発明によれば、伝達機構の振動を抑えるディジタルサーボによるタンデム制御方法を提供することでき、第２の発明によれば、大きなトルクに対してもバックラッシュを抑制するタンデム制御方法を提供することができ、第３の発明によれば、サブ側を主とする駆動においても安定した制御を可能とするタンデム制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願の第１の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図である。
【図２】本出願の第１の発明の実施例の位相調整用の伝達関数のブロック図である。
【図３】本出願の第１の発明の実施例の作用を説明するフローチャートである。
【図４】本出願の第１の発明の実施例の調整係数αを変えた場合の周波数特性である。
【図５】本出願の第１の発明のシミュレーション結果である。
【図６】本出願の第２の発明の実施例の構成を説明する制御ブロック図である。
【図７】第２の発明のクランプ回路の特性図である。
【図８】クランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。
【図９】第２の発明によるシミュレーション結果である。
【図１０】第３の発明の作用について説明するフローチャートである。
【図１１】第３の発明において位置切り替えの時定数が「０」のときのシミュレーション結果である。
【図１２】第３の発明において位置切り替えの時定数が「１００ｍｓ」のときのシミュレーション結果である。
【図１３】第３の発明において、位置切り替えの時定数を「１００ｍｓ」とし、ダンピング補償を行ったときのシミュレーション結果である。
【図１４】可動部材を直線運動させる第１のタンデム制御例の図である。
【図１５】可動部材を回転運動させる第２のタンデム制御例の図である。
【図１６】可動部材を直線運動させる第３のタンデム制御例の図である。
【図１７】可動部材を直線運動させる第４のタンデム制御例の図である。
【図１８】従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロック図である。
【図１９】従来のディジタルサーボによるタンデム制御を行うための制御ブロックの要部のブロック図である。
【図２０】クランプ器を付加したときのトルク指令を説明する図である。
【図２１】従来のタンデム制御によるシミュレーション結果である。
【符号の説明】
１４  ポジションゲイン
１６  速度制御部
１７，１８  電流制御部
１９  反転器
２０  切替器
２１  位置帰還切替部
２２  速度帰還平均器
２３  ダンピング補償器
２４，２５  クランプ回路
【図１】
0003595357.tif 000002
【図２】
0003595357.tif 000003
【図３】
0003595357.tif 000004
【図４】
0003595357.tif 000005
【図５】
0003595357.tif 000006
【図６】
0003595357.tif 000007
【図７】
0003595357.tif 000008
【図８】
0003595357.tif 000009
【図９】
0003595357.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003595357.tif 000012
【図１２】
0003595357.tif 000013
【図１３】
0003595357.tif 000014
【図１４】
0003595357.tif 000015
【図１５】
0003595357.tif 000016
【図１６】
0003595357.tif 000017
【図１７】
0003595357.tif 000018
【図１８】
0003595357.tif 000019
【図１９】
0003595357.tif 000020
【図２０】
0003595357.tif 000021
【図２１】
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