(57)【要約】【課題】一般にサーボモータの位置制御器に比例または比例積分制御および速度制御器に比例積分または積分比例制御を使用した場合でも位置指令が加速度一定時および躍度一定時に定常偏差が生じないようにする。【解決手段】位置指令を１階微分したフィードフォーワード信号と位置指令を２階微分したフィードフォーワード信号の和を出力するフィードフォーワード制御器１０３と、回転位置検出器から出力された回転位置信号を１階微分した速度フィードバック信号と回転位置信号を２階微分して得られた加速度フィードバック信号の和を出力するフィードバック制御器１０４と、位置指令と回転位置の追従偏差を入力し速度指令を出力する位置制御器と、フィードフォーワード制御器の出力とフィードバック制御器の出力と速度指令を入力しトルク指令を出力する速度制御器１０２とを備える。【選択図】図１
2006121876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータの回転位置とサーボモータの目標位置指令の追従偏差と前記位置指令と前記回転位置を入力し、トルク指令を出力するサーボモータ制御装置において、
前記位置指令を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードフォーワード制御器と、
前記回転位置を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードバック制御器と、
前記位置指令と前記回転位置の追従偏差を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記複数のフィードフォーワード制御器の出力と前記複数のフィードバック制御器の出力と前記速度指令を入力しトルク指令を出力する速度制御器とを有することを特徴とするサーボモータ制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォーワード制御器を３つ有し、前記フィードバック制御器を３つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を積分制御器に入力し、第２のフィード−フォーワード制御器の出力と前記積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例制御器に入力し、第３のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例制御器の出力の和から第３のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力することを特徴とする請求項１記載のサーボモータ制御装置。
【請求項３】
前記位置制御器が比例積分制御器であることを特徴とする請求項２記載のサーボモータ制御装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零としたことを特徴とする請求項３記載のサーボモータ制御装置。
【請求項５】
前記位置制御器が比例制御器であることを特徴とする請求項２記載のサーボモータ制御装置。
【請求項６】
前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零としたことを特徴とする請求項５記載のサーボモータ制御装置。
【請求項７】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(1)と(2)の関係を満たすことを特徴とする請求項３記載のサーボモータ制御装置。
【数１】
2006121876.tif 000045
【請求項８】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(3)と(4)の関係を満たすことを特徴とする請求項４記載のサーボモータ制御装置。
【数２】
2006121876.tif 000046
【請求項９】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(5)、(6)および(7)の関係を満たすことを特徴とする請求項５記載のサーボモータ制御装置。
【数３】
2006121876.tif 000047
【請求項１０】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(8)、(9)および(10)の関係を満たすことを特徴とする請求項６記載のサーボモータ制御装置。
【数４】
2006121876.tif 000048
【請求項１１】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(1)および(2)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項７記載のサーボモータ制御装置。
【数５】
2006121876.tif 000049
【請求項１２】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、g1、h1、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(3)および(4)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項８記載のサーボモータ制御装置。
【数６】
2006121876.tif 000050
【請求項１３】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(5)、(6)および(7)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項９記載のサーボモータ制御装置。
【数７】
2006121876.tif 000051
【請求項１４】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインe2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(8)、(9)および(10)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項１０記載のサーボモータ制御装置。
【数８】
2006121876.tif 000052
【請求項１５】
前記フィードフォーワード制御器を２つ有し、前記フィードバック制御器を２つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例積分制御器に入力し、第２のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力することを特徴とする請求項１記載のサーボモータ制御装置。
【請求項１６】
前記位置制御器が比例積分制御器であることを特徴とする請求項１５記載のサーボモータ制御装置。
【請求項１７】
前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零としたことを特徴とする請求項１６記載のサーボモータ制御装置。
【請求項１８】
前記位置制御器が比例制御器であることを特徴とする請求項１５記載のサーボモータ制御装置。
【請求項１９】
前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零としたことを特徴とする請求項１８記載のサーボモータ制御装置。
【請求項２０】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(11)および(12)の関係を満たすことを特徴とする請求項１６記載のサーボモータ制御装置。
【数９】
2006121876.tif 000053
【請求項２１】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(13)および(14)の関係を満たすことを特徴とする請求項１７記載のサーボモータ制御装置。
【数１０】
2006121876.tif 000054
【請求項２２】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(15)、(16)および(17)の関係を満たすことを特徴とする請求項１８記載のサーボモータ制御装置。
【数１１】
2006121876.tif 000055
【請求項２３】
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(18)、(19)および(20)の関係を満たすことを特徴とする請求項１９記載のサーボモータ制御装置。
【数１２】
2006121876.tif 000056
【請求項２４】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(11)および(12)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項２０記載のサーボモータ制御装置。
【数１３】
2006121876.tif 000057
