(57)【要約】      （修正有）【課題】  少ないメモリ容量と簡単な式で、ｎサンプリング先の状態量をトルク指令と位置検出値から推定でき、制御性能が向上したサーボ制御装置とサーボ制御方法を提供する。    【解決手段】  位置制御器と、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、ｎサンプリング先推定器を備え、前記ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするサーボ制御装置。2006331013.tif 000028【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令と制御対象に付加された検出器が生成する検出値から速度指令を生成する位置制御器と、前記速度指令と速度検出値からトルク指令ｔｒｅｆを生成する速度制御器と、前記トルク指令から電流Ｉを生成して前記制御対象を駆動する電流制御器と、前記検出値と前記トルク指令から前記制御対象の状態量を推定するｎサンプリング推定器からなるサーボ制御装置のサーボ制御方法において、
前記トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した今回すなわちｋ番目の入力ｕｒｅｆ（ｋ）と今回の位置検出値ｘ（ｋ）を入力し、
以下の式のｎを１とした時の式により、１サンプリング先すなわちｋ＋１番目の位置推定値ｘｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋１）を推定し、
再度以下の式により任意のｎに対して、
ｎ個先すなわちｋ＋ｎ番目の位置推定値ｘｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）を推定し、
推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用する
という手順で処理することを特徴とするサーボ制御装置の制御方法。
【数１】
2006331013.tif 000023
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２およびＬ３：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
【請求項２】
少なくとも、速度指令と制御対象に付加された検出器が生成する検出値からトルク指令ｔｒｅｆを生成する速度制御器と、前記トルク指令から電流Ｉを生成して前記制御対象を駆動する電流制御器と、前記検出値と前記トルク指令から前記制御対象の状態量を推定するｎサンプリング推定器からなるサーボ制御装置のサーボ制御方法において、
前記トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した今回すなわちｋ番目の入力ｕｒｅｆ（ｋ）と今回の速度検出値ｖ（ｋ）を入力し、
以下の式のｎを１とした時の式により、１サンプリング先すなわちｋ＋１番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋１）を推定し、
再度以下の式により任意のｎに対して、ｎ個先すなわちｋ＋ｎ番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）を推定し、
推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用する
という手順で処理することを特徴とするサーボ制御装置の制御方法。
【数２】
2006331013.tif 000024
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
【請求項３】
前記入力ｕｒｅｆ（ｋ）は、電流値Ｉ（ｋ）にトルク乗数Ｋｔを乗じイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した信号を用いることを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置の制御方法。
【請求項４】
前記速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）を速度フィードバック値とすることを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置の制御方法。
【請求項５】
前記外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）にゲインを乗じ、フィルタ処理をし、トルク指令ｔｒ（ｋ）に加算することを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置の制御方法。
【請求項６】
前記推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用する処理では、複数のｎ個先の推定値をそれぞれ計算で求め、それらに合計が１となるような重みをそれぞれ乗じ、それら全ての和をとったものを使用することを特徴とする請求項１または２記載のサーボ制御装置の制御方法。
【請求項７】
位置制御器と、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、
ｎサンプリング先推定器を備え、
前記ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするサーボ制御装置。
【数３】
2006331013.tif 000025
