(57)【要約】【課題】  電動モータに対する位置決めと速度制御の精度を向上させること。【解決手段】  電動モータ１０の正逆回転時における計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と理論値との差を基に正逆回転用伝達誤差を制御部１６で測定し、各測定結果を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の検出出力に対応づけて記憶部１８に記憶し、制御部１６が、電動モータ１０の回転速度と位置決めを制御するに際して、電動モータ１０の正逆回転時に、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と正逆回転用伝達誤差とから制御用エンコーダ１２の制御目標値を求め、制御用エンコーダ１２の出力が制御目標値となるように電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減速機を介して負荷装置の出力軸に連結された電動モータの回転角度を検出する制御用エンコーダと、前記出力軸の回転角度を検出する計測用エンコーダと、前記電動モータの回転力が前記減速機を介して前記出力軸に伝達するときに生じる伝達誤差を測定する測定手段と、前記測定手段の測定結果を前記計測用エンコーダの検出角度に対応づけて記憶する伝達誤差記憶手段と、前記制御用エンコーダの出力を基に前記電動モータの回転速度と回転位置を制御するモータ制御手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記計測用エンコーダの出力と前記伝達誤差記憶部に記憶された伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求め、前記制御目標値を基に前記電動モータの回転速度と回転位置を制御してなるモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、    前記電動モータの所定回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差を測定してなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、    前記伝達誤差をフーリエ級数展開した関数で記憶してなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、前記電動モータの正回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差として正回転時用伝達誤差を測定するとともに、前記電動モータの逆回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差として逆回転時用伝達誤差を測定し、前記モータ制御手段は、前記電動モータの回転速度と回転位置を制御するときに、前記電動モータの正回転時には、前記計測用エンコーダの出力と前記正回転用伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求め、前記電動モータの逆回転時には、前記計測用エンコーダの出力と前記逆回転用伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求めてなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記制御用エンコーダは、インクリメンタルエンコーダで構成し、前記計測用エンコーダは、アブソリュートエンコーダで構成してなることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載のモータ制御装置において、前記負荷装置の出力軸と減速機構がすべり機構で連結されているときに、前記計測用エンコーダは、前記すべり機構のすべり量を計測してなることを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減速機を介して負荷装置の出力軸に連結された電動モータの速度制御および位置制御を行うように構成されたモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータを用いて負荷装置、例えば、トータルステーション等の測量機を回転駆動するに際しては、電動モータの回転軸を減速機に連結し、減速機の最終段のギアを測量機の縦軸（竪軸）に連結し、電動モータの回転角度を制御用エンコーダで検出し、測量機の縦軸の回転角度を測量用エンコーダで検出し、各エンコーダの検出出力をコントローラに入力し、コントローラにおいて、各エンコーダの検出出力を基に電動モータに対する速度制御や位置決め制御等を行う構成が採用されている。
【０００３】
エンコーダとしては、例えば、光学式インクリメンタルエンコーダ（特許文献１参照）やアブソリュートエンコーダを用いることができる。インクリメンタルエンコーダは、その応答が高速であって、応答時間がアブソリュートエンコーダよりも短い（応答速度が速い）ので、インクリメンタルエンコーダを制御用エンコーダに用いることで、アブソリュートエンコーダを制御用エンコーダに用いるときよりも、電動モータに対する位置決め制御及び速度制御を円滑に行うことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１３７１９号公報（第２頁から第３頁、図１、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、制御用エンコーダは計測用エンコーダに比べコスト、スペース等の制約により低精度のものを使用することが多いので、電動モータに対する位置決め制御においては、制御精度が低下する。しかも、電動モータの回転力を減速機を介して測量機の縦軸に伝達するときに、減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じる。このため、電動モータを駆動するときに、電動モータの回転数を制御用エンコーダで検出し、測量機の縦軸の回転数を測量用エンコーダで検出し、各検出値を基に電動モータの駆動制御をする場合にも、伝達誤差に伴って両者の検出値に食い違いが生じ、食い違いを無くすための動作を追加しなければならない。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、電動モータに対する位置決め制御と速度制御の精度及び制御性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、請求項１に係るモータ制御装置においては、減速機を介して負荷装置の出力軸に連結された電動モータの回転角度を検出する制御用エンコーダと、前記出力軸の回転角度を検出する計測用エンコーダと、前記電動モータの回転力が前記減速機を介して前記出力軸に伝達するときに生じる伝達誤差を測定する測定手段と、前記測定手段の測定結果を前記計測用エンコーダの検出角度に対応づけて記憶する伝達誤差記憶手段と、前記制御用エンコーダの出力を基に前記電動モータの回転速度と回転位置を制御するモータ制御手段とを備え、前記モータ制御手段は、前記計測用エンコーダの出力と前記伝達誤差記憶部に記憶された伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求め、前記制御目標値を基に前記電動モータの回転速度と回転位置を制御してなる構成とした。