【請求項２５】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、f1、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(13)および(14)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項２１記載のサーボモータ制御装置。
【数１４】
2006121876.tif 000058
【請求項２６】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(15)、(16)および(17)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項２２記載のサーボモータ制御装置。
【数１５】
2006121876.tif 000059
【請求項２７】
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、乱数を前記制御ゲインd2、 Kp、Kv、 Ti に代入し、(18)、(19)および(20)を満たす制御ゲインを決定することを特徴とする請求項２３記載のサーボモータ制御装置。
【数１６】
2006121876.tif 000060
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップマウンタ等の駆動用サーボモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボモータ制御系は図８に示されるようにフィードバックループを２つ有し、従来のサーボモータ制御装置は図６および図７に示されるように位置制御器に比例または比例積分制御器、速度制御器に比例積分制御器または積分比例制御器を有する構成になっている。（非特許文献１、非特許文献２）
【０００３】
図８中、８０１は位置指令発生器であり、８０２はサーボモータ制御装置であり、８０３はトルク制御器であり、８０４はサーボモータと負荷であり、８０５は回転位置検出器である。
【０００４】
図８中、位置指令発生器８０１は位置指令r を出力する。
サーボモータ制御装置８０２は前記位置指令r から回転位置y を減算することにより得られた追従偏差と前記回転位置y を入力しトルク指令を出力する。
トルク制御器８０３は前記トルク指令を入力し電流を出力する。
サーボモータと負荷８０４は前記電流を入力しその回転位置y は回転位置検出器８０５により検出され出力される。
【０００５】
図６中、６０１は位置制御器であり、６０２は速度制御器であり、６０３は微分演算器である。
【０００６】
図６中、位置制御器６０１は前記追従偏差e を入力し速度指令を出力する。
微分演算器６０３は前記回転位置y を入力しその微分信号を出力する。
速度制御器６０２は前記速度指令から微分演算器６０３の出力を減算した信号を積分制御器に入力し、前記積分制御器の出力から微分演算器６０３の出力を減算した信号を比例制御器に入力し、前記比例制御器の出力を出力する。
【０００７】
図７中、７０１は位置制御器であり、７０２は速度制御器であり、７０３は微分演算器である。
【０００８】
図７中、位置制御器７０１は前記追従偏差e を入力し速度指令を出力する。
微分演算器７０３は前記回転位置y を入力しその微分信号を出力する。
速度制御器７０２は前記速度指令から微分演算器７０３の出力を減算した信号を比例積分制御器に入力し、前記比例積分制御器の出力を出力する。
【０００９】
このように、従来のサーボモータ制御装置は、位置制御器と速度制御器によりサーボモータと負荷の回転位置を制御するのである。
【非特許文献１】塩田泰仁著「モータの基礎  第１分冊」工学研究社、ｐ．６３
【非特許文献２】「最新メカトロニクス制御技術  機械設計」  日刊工業新聞社、１９９１年６月、ｐ．２７、３１
【非特許文献３】美多勉著「システム制御理論入門」実教出版、１９９２年１１月５日、ｐ．１４３−１４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
チップマウンタ等に用いられる従来のサーボモータ制御系は、図８に示されるようにフィードバックループを２つ有し、従来のサーボモータ制御装置は位置制御器が比例制御または比例積分制御、速度制御器が積分比例または比例積分制御により構成されている。以下、従来のサーボモータ制御装置の課題について図を参照して説明する。
【００１１】
図８は従来のサーボモータ制御系のブロック線図であり、図６は位置制御器が比例積分制御、速度制御器が積分比例制御により構成される従来のサーボモータ制御装置のブロック線図あり、図７は位置制御器が比例積分制御、速度制御器が比例積分制御により構成される従来のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
図８中、８０１は位置指令発生器、８０２はサーボモータ制御装置、８０３はトルク制御器、８０４はサーボモータと負荷、８０５は回転位置検出器である。
図８中、サーボモータ制御装置８０２の詳細は図６または図７のようになる。
図６中、６０１は位置制御器、６０２は速度制御器、６０３は微分演算器である。
図７中、７０１は位置制御器、７０２は速度制御器、７０３は微分演算器である。
図６および図７のJ はサーボモータと負荷を合わせたイナ−シャ、KP は位置制御器の比例制御ゲイン、Ki は位置制御器の積分制御ゲイン、Kv は速度制御器の比例制御ゲイン、Ti は速度制御器の積分時間である。
【００１２】
図８のサーボモータ制御装置８０２が図６に示されるような構成である場合、図８および図６において定常偏差が生ずるか否かは図８および図６と等価な単位フィードバック系の開ループ伝達関数のシステム型によることは公知である。(非特許文献３) 図８および図６と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式はs2 を因数として持つため、システム型は２であり、図６の従来のサーボモータ制御装置は位置指令r が位置一定時および速度一定時には定常偏差がなくなるが、加速度一定時および躍度一定時には定常偏差を生ずる問題がある。
図６において、位置制御器が比例制御である場合（Ki = 0）、図８および図６と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式はs を因数として持つため、システム型は１であり、図６の従来のサーボモータ制御装置は位置指令rが位置一定時には定常偏差がなくなるが、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時には定常偏差を生ずる問題がある。
【００１３】
図８のサーボモータ制御装置８０２が図７に示されるような構成である場合、図８および図７において定常偏差が生ずるか否かは図８および図７と等価な単位フィードバック系の開ループ伝達関数のシステム型によることは公知である。(非特許文献３) 図８および図７と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式はs2 を因数として持つため、システム型は２であり、図７の従来のサーボモータ制御装置は位置指令rが位置一定時および速度一定時には定常偏差がなくなるが、加速度一定時および躍度一定時には定常偏差を生ずる問題がある。
図７において、位置制御器が比例制御である場合（Ki = 0）、図８および図７と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式はs を因数として持つため、システム型は１であり、図７の従来のサーボモータ制御装置は位置指令rが位置一定時には定常偏差がなくなるが、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時には定常偏差を生ずる問題がある。
【００１４】
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、サーボモータ制御系のシステム型を４とし、位置指令が位置一定、速度一定の場合のみならず加速度一定、躍度一定の場合にも定常偏差をなくすことができるサーボモータ制御装置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】
【００１５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、サーボモータの回転位置とサーボモータの目標位置指令の追従偏差と前記位置指令と前記回転位置を入力し、トルク指令を出力するサーボモータ制御装置において、
前記位置指令を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードフォーワード制御器と、
前記回転位置を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードバック制御器と、