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２およびＬ３：オブザーバゲイン、！：階乗の演算、ｘ（ｋ）：位置検出値、ｘｈ（ｋ）：ｋ番目の位置、ｖｈ（ｋ）：ｋ番目の速度、ｄｈ（ｋ）：ｋ番目の外乱推定値、ｘｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の位置、ｖｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の速度、ｄｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の外乱推定値、ｕｒｅｆ（ｋ）：トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した値を表す。
【請求項８】
位置制御器と、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、
ｎサンプリング先推定器を備え、
ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするサーボ制御装置。
【数４】
2006331013.tif 000026
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算、ｖ（ｋ）：速度検出値、、ｖｈ（ｋ）：ｋ番目の速度、ｄｈ（ｋ）：ｋ番目の外乱推定値、ｖｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の速度、ｄｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の外乱推定値、ｕｒｅｆ（ｋ）：トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した値を表す。
【請求項９】
速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、
ｎサンプリング先推定器を備え、
ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするサーボ制御装置。
【数５】
2006331013.tif 000027
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算、ｖ（ｋ）：速度検出値、、ｖｈ（ｋ）：ｋ番目の速度、ｄｈ（ｋ）：ｋ番目の外乱推定値、ｖｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の速度、ｄｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の外乱推定値、ｕｒｅｆ（ｋ）：トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した値を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御系の遅れを改善することで制御特性を向上できるサーボ制御装置と制御方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボ制御方法は、予測器によりｎ個先の状態量を予測することで遅れを改善している（例えば、特許文献１参照）。
図９は従来のモータ速度制御装置のブロック図である。図１０は図９に示す観測器のブロック図である。図１１は図９に示す予測器のブロック図である。図９において、８６は速度指令と速度フィードバック信号ｖｆｂを入力して、トルク指令ｕを出力する制御演算器である。８７は、トルク制御器、モータおよび位置検出器を含み、現在時刻ｉにおいて、トルク指令ｕ（ｉ）を入力して、Ｋ・Ｔｓ（Ｋ≧０、Ｔｓ：サンプリング周期）前のモータ位置検出値ｙ（ｉ−Ｋ）を出力する。８２は、ｖ（ｉ−Ｋ）＝Δｙ（ｉ−Ｋ）／  Ｔｓ（Δはサンプリング周期Ｔｓ間の増分値を表わす）等の演算により、位置ｙ（ｉ−Ｋ）から速度ｖ（ｉ−Ｋ）を算出する演算器である。８５は観測器であり、トルク指令ｕ、速度ｖ、モータおよび外乱の動特性モデルより速度推定値ｖ＾を求め、予測器８１およびメモリ８３へ出力する。８１はモータの動特性モデル、トルク指令ｕ、および速度推定値ｖ＾より、Ｍサンプリング先までの速度予測値ｖ＾＊（ｉ＋ｍ）ｍ＝−Ｋ＋１，…，Ｍを求める予測器である。８３は、Ｍ’サンプリング前から時刻ｉ−Ｋまでの速度推定値ｖ＾（ｉ−ｍ）ｍ＝Ｋ，…，Ｍ’を記憶するメモリである。８４は、演算器であり、
【０００３】
【数１】
2006331013.tif 000002
【０００４】
なる計算により、速度フィードバック信号ｖｆｂ（ｉ）を求め、制御演算器８６へ出力する。重みＷｍとＷ’ｍは全体で１となるように設定する。ＭとＭ’は、Ｍ≧Ｍ’とすることにより位相遅れのない速度フィードバック信号ｖｆｂ（ｉ）が得られる。
【０００５】
次に観測器８５の具体的動作について説明する。いま、状態変数ｘ、制御入力ｕ、制御出力ｙとした場合に、状態方程式および出力方程式
【０００６】
【数２】
2006331013.tif 000003
【０００７】
が得られている安定な制御システムがあるとすると、観測できない状態変数ｘは、
【０００８】
【数３】
2006331013.tif 000004
【０００９】
の制御システムを構成し、行列Ａ−ＫＣを安定行列とすることにより、ｘ＾  として求められることが広く知られている。そこで、速度ｖ、外乱トルクｕｄを状態変数、トルク指令ｕを制御入力とし、トルク指令から速度までの伝達関数モデルを１／Ｊｓ、外乱モデルを一定外乱とすると、（２ａ）式より
【００１０】
【数４】
2006331013.tif 000005
【００１１】