【０００８】
（作用）電動モータに対する位置決め制御と速度制御を実行するに先立って、電動モータの回転力が減速機を介して出力軸に伝達するときに生じる伝達誤差を測定し、この測定結果を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の回転角度に対応づけて記憶し、電動モータに対する位置決め制御と速度制御を実行するときに、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力と伝達誤差とから制御用エンコーダの制御目標値（出力目標値）を求め、この制御目標値を基に電動モータに対する位置決め制御と速度制御を実行するようにしたため、減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じても、電動モータに対して、高精度な位置決め制御と速度制御及び制御性を実行することができる。
【０００９】
請求項２に係るモータ制御装置においては、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、前記電動モータの所定回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差を測定してなる構成とした。
【００１０】
（作用）減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じると、この伝達誤差は理論値と計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力との差として表わされるので、理論値と計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の実際の出力との差から伝達誤差を測定することができる。
【００１１】
請求項３に係るモータ制御装置においては、  請求項２に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、前記伝達誤差をフーリエ級数展開した関数で記憶してなる構成とした。
【００１２】
（作用）伝達誤差関数を周期関数としてみなすことで、伝達誤差をフーリエ級数展開した関数で記憶することができる。
【００１３】
請求項４に係るモータ制御装置においては、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記測定手段は、前記電動モータの正回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差として正回転時用伝達誤差を測定するとともに、前記電動モータの逆回転時における前記計測用エンコーダの出力に関する理論値と前記計測用エンコーダの実際の出力との差を基に前記伝達誤差として逆回転時用伝達誤差を測定し、前記モータ制御手段は、前記電動モータの回転速度と回転位置を制御するときに、前記電動モータの正回転時には、前記計測用エンコーダの出力と前記正回転用伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求め、前記電動モータの逆回転時には、前記計測用エンコーダの出力と前記逆回転用伝達誤差とから前記制御用エンコーダの制御目標値を求めてなる構成とした。
【００１４】
（作用）減速機にバックラッシュがあるときには、電動モータが正回転するときと、逆回転するときとでは、それぞれ異なる伝達誤差が生じるので、電動モータの正回転時における計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力と理論値との差を基に正回転時用伝達誤差を測定し、電動モータの逆回転時における計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力と理論値との差を基に逆回転時用伝達誤差を測定することで、バックラッシュと電動モータの回転方向を考慮した伝達誤差を求めることができる。そして、電動モータに対する位置決め制御と速度制御を実行するに際して、電動モータの正回転時には、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力と正回転用伝達誤差とから制御用エンコーダの制御目標値を求め、電動モータの逆回転時には、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力と逆回転用伝達誤差とから制御用エンコーダの制御目標値を求め、制御用エンコーダの出力が各制御目標値となるように電動モータに対する位置決め制御と速度制御を実行するようにしたため、減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じても、電動モータに対して、高精度な位置決め制御と速度制御及び制御性を実行することができる。
【００１５】
請求項５に係るモータ制御装置においては、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記制御用エンコーダは、インクリメンタルエンコーダで構成し、前記計測用エンコーダは、アブソリュートエンコーダで構成した。
【００１６】
（作用）計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）に、インクリメンタルエンコーダよりも信頼性及び制御性の高いアブソリュートエンコーダを用いることで、伝達誤差を含む出力軸の回転角度を高精度に検出することができる。また、制御用エンコーダに、アブソリュートエンコーダよりも応答時間の短い（応答速度の速い）インクリメンタルエンコーダを用いることで、電動モータに対する速度制御を効率よく行うことができる。また、制御用エンコーダに、アブソリュートエンコーダよりも比較的安価なインクリメンタルエンコーダを用いても、制御用エンコーダの出力を伝達誤差で補正しているので、電動モータに対する位置決め制御及び制御性を高精度に行うことができる。
【００１７】
請求項６に係るモータ制御装置においては、請求項１に記載のモータ制御装置において、前記負荷装置の出力軸と減速機構がすべり機構で連結されているときに、前記計測用エンコーダは、前記すべり機構のすべり量を計測してなる構成とした。
【００１８】
（作用）出力軸と電動モータがすべり機構を介して連結されているときには、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）ですべり機構のすべり量を計測し、この計測値を基にすべり量から定まる誤差関数を求め、この誤差関数と計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）の出力とから制御用エンコーダの制御目標値を設定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係るモータ制御装置によれば、減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じても、電動モータに対して、高精度な位置決め制御と速度制御及び制御性を実行することができる。