前記位置指令と前記回転位置の追従偏差を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記フィードフォーワード制御器の出力と前記フィードバック制御器の出力と前記速度指令を入力しトルク指令を出力する速度制御器とを有するものである。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記フィードフォーワード制御器を３つ有し、前記フィードバック制御器を３つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を積分制御器に入力し、第２のフィード−フォーワード制御器の出力と前記積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例制御器に入力し、第３のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例制御器の出力の和から第３のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力するものである。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２において前記位置制御器を比例積分制御器とするものである。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とするものである。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２において前記位置制御器を比例制御器とするものである。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とするものである。
【００２１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(21)および(22)の関係を満たすものである。
【００２２】
【数１】
2006121876.tif 000003
【００２３】
また、請求項８記載の発明は、請求項４において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(23)および(24)の関係を満たすものである。
【００２４】
【数２】
2006121876.tif 000004
【００２５】
また、請求項９記載の発明は、請求項５において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(25)、(26)および(27)の関係を満たすものである。
【００２６】
【数３】
2006121876.tif 000005
【００２７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項６において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(28)、(29)および(30)の関係を満たすものである。
【００２８】
【数４】
2006121876.tif 000006
【００２９】
また、請求項１１記載の発明は、請求項７において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(21)および(22)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００３０】
【数５】
2006121876.tif 000007
【００３１】
また、請求項１２記載の発明は、請求項８において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、g1、h1、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(23)および(24)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００３２】
【数６】
2006121876.tif 000008
【００３３】
また、請求項１３記載の発明は、請求項９において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(25)、(26)および(27)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００３４】
【数７】
2006121876.tif 000009
【００３５】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１０において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインe2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(28)、(29)および(30)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００３６】
【数８】
2006121876.tif 000010
【００３７】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１において
前記フィードフォーワード制御器を２つ有し、前記フィードバック制御器を２つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例積分制御器に入力し、第２のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力するものである。
【００３８】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１５において前記位置制御器を比例積分制御器とするものである。
【００３９】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１６において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とするものである。
【００４０】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１５において前記位置制御器を比例制御器とするものである。
【００４１】
また、請求項１９記載の発明は、請求項１８において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とするものである。
【００４２】
また、請求項２０記載の発明は、請求項１６において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(31)および(32)の関係を満たすものである。
【００４３】
【数９】
2006121876.tif 000011
【００４４】
また、請求項２１記載の発明は、請求項１７において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(33)および(34)の関係を満たすものである。
【００４５】
【数１０】
2006121876.tif 000012
【００４６】
また、請求項２２記載の発明は、請求項１８において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(35)、(36)および(37)の関係を満たすものである。
【００４７】
【数１１】
2006121876.tif 000013
【００４８】
また、請求項２３記載の発明は、請求項１９において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(38)、(39)および(40)の関係を満たすものである。
【００４９】
【数１２】
2006121876.tif 000014
【００５０】
また、請求項２４記載の発明は、請求項２０において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(31)および(32)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００５１】
【数１３】
2006121876.tif 000015
【００５２】
また、請求項２５記載の発明は、請求項２１において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、f1、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(33)および(34)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００５３】
【数１４】
2006121876.tif 000016
【００５４】
また、請求項２６記載の発明は、請求項２２において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(35)、(36)および(37)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００５５】