の状態方程式が得られ、制御出力を速度ｖとすることにより、速度推定値ｖ＾、外乱推定ｕ＾  ｄは、（３）式より
【００１２】
【数５】
2006331013.tif 000006
【００１３】
の制御システムを構成し、
【００１４】
【数６】
2006331013.tif 000007
【００１５】
が安定行列となるようにｋ１、ｋ２を決定することによって求めることができる。安定行列は、行列式
【００１６】
【数７】
2006331013.tif 000008
【００１７】
が成立することである。例えば、（６）式が、重根ηとなるようにｋ１、ｋ２を決定すると、ｋ１＝２η、ｋ２＝η２となり、ηの値を大きくすることにより、速やかに速度推定値ｖ＾および外乱推定値ｕ＾ｄを求めることができる。図１０は観測器５による（５）式の制御システムの一例を示す。図１０の構成から、速度推定値ｖ＾は、速度ｖをｋ１とｋ２で決まる特性のフィルタリングする特徴があるため、位置検出器の分解能が低く、量子化等で演算器８２による速度ｖの精度が悪い場合でも、滑らかな速度を求めることができるという特徴を持つ。
【００１８】
次に予測器８１の具体的動作を図１１により示す。図１１において、８１は予測器、９２は予測係数Ａｍｎ、Ｂｍｎを記憶するメモリ、９３，９４は、現在に至るまでの過去のトルク指令ｕおよび速度推定値ｖ＾を記憶するメモリである。９１は演算器であり、
【００１９】
【数８】
2006331013.tif 000009
【００２０】
なる演算により速度予測値ｖ＾＊（ｉ＋ｍ）を算出し出力する。ここで、予測係数Ａｍｎ、Ｂｍｎについて述べる。いまトルク指令ｕから速度推定値ｖ＾までの伝達関数モデルが、
【００２１】
【数９】
2006331013.tif 000010
【００２２】
の離散時間系で得られているとすると、その入出力モデルは次式となる。
【００２３】
【数１０】
2006331013.tif 000011
【００２４】
時刻ｉにおいては、時刻ｉ−Ｋまでの速度推定値ｖ＾（ｉ−ｎ）（ｎ≧Ｋ）が得られているため、それ以降の速度推定値を、
【００２５】
【数１１】
2006331013.tif 000012
【００２６】
で予測すると、速度予測値ｖ＾＊（ｉ＋ｍ）は（７）式となり、予測係数Ａｍｎ、Ｂｍｎは、未来のトルク指令をｕ（ｊ）＝０（ｊ＞ｉ）とすると、
【００２７】
【数１２】
2006331013.tif 000013
2006331013.tif 000014
【００２８】
で与えられる。また、ｕ（ｊ）＝ｕ（ｉ）    （ｊ＞ｉ）とすると、（１１ｂ）式のＢｍｏは次式となる。
【００２９】
【数１３】
2006331013.tif 000015
【００３０】
このように、従来のサーボ制御装置では、観測器により速度推定値を算出し、予測器により速度予測値を算出し、メモリに格納したＭ’個過去の速度推定値とメモリに格納したＭ個先の速度予測値から速度フィードバック値を計算し、制御演算器で使用する、という手順がとられていた。
【特許文献１】特開２００２−３５４８６１号公報（第５−７頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
従来のサーボ制御方法では、観測器により速度推定値を算出し、予測器により速度予測値を算出し、メモリに格納したＭ’個過去の速度推定値とメモリに格納したＭ個先の速度予測値から速度フィードバック値を計算し、制御演算器で使用するという手順をとっているので、複雑かつ膨大な量の計算を必要とするため、演算時間が長くかかるという問題があった。またメモリに少なくともＭ＋Ｍ’個の変数を常時格納しておく必要があるため、膨大なメモリ領域が必要であるという問題があった。結果として、演算処理速度の遅いＣＰＵや少ないメモリ領域から構成される安価なコントローラでは、従来の方式を実現できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、少ないメモリ容量と簡単な式で、トルク指令と位置検出値からｎサンプリング先の状態量を推定し、速度検出の遅れを低減でき速度制御器の応答を速くすることができ、外乱に対しても制御系で遅れなく補償でき、かつ、サンプリング周期の整数倍だけでなく、その間の時間だけ位相を進めた状態量推定値を使用したサーボ制御装置と制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、位置指令と制御対象に付加された検出器が生成する検出値から速度指令を生成する位置制御器と、前記速度指令と速度検出値からトルク指令ｔｒｅｆを生成する速度制御器と、前記トルク指令から電流Ｉを生成して前記制御対象を駆動する電流制御器と、前記検出値と前記トルク指令から前記制御対象の状態量を推定するｎサンプリング推定器からなるサーボ制御装置のサーボ制御方法において、トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した今回すなわちｋ番目の入力ｕｒｅｆ（ｋ）と今回の位置検出値ｘ（ｋ）を入力し、以下の式のｎを１とした時の式により、１サンプリング先すなわちｋ＋１番目の位置推定値ｘｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋１）を推定し、以下の式により任意のｎに対して、ｎ個先すなわちｋ＋ｎ番目の位置推定値ｘｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）を推定し、推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用するという手順で処理することを特徴とするものである。
【００３３】
【数１４】