【００２０】
請求項２によれば、制御用エンコーダの出力と計測用エンコーダの出力との差から伝達誤差を測定することができる。
【００２１】
請求項３によれば、伝達誤差をフーリエ級数展開した関数で記憶することができる。
【００２２】
請求項４によれば、バックラッシュと電動モータの回転方向を考慮した伝達誤差を求めることができるとともに、減速機のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じても、電動モータに対して、高精度な位置決め制御と速度制御を実行することができる。
【００２３】
請求項５によれば、計測用エンコーダにアブソリュートエンコーダを用いることで、伝達誤差を含む出力軸の回転角度を高精度に検出することができ、制御用エンコーダにインクリメンタルエンコーダを用いることで、電動モータに対する速度制御と位置決め制御及び制御性を高精度に行うことができる。
【００２４】
請求項６によれば、すべり機構のすべり量を把握し、すべり量に従って制御用エンコーダの制御目標値を設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態を実施例に従って説明する。図１は、本発明の一実施例を示すモータ制御装置のブロック構成図、図２は、電動モータの正逆回転時におけるエンコーダ出力と伝達誤差との関係を示す特性図である。
【００２６】
これらの図において、モータ制御装置は、電動モータ１０を制御対象として、制御用エンコーダ１２と、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４と、制御部１６と、記憶部１８とを備えて構成されており、電動モータ１０の回転軸（図示せず）は、減速機２０に連結され、減速機２０の最終段のギア（図示せず）は、電動モータ１０の負荷装置、例えば、測量機の縦軸（竪軸）又は水平軸（横軸）となる出力軸２２に連結されている。
【００２７】
電動モータ１０は、制御部１６からの制御信号に応答して正逆回転し、回転に伴う駆動力（回転力）を減速機２０を介して出力軸２２に伝達するようになっている。減速機２０の減速比は、例えば、８００対１に設定されており、電動モータ１０が８００回転したときに、出力軸２２が１回転するようになっている。
【００２８】
制御用エンコーダ１２は、例えば、インクリメンタルエンコーダで構成され、電動モータ１０の回転角度（回転数）を検出し、検出出力を制御部１６に出力するようになっている。計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４は、例えば、インクリメンタルエンコーダよりも高信頼性のアブソリュートエンコーダで構成され、出力軸２２の回転角度（回転数）を検出し、検出出力を制御部１６に出力するようになっている。
【００２９】
制御部１６は、電動モータ１０に対する速度制御・位置決め制御を実行するに際して、制御用エンコーダ１２の検出出力を基に電動モータ１０の回転速度（回転数）と回転位置を制御するモータ制御手段として、例えば、マイクロコンピュータで構成されている。
【００３０】
また、制御部１６は、電動モータ１０の回転力が減速機２０を介して出力軸２２に伝達するときに、減速機２０のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じることを考慮し、電動モータ１０に対する位置決め制御や速度制御を実行するに先だって、イニシャル処理として、電動モータ１０の回転力が減速機２０を介して出力軸２２に伝達するときに生じる伝達誤差を測定し、測定結果を記憶部１８に記憶させる測定手段として構成されている。
【００３１】
この場合、制御部１６は、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力を基に伝達誤差を測定するようになっている。例えば、制御部１６は、電動モータ１０の正回転時における計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力に関する理論値とを基に伝達誤差として正回転時用伝達誤差を測定するとともに、電動モータ１０の逆回転時における計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と理論値とを基に伝達誤差として逆回転時用伝達誤差を測定し、各測定結果を記憶部１８に記憶させるようになっている。記憶部１８は、制御部１６の各測定結果を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の検出角度（電動モータ１０の回転角度）に対応づけて記憶する伝達誤差記憶手段として構成されている。そして、制御部１６は、電動モータ１０の回転速度と回転位置を制御するに際して、電動モータ１０の正回転時には、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と正回転用伝達誤差とから制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を求め、電動モータ１０の逆回転時には、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と逆回転用伝達誤差とから制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を求め、制御用エンコーダ１２の出力が各制御目標値となるように電動モータ１０を回転させるようになっている。
【００３２】
制御部１６において、電動モータ１０の回転力が減速機２０を介して出力軸２２に伝達される過程で生じる伝達誤差を測定するに際しては、例えば、少なくも出力軸２２を１回転させ、減速機２０の減速比が８００対１のときには、電動モータ１０を８００回転させ、出力軸２２と電動モータ１０が回転しているときに、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の検出出力を取り込み、この検出出力を基に伝達誤差を求め、この伝達誤差から伝達誤差関数を求めることとしている。
【００３３】
具体的には、電動モータ１０の正回転又は逆回転に伴ってモータ出力軸をｎ回（ｎは整数）回転させた後に、さらにθｃ（０≦θｃ＜２π）だけ回転させて位置決めすると、制御用エンコーダ１２の出力から、ｎおよびθｃが得られる。ここで、伝達誤差等の影響を無視して、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力θ’Ｍを理論値とすると、
【００３４】
【数１】
2006271115.tif 000003
となる。
【００３５】