【数１５】
2006121876.tif 000017
【００５６】
また、請求項２７記載の発明は、請求項２３において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd2、 Kp、Kv、 Ti に代入し、(38)、(39)および(40)を満たす制御ゲインを決定するものである。
【００５７】
【数１６】
2006121876.tif 000018
【発明の効果】
【００５８】
請求項１に記載の発明によると、サーボモータの回転位置とサーボモータの目標位置指令の追従偏差と前記位置指令と前記回転位置を入力し、トルク指令を出力するサーボモータ制御装置において、
前記位置指令を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードフォーワード制御器と、
前記回転位置を入力しその入力信号の１階微分にゲインを乗算した信号とその入力信号の２階微分にゲインを乗算した信号の和を出力する複数のフィードバック制御器と、
前記位置指令と前記回転位置の追従偏差を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記複数のフィードフォーワード制御器の出力と前記複数のフィードバック制御器の出力と前記速度指令を入力しトルク指令を出力する速度制御器とを有する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明によると、前記フィードフォーワード制御器を３つ有し、前記フィードバック制御器を３つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を積分制御器に入力し、第２のフィード−フォーワード制御器の出力と前記積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例制御器に入力し、第３のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例制御器の出力の和から第３のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６０】
また、請求項３に記載の発明によると、請求項２において前記位置制御器が比例積分制御器とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６１】
また、請求項４に記載の発明によると、請求項３において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６２】
また、請求項５に記載の発明によると、請求項２において前記位置制御器が比例制御器とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６３】
また、請求項６に記載の発明によると、請求項５において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６４】
また、請求項７に記載の発明によると、請求項３において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(41)および(42)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６５】
【数１７】
2006121876.tif 000019
【００６６】
また、請求項８記載の発明によると、請求項４において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(43)および(44)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６７】
【数１８】
2006121876.tif 000020
【００６８】
また、請求項９記載の発明によると、請求項５において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(45)、(46)および(47)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００６９】
【数１９】
2006121876.tif 000021
【００７０】
また、請求項１０記載の発明によると、請求項６において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 が第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 が第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(48)、(49)および(50)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００７１】
【数２０】
2006121876.tif 000022
【００７２】
また、請求項１１記載の発明によると、請求項７において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(41)および(42)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００７３】
【数２１】
2006121876.tif 000023
【００７４】
また、請求項１２記載の発明によると、請求項８において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、g1、h1、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(43)および(44)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００７５】
【数２２】
2006121876.tif 000024
【００７６】
また、請求項１３記載の発明によると、請求項９において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(45)、(46)および(47)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００７７】
【数２３】
2006121876.tif 000025
【００７８】
また、請求項１４記載の発明によると、請求項１０において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、乱数を前記制御ゲインe2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(48)、(49)および(50)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００７９】
【数２４】
2006121876.tif 000026
【００８０】
また、請求項１５記載の発明によると、請求項１において
前記フィードフォーワード制御器を２つ有し、前記フィードバック制御器を２つ有し、前記速度制御器は、第１のフィードフォーワード制御器の出力と前記位置制御器の出力の和から第１のフィードバック制御器の出力を減算した信号を比例積分制御器に入力し、第２のフィードフォーワード制御器の出力と前記比例積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器の出力を減算した信号を出力する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８１】
また、請求項１６記載の発明によると、請求項１５において前記位置制御器を比例積分制御器とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８２】
また、請求項１７記載の発明によると、請求項１６において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８３】
また、請求項１８記載の発明によると、請求項１５において前記位置制御器を比例制御器とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８４】
また、請求項１９記載の発明によると、請求項１８において前記フィードバック制御器において前記回転位置を２階微分した信号に乗算するゲインを零とする場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８５】
また、請求項２０記載の発明によると、請求項１６において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(51)および(52)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８６】
【数２５】
2006121876.tif 000027
【００８７】