2006331013.tif 000016
【００３４】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２およびＬ３：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
また、請求項２に記載の発明は、少なくとも、速度指令と制御対象に付加された検出器が生成する検出値からトルク指令ｔｒｅｆを生成する速度制御器と、前記トルク指令から電流Ｉを生成して前記制御対象を駆動する電流制御器と、前記検出値と前記トルク指令から前記制御対象の状態量を推定するｎサンプリング推定器からなるサーボ制御装置のサーボ制御方法において、トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した今回すなわちｋ番目の入力ｕｒｅｆ（ｋ）と今回の速度検出値ｖ（ｋ）を入力し、以下の式のｎを１とした時の式により、１サンプリング先すなわちｋ＋１番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋１）およびｋ＋１番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋１）を推定し、再度以下の式により任意のｎに対して、ｎ個先すなわちｋ＋ｎ番目の速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）およびｋ＋ｎ番目の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）を推定し、推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用するという手順で処理することを特徴とするものである。
【００３５】
【数１５】
2006331013.tif 000017
【００３６】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のサーボ制御方法において、前記入力ｕｒｅｆ（ｋ）は、電流値Ｉ（ｋ）にトルク乗数Ｋｔを乗じイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した信号を用いることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のサーボ制御方法において、前記速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）を速度フィードバック値とすることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項２記載のサーボ制御方法において、前記外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）にゲインを乗じ、フィルタ処理をし、トルク指令ｔｒ（ｋ）に加算することを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１または２記載のサーボ制御方法において、前記推定したｎ個先の状態量を制御演算で使用する処理では、複数のｎ個先の推定値をそれぞれ計算で求め、それらに合計が１となるような重みをそれぞれ乗じ、それら全ての和をとったものを使用することを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、位置制御器と、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、ｎサンプリング先推定器を備え、前記ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするものである。
【００３７】
【数１６】
2006331013.tif 000018
【００３８】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２およびＬ３：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
また、請求項８に記載の発明は、位置制御器と、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、ｎサンプリング先推定器を備え、ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするものである。
【００３９】
【数１７】
2006331013.tif 000019
【００４０】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算を表す。
また請求項９に記載の発明は、速度制御器と、電流制御器とを有し、指令と制御対象に付加された検出器が出力する検出値から制御対象を指令どおりに動作させるために制御演算を行い電流Ｉを生成するサーボ制御装置において、ｎサンプリング先推定器を備え、ｎサンプリング先推定器は、以下の式の演算を行うことを特徴とするものである。
【００４１】
【数１８】
2006331013.tif 000020
【００４２】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２：オブザーバゲイン、！：階乗の演算、ｖ（ｋ）：速度検出値、ｖｈ（ｋ）：ｋ番目の速度、ｄｈ（ｋ）：ｋ番目の外乱推定値、ｖｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の速度、ｄｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の外乱推定値、ｕｒｅｆ（ｋ）：トルク指令ｔｒｅｆをイナーシャノミナル値Ｊｎで除算した値を表す。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１および請求項７に記載の発明によると、簡単な計算で使用するメモリ容量も少なくｎ個先の状態量を推定でき、ｎ個先の推定値を制御で使用することで、遅れによる制御性能の悪化を改善することができる。