電動モータ１０が所定角度回転して位置決めされたときに、出力軸２２の角度を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４で計測し、この計測値を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の実際の出力θＭとし、伝達誤差をＥ（θＭ）とすると、以下の関係を得る。
【００３６】
【数２】
2006271115.tif 000004
伝達誤差関数Ｅ（θＭ）を周期関数とみなせば、フーリエ級数展開により、
【００３７】
【数３】
2006271115.tif 000005
とおける。
【００３８】
ここで、伝達誤差関数Ｅ（θＭ）を事前に測定し、フーリエ級数展開した後、Ａ０、Ａｉ、αｉをそれぞれ記憶しておくと、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力をθＭとするのに必要な制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を次式から求めることができる。
【００３９】
【数４】
2006271115.tif 000006
すなわち、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力（計測値）θＭと伝達誤差とから、θｃおよびｎが求まり、伝達誤差を加味した制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を得ることができる。
【００４０】
また、減速機２０のバックラッシュを加味すれば、正回転および逆回転でそれぞれ１つずつ伝達誤差関数を持つことになり、正回転および逆回転における制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を次式から求めることができる。
【００４１】
【数５】
2006271115.tif 000007
電動モータ１０を８００回転させ、出力軸２２を１回転させたときの伝達誤差ｒ（θ）、ｌ（θ）は、図２に示すような特性となる。これらの特性は、電動モータ１０を正逆回転させたときに、減速機２０と出力軸２２との間にバックラッシュがあるときには、正回転時の伝達誤差ｒ（θ）と逆回転時の伝達誤差ｌ（θ）との間には、バックラッシュに伴う差があることを示している。
【００４２】
制御用エンコーダ１２の任意の回転角度における伝達誤差が求められたときには、電動モータ１０の正逆回転時における伝達誤差を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の回転角度に対応づけて記憶部１８に記憶し、イニシャル処理を終了する。
【００４３】
次に、イニシャル処理が終了したことを条件に、電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行するに際して、制御部１６は、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と伝達誤差とから制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を求め、この制御目標値を基に電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行する。この場合、減速機２０のバックラッシュ等に起因する伝達誤差があっても、制御用エンコーダ１２の出力として正確な値が得られるため、制御用エンコーダ１２の検出出力を基に電動モータ１０の回転速度と回転位置をフィードバック制御することで、電動モータ１０に対して高精度な位置決め制御と速度制御を実行することができる。この結果、電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行するときに、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力をフィードバック制御に用いる必要性を低減することができる。
【００４４】
本実施例によれば、電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行するに先立って、電動モータ１０の回転力が減速機２０を介して出力軸２２に伝達するときに生じる伝達誤差を測定し、この測定結果を計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の回転角度に対応づけて記憶部１８に記憶し、電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行するときに、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力と伝達誤差とから制御用エンコーダ１２の制御目標値（出力目標値）を求め、制御用エンコーダ１２の出力が制御目標値となるように電動モータ１０に対する位置決め制御と速度制御を実行するようにしたため、減速機２０のバックラッシュ等に起因する伝達誤差が生じても、電動モータ１０に対して、高精度な位置決め制御と速度制御を実行することができる。
【００４５】
また、本実施例によれば、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４として、インクリメンタルエンコーダよりも高信頼性のアブソリュートエンコーダを用いることで、伝達誤差を含む出力軸２２の回転角度を高精度に検出することができる。さらに、本実施例によれば、制御用エンコーダ１２として、アブソリュートエンコーダよりも応答時間の短い（応答速度の速い）インクリメンタルエンコーダを用いることで、電動モータ１０に対する速度制御を高精度に行うことができるとともに、制御用エンコーダ１２として、アブソリュートエンコーダよりも精度の低いインクリメンタルエンコーダを用いても、制御用エンコーダ１２の出力を伝達誤差で補正しているので、電動モータ１０に対する位置決め制御を高精度に行うことができる。
【００４６】
また、出力軸２２を手動で動かす必要があるために、出力軸２２と電動モータ１０とがすべり機構としてのウォームホイールを介して連結されているときには、計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４ですべり機構のすべり量を計測し、この計測値を基にすべり量から定まる誤差関数を求め、この誤差関数と計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）１４の出力とから制御用エンコーダ１２の制御目標値を設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例を示すモータ制御装置のブロック構成図である。
【図２】電動モータの正逆回転時におけるエンコーダ出力と伝達誤差との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  電動モータ
１２  制御用エンコーダ
１４  計測用エンコーダ（測量用エンコーダ）
１６  制御部
１８  記憶部
２０  減速機
２２  出力軸
【図１】
2006271115.tif 000008
【図２】
2006271115.tif 000009