また、請求項２１記載の発明によると、請求項１７において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(53)および(54)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００８８】
【数２６】
2006121876.tif 000028
【００８９】
また、請求項２２記載の発明によると、請求項１８において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(55)、(56)および(57)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００９０】
【数２７】
2006121876.tif 000029
【００９１】
また、請求項２３記載の発明によると、請求項１９において
J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、D が粘性係数であり、
Kv が速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti が速度制御器の積分時間であり、
c1 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 が第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 が第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 が第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 が第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 が第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 が第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
前記制御ゲインが(58)、(59)および(60)の関係を満たし、閉ループ系を安定化する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００９２】
【数２８】
2006121876.tif 000030
【００９３】
また、請求項２４記載の発明によると、請求項２０において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(51)および(52)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００９４】
【数２９】
2006121876.tif 000031
【００９５】
また、請求項２５記載の発明によると、請求項２１において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki が位置制御器の積分制御ゲインであり、
乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、f1、Kp、Ki、Kv、 Ti に代入し、(53)および(54)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００９６】
【数３０】
2006121876.tif 000032
【００９７】
また、請求項２６記載の発明によると、請求項２２において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、Kp、Kv、 Ti に代入し、(55)、(56)および(57)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【００９８】
【数３１】
2006121876.tif 000033
【００９９】
また、請求項２７記載の発明によると、請求項２３において
Kp が位置制御器の比例制御ゲインであり、乱数を前記制御ゲインd2、 Kp、Kv、 Ti に代入し、(58)、(59)および(60)を満たし閉ループ系を安定化する制御ゲインを決定する場合に、位置指令の位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくすことができる。
【０１００】
【数３２】
2006121876.tif 000034
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０１０２】
図４は本発明のサーボモータ制御系のブロック線図であり、図２は請求項１１から請求項１４に記載の発明のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
図４中、４０１は位置指令発生器、４０２はサーボモータ制御装置、４０３はトルク制御器、４０４はサーボモータと負荷、４０５は回転位置検出器である。
図４中、サーボモータ制御装置４０２の詳細は図２のようになる。
図２中、２０１は位置制御器、２０２は速度制御器、２０３は第１のフィードフォーワード制御器、２０４は第２のフィードフォーワード制御器、２０５は第３のフィードフォーワード制御器、２０６は第１のフィードバック制御器、２０７は第２のフィードバック制御器、２０８は第３のフィードバック制御器である。
図２中、J がサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、
Kp は位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki は位置制御器の積分制御ゲインであり、
Kv は速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti は速度制御器の積分時間であり、
c1 は第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 は第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 は第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 は第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 は第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 は第３のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 は第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 は第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
g1 は第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
g2 は第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
h1 は第３のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
h2 は第３のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインである。
【０１０３】
図４中、位置指令発生器４０１は位置指令r を出力する。サーボモータ制御装置４０２は前記位置指令rと回転位置y と前記位置指令r から前記回転位置y を減算することにより得られた追従偏差を入力し、トルク指令を出力する。トルク制御器４０３は前記トルク指令を入力し、電流を出力する。サーボモータと負荷４０４は前記電流を入力し、その回転位置y は回転位置検出器４０５により検出され出力される。
【０１０４】
図２中、位置制御器２０１は追従偏差e を入力し、速度指令を出力する。
第１のフィードフォーワード制御器２０３は位置指令rを入力し、その入力信号を１階微分しゲインc1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインc2 を乗算した信号の和を出力する。
第２のフィードフォーワード制御器２０４は前記位置指令rを入力し、その入力信号を１階微分しゲインd1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインd2 を乗算した信号の和を出力する。
第３のフィードフォーワード制御器２０５は前記位置指令rを入力し、その入力信号を１階微分しゲインe1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインe2 を乗算した信号の和を出力する。
第１のフィードバック制御器２０６は前記回転位置y を入力し、その入力信号を１階微分しゲインf1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインf2 を乗算した信号の和を出力する。