また、請求項２および請求項８に記載の発明によると、さらに少ない演算量でｎ個先の状態量を推定でき、ｎ個先の推定値を制御で使用することで、遅れによる制御性能の悪化を改善することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、トルク指令値の替わりに電流値を用いることで、さらに精度良くｎ個先の状態量を推定でき、ｎ個先の推定値を制御で使用することで、遅れによる制御性能の悪化を改善することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、ｎ個先の速度推定値を速度フィードバック値として使用することで、速度検出の遅れを改善でき速度制御器の応答を速くすることができ遅れによる制御性能の悪化を改善することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、ｎ個先の外乱推定値を計算できることで、外乱に対して遅れなく制御系で補償でき、結果として性能の良い制御を実現することができる。
また、請求項６に記載の発明によると、サンプリング周期の整数倍だけでなく、その間の時間だけ位相を進めた状態量推定値を求めることができるため、さらに厳密に遅れを補償でき、結果として性能の良い制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４５】
図１は、本発明の方法を実施するサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において１は制御対象を表し、例えば電動機と負荷機械から構成される。２は検出器を表し電動機の位置を検出する。１００はサーボ制御装置全体を表す。
【００４６】
次にサーボ制御装置内部の構成を説明する。
３は位置制御器を表し、今回すなわちｋ番目の位置指令ｒｅｆ（ｋ）と今回の位置検出値ｘ（ｋ）が一致するように制御を行い速度指令ｖｒ（ｋ）を出力する。４は速度制御器を表し速度指令値ｖｒ（ｋ）と速度フィードバック値を入力しトルク指令値ｔｒｅｆ（ｋ）を出力する。５の電流制御器はトルク指令値ｔｒｅｆ（ｋ）を入力し電動機がトルク指令値通りのトルクを発生するように制御をし電流値Ｉ（ｋ）を生成する。通常、位置制御器では比例制御を行い、速度制御器内部および電流制御器内部では比例積分制御を行う。７はｎサンプリング先推定器を表し、トルク指令値ｔｒｅｆ（ｋ）と位置検出値ｘ（ｋ）をもとにｎ個先の状態量を推定する。
【００４７】
本実施例では推定された状態量のうち速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）を速度フィードバック値として使用することで、速度制御器の応答を改善できる。
ｎサンプリング先推定器内部の処理としては、以下の式（１２）を演算するのみである。
【００４８】
【数１９】
2006331013.tif 000021
【００４９】
ここで、Ｔｓ：制御サンプリング周期、Ｌ１およびＬ２およびＬ３：オブザーバゲイン、！：階乗の演算、ｘｈ（ｋ）：ｋ番目の位置、ｖｈ（ｋ）：ｋ番目の速度、ｄｈ（ｋ）：ｋ番目の外乱推定値、ｘｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の位置、ｖｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の速度、ｄｈ（ｋ＋ｎ）：ｋ＋ｎ番目の外乱推定値を表す。
また、オブザーバゲインＬ１からＬ３はオブザーバの極が所望の位置にくるように適当に設定すればよい。例えばｎ＝１とした際の極が２００Ｈｚの３重根になるよう計算すればよい。
また、ｕｒｅｆ（ｋ）はイナーシャノミナル値Ｊｎを用いて式（１３）により求めればよい。
ｕｒｅｆ（ｋ）  ＝  ｔｒｅｆ（ｋ）／Ｊｎ                ・・・（１３）
実際計算を行う場合は、まず式（１２）を用い、ｎ＝１としてｋ＋１番目の状態量を算出する。これは次回の計算でｘｈ（ｋ）、ｖｈ（ｋ）、ｄｈ（ｋ）として使用する。そして次にｎ回目（例えばｎ＝３とすれば３個先の）推定値を計算で求めればよい。
【００５０】
そして計算された速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）を速度フィードバック値として使用するだけで、速度検出の遅れや演算遅れや通信遅れなどの遅れによる悪影響を改善でき速度制御器のゲインを上げることができ良好な制御が実現できるのである。
【００５１】
また、一つのｎのみを用いるのではなく、複数のｎ個先の推定値をそれぞれ計算で求め、それらに合計が１となるような重みをそれぞれ乗じ、それら全ての和をとった状態量を用いることで、サンプリング周期の整数倍だけでなく、その間の時間だけ位相を進めた状態量推定値を求めることができるため、さらに厳密に遅れを補償でき、結果として性能の良い制御を実現することができる。例えば速度推定値をサンプリング周期の１．５個進めたい場合は、式（１４）に示すようにｎ＝１とｎ＝２の推定値にそれぞれ０．５の重みを乗じて加えればよい。
ｖｈ（ｋ＋１．５）＝０．５・ｖｈ（ｋ＋１）＋０．５・ｖｈ（ｋ＋２）  ・・・（１４）
【実施例２】
【００５２】