第２のフィードバック制御器２０７は前記回転位置y を入力し、その入力信号を１階微分しゲインg1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインg2 を乗算した信号の和を出力する。
第３のフィードバック制御器２０８は前記回転位置y を入力し、その入力信号を１階微分しゲインh1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインh2 を乗算した信号の和を出力する。
速度制御器２０２は位置制御器２０１の出力と第１のフィードフォーワード制御器２０３の出力の和から第１のフィードバック制御器２０６の出力を減算した信号を積分制御器に入力し、第２のフィードフォーワード制御器２０４の出力と前記積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器２０７の出力を減算した信号を比例制御器に入力し、第３のフィードフォーワード制御器２０５の出力と前記比例制御器の出力の和から第３のフィードバック制御器２０８の出力を減算した信号を出力する。
【０１０５】
本発明が非特許文献１および非特許文献２と異なる部分は第１のフィードフォーワード制御器２０３、第２のフィードフォーワード制御器２０４、第３のフィードフォーワード制御器２０５、および第１のフィードバック制御器２０６、第２のフィードバック制御器２０７、第３のフィードバック制御器２０８を備えた部分である。
【０１０６】
以下、請求項１１に記載の発明の実施例を示す。
【０１０７】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図４において
【０１０８】
【数３３】
2006121876.tif 000035
【０１０９】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2、e1、e2 および、フィードバックゲインf1、f2、g1、g2、h1、h2 を選ぶと、図４および図２と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図２に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(61)および(62)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１１０】
さらに、図４および図２の閉ループ系が安定であるために次式の閉ループ特性多項式が安定になるような制御ゲインを選ぶ。
【０１１１】
【数３４】
2006121876.tif 000036
【０１１２】
乱数を前記制御ゲイン制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Ki、 Kv、 Ti に代入し、(61)、(62)を満たし、(63)を安定化するように制御ゲインを見つけることが出来る。図５は前記乱数を用いた手法により制御ゲインを算出する処理を示したフローチャートである。図５中、まず前記制御ゲインを探す範囲を入力し（Ｓ１）、入力された範囲内で乱数を前記制御ゲインに代入して(61)、(62)を満たし、(63)を安定化するかどうかを調べる（Ｓ２）。もし、(61)もしくは(62)を満たさないか(63)が安定化されていない場合は別の乱数を前記制御ゲインに代入し(61)、(62)を満たし、(63)を安定化するかどうかを調べる（Ｓ２）。もし、代入された前記制御ゲインが(61)、(62)を満たし、(63)を安定化する場合、その制御ゲインが前記位置指令r の位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時の定常偏差をなくし、図４および図２の閉ループ系を安定化する制御ゲインである（Ｓ３）。
【０１１３】
図９はサーボモータと負荷を合わせたイナ−シャをＪ＝6・1.73×10-4kg・ｍ2、粘性定数をＤ＝1×10-3N・m・s/radとした場合に前記の乱数を用いた手法で見つけた制御ゲインを用いた図４および図２に示される本発明のサーボモータ制御装置のシミュレーション結果であり、図１０は制御ゲインKp、Ki、Kv、Ti に図９と同じ値を用いた場合の図８および図６に示される従来のサーボモータ制御装置のシミュレーション結果である。
【０１１４】
図９において太い実線は図４の位置指令発生器４０１からの位置指令rであり、その位置指令は一点鎖線の躍度一定の信号を積分することにより得られたものである。細い実線（太い実線と重なっている。）はサーボモータと負荷４０４の出力が回転位置検出器４０５により検出された回転位置yすなわちサーボモータの前記位置指令rに対する応答である。破線は前記回転位置yを前記位置指令rより減算することにより得られた追従偏差である。
【０１１５】
図１０において太い実線は図８の位置指令発生器８０１からの位置指令rであり、その位置指令は一点鎖線の躍度一定の信号を積分することにより得られたものである。細い実線はサーボモータと負荷８０４の出力が回転位置検出器８０５により検出された回転位置yすなわちサーボモータの前記位置指令rに対する応答である。破線は前記回転位置yを前記位置指令rより減算することにより得られた追従偏差である。
【０１１６】
請求項１のサーボモータ制御装置は図２のフィードフォーワード制御器２０３，２０４，２０５およびフィードバック制御器２０６，２０７，２０８により前記位置指令rの位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時において定常偏差をなくす効果があるため、図９では図１０の従来のサーボモータ制御装置を用いた場合に比べて追従偏差を小さくする効果があることが示された。
【０１１７】
このように、第１のフィードフォーワード制御器２０３、第２のフィードフォーワード制御器２０４、第３のフィードフォーワード制御器２０５、および第１のフィードバック制御器２０６、第２のフィードバック制御器２０７、第３のフィードバック制御器２０８を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図２の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例２】
【０１１８】
以下、請求項１２に記載の発明の実施例を示す。
【０１１９】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図２においてf2 = 0、g2 = 0、h2 = 0 であり、
【０１２０】
【数３５】
2006121876.tif 000037
【０１２１】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2、e1、e2 および、フィードバックゲインf1、g1、h1 を選ぶと、図４および図２と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図２に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(64)および(65)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１２２】
実施例１と同様に乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、g1、h1、Kp、Ki、 Kv、 Tiに代入することにより、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図２の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１２３】
このように、第１のフィードフォーワード制御器２０３、第２のフィードフォーワード制御器２０４、第３のフィードフォーワード制御器２０５、および第１のフィードバック制御器２０６、第２のフィードバック制御器２０７、第３のフィードバック制御器２０８を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図２の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例３】
【０１２４】
以下、請求項１３に記載の発明の実施例を示す。
【０１２５】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図２において位置制御器２０１が比例制御であり（Ki = 0）、
【０１２６】
【数３６】
2006121876.tif 000038
【０１２７】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2、e1、e2 および、フィードバックゲインf1、f2、g1、g2、h1、h2 を選ぶと、図４および図２と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図２に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(66)、(67)および(68)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１２８】
実施例１と同様に乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、g1、g2、h1、h2、Kp、Kv、 Tiに代入することにより、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図２の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１２９】
このように、第１のフィードフォーワード制御器２０３、第２のフィードフォーワード制御器２０４、第３のフィードフォーワード制御器２０５、および第１のフィードバック制御器２０６、第２のフィードバック制御器２０７、第３のフィードバック制御器２０８を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図２の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例４】
【０１３０】
以下、請求項１４に記載の発明の実施例を示す。
【０１３１】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図２において
Ki=0, c1=d1=f1=g1=1, f2=g2=h1=h2=0, d2=c2               (69)
であり、
【０１３２】
【数３７】
2006121876.tif 000039
【０１３３】
を満たすようにフィードフォーワードゲインを選ぶと、図４および図２と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図２に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが（69）、（70）および（71）を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時に定常偏差をなくすことが出来る。
【０１３４】
実施例１と同様に乱数を用いた手法により位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図２の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１３５】
このように、第１のフィードフォーワード制御器２０３、第２のフィードフォーワード制御器２０４、第３のフィードフォーワード制御器２０５、および第１のフィードバック制御器２０６、第２のフィードバック制御器２０７、第３のフィードバック制御器２０８を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図２の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例５】
【０１３６】
図４は本発明のサーボモータ制御系のブロック線図であり、図３は請求項２４から請求項２７に記載の発明のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
図４中、４０１は位置指令発生器、４０２はサーボモータ制御装置、４０３はトルク制御器、４０４はサーボモータと負荷、４０５は回転位置検出器である。
図４中、サーボモータ制御装置４０２の詳細は図３のようになる。
図３中、３０１は位置制御器、３０２は速度制御器、３０３は第１のフィードフォーワード制御器、３０４は第２のフィードフォーワード制御器、３０５は第１のフィードバック制御器、３０６は第２のフィードバック制御器である。
図３中、J はサーボモータと負荷を合わせたイナーシャであり、
Kp は位置制御器の比例制御ゲインであり、Ki は位置制御器の積分制御ゲインであり、
Kv は速度制御器の比例制御ゲインであり、Ti は速度制御器の積分時間であり、
c1 は第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
c2 は第１のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
d1 は第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
d2 は第２のフィードフォーワード制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
e1 は第１のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
e2 は第１のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインであり、
f1 は第２のフィードバック制御器の入力信号の１階微分に乗算するゲインであり、
f2 は第２のフィードバック制御器の入力信号の２階微分に乗算するゲインである。
【０１３７】
図４中、位置指令発生器４０１は位置指令r を出力する。サーボモータ制御装置４０２は前記位置指令rと前記位置指令r から回転位置y を減算することにより得られた追従偏差と前記回転位置ｙを入力し、トルク指令を出力する。トルク制御器４０３は前記トルク指令を入力し、電流を出力する。サーボモータと負荷４０４は前記電流を入力し、その回転位置y は回転位置検出器４０５により検出され出力される。
【０１３８】
図３中、位置制御器３０１は追従偏差e を入力し、速度指令を出力する。
第１のフィードフォーワード制御器３０３は位置指令rを入力し、その入力信号を１階微分しゲインc1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインc2 を乗算した信号の和を出力する。
第２のフィードフォーワード制御器３０４は前記位置指令rを入力し、その入力信号を１階微分しゲインd1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインd2 を乗算した信号の和を出力する。
第１のフィードバック制御器３０５は前記回転位置y を入力し、その入力信号を１階微分しゲインe1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインe2 を乗算した信号の和を出力する。
第２のフィードバック制御器３０６は前記回転位置y を入力し、その入力信号を１階微分しゲインf1 を乗算した信号とその入力信号を２階微分しゲインf2 を乗算した信号の和を出力する。
速度制御器３０２は位置制御器３０１の出力と第１のフィードフォーワード制御器３０３の出力の和から第１のフィードバック制御器３０５の出力を減算した信号を比例積分制御器に入力し、第２のフィードフォーワード制御器３０４の出力と前記比例積分制御器の出力の和から第２のフィードバック制御器３０６の出力を減算した信号を出力する。
【０１３９】
本発明が非特許文献１および非特許文献２と異なる部分は第１のフィードフォーワード制御器３０３、第２のフィードフォーワード制御器３０４、および第１のフィードバック制御器３０５、第２のフィードバック制御器３０６を備えた部分である。
【０１４０】
以下、請求項２４に記載の発明の実施例を示す。
【０１４１】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図３において
【０１４２】
【数３８】
2006121876.tif 000040
【０１４３】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2 および、フィードバックゲインe1、e2、f1、f2を選ぶと、図４および図３と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図３に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(72)および(73)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１４４】
さらに、図４および図３の閉ループ系が安定であるために次式の閉ループ特性多項式が安定になるような制御ゲインを選ぶ。
【０１４５】
【数３９】
2006121876.tif 000041
【０１４６】
実施例１と同様に乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、e2、f1、f2、Kp、Ki、Kv、Ti に代入し、(72)、(73)を満たし、(74)を安定化するように制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１４７】