図２は第２の実施例を示すブロック図である。実施例１との違いは７のｎサンプリング先推定器の入力がｔｒｅｆ（ｋ）の替わりにＩ（ｋ）になっているところだけである。
この場合ｕｒｅｆ（ｋ）としては、電流とトルクを変換するトルク定数Ｋｔを用いて式（１５）のように計算すればよい。
ｕｒｅｆ（ｋ）  ＝  Ｉ（ｋ）・Ｋｔ／Ｊｎ  ・・・（１５）
【実施例３】
【００５３】
図３は第３の実施例を示すブロック図である。実施例１との違いは７のｎサンプリング先推定器で推定したｎ個先の速度推定値を速度制御で使用するのではなく、ｎ個先の外乱推定値ｄｈ（ｋ＋ｎ）を制御で用いる点である。具体的には図８に示すように、８のゲイン・フィルタ処理器内部でｄｈ（ｋ＋ｎ）にゲインＧを乗じ、例えば１次ローパスフィルタ処理を施した信号ｔｃ（ｋ）と速度制御器４の出力ｔｒ（ｋ）を加算しトルク指令値ｔｒｅｆ（ｋ）とすればよい。ここで、フィルタとしてはどのようなものでも良く、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いても良い。またゲインＧは正負両方の値を用いることができる。
【実施例４】
【００５４】
図４は第４の実施例を示すブロック図である。実施例３との違いは、ｎサンプリング先推定器の入力がｔｒｅｆ（ｋ）の替わりにＩ（ｋ）になっているところだけである。したがって、式（１５）を用いれば後は実施例３と全く同様の処理で実現できる。
【実施例５】
【００５５】
図５は第５の実施例を示すブロック図である。実施例１との違いは、ｎサンプリング先推定器の入力がｘ（ｋ）ではなく速度検出値ｖ（ｋ）であることである。この場合、ｎ個先の状態量を計算する式も、式（１２）ではなく式（１６）を用いて計算する。
【００５６】
【数２０】
2006331013.tif 000022
【００５７】
ここで、速度検出値ｖ（ｋ）を位置検出値ｘ（ｋ）を用いて計算で求めても良く、その場合は式（１７）のように差分を用いて計算すればよい。
ｖ（ｋ）＝｛ｘ（ｋ）−ｘ（ｋ−１）｝／Ｔｓ  ・・・（１７）
そして、ｎ個先の速度推定値ｖｈ（ｋ＋ｎ）が求まったら、実施例１同様速度フィードバック値として速度制御器で使用すればよい。
【実施例６】
【００５８】
図６は第６の実施例を示すブロック図である。実施例５との違いは、ｎサンプリング先推定器の入力がｔｒｅｆ（ｋ）の替わりにＩ（ｋ）になっているところだけである。したがって、式（１５）を用いれば後は実施例５と全く同様の処理で実現できる。
【実施例７】
【００５９】
図７は第７の実施例を示すブロック図である。本実施例は、実施例４の構成でｎサンプリング先推定器の入力がｘ（ｋ）ではなく速度検出値ｖ（ｋ）であることである。よって式（１６）を用いて計算する。本実施例は実施例４と実施例５を組み合わせたものであるため詳しい説明は省略する。
【実施例８】
【００６０】
図８は第８の実施例を示すブロック図である。実施例７との違いは、ｎサンプリング先推定器の入力がｔｒｅｆ（ｋ）の替わりにＩ（ｋ）になっているところだけである。したがって、式（１５）および式（１６）を用いれば後は実施例７と全く同様の処理で実現できる。
【００６１】
このように様々な構成で本方式を用いることが可能である。
また、本実施例では位置制御を行う際の構成を説明したが、当然速度制御の場合も全く同様の処理で効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
簡単な計算でｎ個先の状態量を推定できるため、複数軸のコントローラを通信で行う場合など、各軸の遅れに応じてｎを調整してやることで、どの軸も最適な制御が実現できるため、ロボットや工作機、半導体製造装置など多軸の位置、速度、軌跡などのサーボ制御の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の方法を適用するサーボ制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施例の構成を説明するブロック図
【図３】本発明の第３の実施例の構成を説明するブロック図
【図４】本発明の第４の実施例の構成を説明するブロック図
【図５】本発明の第５の実施例の構成を説明するブロック図
【図６】本発明の第６の実施例の構成を説明するブロック図
【図７】本発明の第７の実施例の構成を説明するブロック図
【図８】本発明の第８の実施例の構成を説明するブロック図
【図９】従来のサーボ制御装置の構成を示すブロック図
【図１０】従来のサーボ制御方法観測器内部の処理を示すブロック図
【図１１】従来のサーボ制御方法の予測器内部の処理を示すブロック図
【符号の説明】
【００６４】
１  制御対象
２  検出器
３  位置制御器
４  速度制御器
５  電流制御器
６  微分器
７  ｎサンプリング先推定器
８  ゲイン・フィルタ処理器
８１  予測器
８２  演算器
８３  メモリ
８４  演算器
８５  観測器
８６  制御演算器
８７  モータ
１００  サーボ制御装置
１１１  演算器
１１２  メモリ
１１３  メモリ
１１４  メモリ
【図１】
2006331013.tif 000029
【図２】
2006331013.tif 000030
【図３】
2006331013.tif 000031
【図４】
2006331013.tif 000032
【図５】
2006331013.tif 000033
【図６】
2006331013.tif 000034
【図７】
2006331013.tif 000035
【図８】
2006331013.tif 000036
【図９】
2006331013.tif 000037
【図１０】
2006331013.tif 000038
【図１１】
2006331013.tif 000039