このように、第１のフィードフォーワード制御器３０３、第２のフィードフォーワード制御器３０４、および第１のフィードバック制御器３０５、第２のフィードバック制御器３０６を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図３の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例６】
【０１４８】
以下、請求項２５に記載の発明の実施例を示す。
【０１４９】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数をD とする。
図３においてe2 = 0、f2 = 0 であり、
【０１５０】
【数４０】
2006121876.tif 000042
【０１５１】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2および、フィードバックゲインe1、f1 を選ぶと、図４および図３と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図３に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(75)および(76)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１５２】
実施例１と同様に乱数を前記制御ゲインd1、d2、e1、f1、Kp、Ki、Kv、Ti に代入することにより、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図３の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１５３】
このように、第１のフィードフォーワード制御器３０３、第２のフィードフォーワード制御器３０４、および第１のフィードバック制御器３０５、第２のフィードバック制御器３０６を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図３の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例７】
【０１５４】
以下、請求項２６に記載の発明の実施例を示す。
【０１５５】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数D をとする。
図３において位置制御器３０１が比例制御であり（Ki = 0）、
【０１５６】
【数４１】
2006121876.tif 000043
【０１５７】
であるようにフィードフォーワードゲインc1、c2、d1、d2 および、フィードバックゲインe1、e2、f1、f2 を選ぶと、図４および図３と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図３に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(77)、(78)および(79)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１５８】
実施例１と同様に乱数を前記制御ゲインd1、e1、e2、f1、f2、Kp、Kv、Ti に代入することにより、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図３の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１５９】
このように、第１のフィードフォーワード制御器３０３、第２のフィードフォーワード制御器３０４、および第１のフィードバック制御器３０５、第２のフィードバック制御器３０６を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図３の閉ループ系を安定化することができる。
【実施例８】
【０１６０】
以下、請求項２７に記載の発明の実施例を示す。
【０１６１】
図４中、サーボモータと負荷４０４の粘性係数D をとする。
図３において
Ki=0, c1=e1=1, e2=f1=f2=0                               (80)
であり、
【０１６２】
【数４２】
2006121876.tif 000044
【０１６３】
であるようにフィードフォーワードゲインc2、d1 を選ぶと、図４および図３と等価な単位フィードバック系の開ループ特性多項式がs4 を因数として持つように出来、システム型を４に上げることが出来る。したがって、図３に示される本発明のサーボモータ制御装置においてフィードフォーワード制御ゲインおよびフィードバック制御ゲインが(80)、(81)および(82)を満たすようにすると、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時および躍度一定時において定常偏差をなくすことが出来る。
【０１６４】
実施例１と同様に乱数を用いた手法により位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、図４および図３の閉ループ系を安定化する制御ゲインを見つけることが出来る。
【０１６５】
このように、第１のフィードフォーワード制御器３０３、第２のフィードフォーワード制御器３０４、および第１のフィードバック制御器３０５、第２のフィードバック制御器３０６を有する構成をしているので、位置指令rが位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時における定常偏差をなくし、同時に図４および図３の閉ループ系を安定化することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
回転位置検出器からのサーボモータ回転位置信号を１階微分した速度フィードバック信号、前記回転位置信号を２階微分した加速度フィードバック信号、および位置指令を１階微分したフィードフォーワード信号と前記位置指令を２階微分したフィードフォーワード信号を用いることによって前記位置指令が位置一定時、速度一定時、加速度一定時、躍度一定時に定常偏差をなくすことができるので、チップマウンタなどの精密位置決めにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】請求項１に記載の発明のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
【図２】請求項３から請求項６に記載の発明のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
【図３】請求項１６から請求項１９に記載の発明のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
【図４】本発明のサーボモータ制御装置を用いたサーボモータ制御閉ループ系のブロック線図である。
【図５】請求項１１に記載の乱数を用いた制御ゲイン決定手法のフローチャートである。
【図６】位置制御器に比例積分制御、速度制御器に積分比例制御を用いた従来のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
【図７】位置制御器に比例積分制御、速度制御器に比例積分制御を用いた従来のサーボモータ制御装置のブロック線図である。
【図８】従来のサーボモータ制御装置を用いたサーボモータ制御閉ループ系のブロック線図である。
【図９】実施例１に示される本発明のサーボモータ制御装置によるサーボモータの応答である。
【図１０】実施例１に示される従来のサーボモータ制御装置によるサーボモータの応答である。
【符号の説明】
【０１６８】
１０１、２０１、３０１、６０１、７０１  位置制御器
１０２、２０２、３０２、６０２、７０２  速度制御器
１０３  フィードフォーワード制御器
１０４  フィードバック制御器
２０３、３０３  第１のフィードフォーワード制御器
２０４、３０４  第２のフィードフォーワード制御器
２０５  第３のフィードフォーワード制御器
２０６、３０５  第１のフィードバック制御器
２０７、３０６  第２のフィードバック制御器
２０８  第３のフィードバック制御器
４０１、８０１  位置指令発生器
４０２、８０２  サーボモータ制御装置
４０３、８０３  トルク制御器
４０４、８０４  サーボモータと負荷
４０５、８０５  回転位置検出器
６０３、７０３  微分演算器
【図１】
2006121876.tif 000061
【図２】
2006121876.tif 000062
【図３】
2006121876.tif 000063
【図４】
2006121876.tif 000064
【図５】
2006121876.tif 000065
【図６】
2006121876.tif 000066
【図７】
2006121876.tif 000067
【図８】
2006121876.tif 000068
【図９】
2006121876.tif 000069
【図１０】
2006121876.tif 000070