(57)【要約】【課題】ロバスト加速度制御系に基づき、アクチュエータの飽和時に指令値に対して遅れのない軌跡追従制御を各軸間で行ないつつ、協調動作を行なう。【解決手段】アクチュエータ２をロバスト加速度制御する加速度制御システム１と、アクチュエータ２を軌跡追従制御させる軌跡追従制御システム２０と、アクチュエータ２への電流参照値Ｉrefを、予め設定した最大電流値ＩMAX以下に制限するために、フィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを調整するトルク電流リミッタ９５と、各軸間のアクチュエータ２を協調制御するために、位置指令調整率γ（ｎ＋１）iからフィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを修正する遅れ調整手段８６と、をそれぞれ備えている。【選択図】図１１
2008217410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置であって、
前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御部と、
前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従制御部と、
前記フィードバック成分の電流参照値，前記フィードフォワード成分の電流参照値，および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流リミッタと、
各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整部と、をそれぞれ備えたことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
【請求項２】
前記外乱オブザーバの極を無限大にしたことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
【請求項３】
前記各軸の電流リミッタは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整するものであることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ制御装置。
【請求項４】
前記ｉ軸目のフィードバック成分の電流参照値をＩFBi，前記ｉ軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をＩFFi，前記ｉ軸目の外乱補償電流をＩRBi，前記ｉ軸目のアクチュエータへの電流参照値をＩｉref，前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をＩMAXとしたときに、
前記各軸の電流リミッタは、前記ロバスト制御を維持するための前記ｉ軸目の現サンプルｎの最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを次の式で算出し、
【数１】
2008217410.tif 000042
前記フィードフォワード成分の電流参照値ＩFFiと前記フィードバック成分の電流参照値ＩFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からｉ軸目の最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出して（但し、Ｋｔはトルク定数，Ｊniはｉ軸目の慣性モーメントのノミナル値）、
【数２】
2008217410.tif 000043
前記位置指令の前記調整率γ（ｎ＋１）iを次の式で算出し（但し、Ｔｓは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間，θ・res（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmd（ｎ＋１）ｉはｉ軸目の次のサンプルにおける位置指令値，θcmd（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）、
【数３】
2008217410.tif 000044
次に、各軸ｉの前記調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値γ（ｎ＋１）minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値Ｉ〜FFi（ｎ）を、次の式から算出する（但し、Ｋｔnはトルク定数のノミナル値，ｆｉ（ｔ）はｉ軸目の位置指令値の時間関数，θ・ｉres（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmdｉ（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）
【数４】
2008217410.tif 000045
ことを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ制御装置。
【請求項５】
前記各軸の調整部は、次の式から前記位置指令の調整率γ（ｎ＋１）に基づく次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を算出し（但し、ｔ（ｎ）は現時間）、
【数５】
2008217410.tif 000046
この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するものであることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ制御装置。
【請求項６】
各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御方法であって、
前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御ステップと、
前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従ステップと、
前記フィードバック成分の電流参照値，前記フィードフォワード成分の電流参照値，および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流制限ステップと、
各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整ステップと、からなることを特徴とするアクチュエータ制御方法。
【請求項７】
前記外乱オブザーバの極を無限大にしたことを特徴とする請求項６記載のアクチュエータ制御方法。
【請求項８】
前記電流制限ステップは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整することを特徴とする請求項６または７記載のアクチュエータ制御方法。
【請求項９】
前記ｉ軸目のフィードバック成分の電流参照値をＩFBi，前記ｉ軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をＩFFi，前記ｉ軸目の外乱補償電流をＩRBi，前記ｉ軸目のアクチュエータへの電流参照値をＩｉref，前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をＩMAXとしたときに、
前記電流制限ステップは、各軸毎に前記ロバスト制御を維持するための前記ｉ軸目の現サンプルｎの最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを次の式で算出し、
【数６】
2008217410.tif 000047
前記フィードフォワード成分の電流参照値ＩFFiと前記フィードバック成分の電流参照値ＩFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からｉ軸目の最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出して（但し、Ｋｔはトルク定数，Ｊniはｉ軸目の慣性モーメントのノミナル値）、
【数７】
2008217410.tif 000048
前記位置指令の前記調整率γ（ｎ＋１）iを次の式で算出し（但し、Ｔｓは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間，θ・res（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmd（ｎ＋１）ｉはｉ軸目の次のサンプルにおける位置指令値，θcmd（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）、
【数８】
2008217410.tif 000049
次に、各軸ｉの前記調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値γ（ｎ＋１）minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値Ｉ〜FFi（ｎ）を、次の式から算出する（但し、Ｋｔnはトルク定数のノミナル値，ｆｉ（ｔ）はｉ軸目の位置指令値の時間関数，θ・ｉres（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmdｉ（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）
【数９】
2008217410.tif 000050
ことを特徴とする請求項８記載のアクチュエータ制御方法。
【請求項１０】
前記調整ステップは、次の式から前記位置指令の調整率γ（ｎ＋１）に基づく次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を算出し（但し、ｔ（ｎ）は現時間）、
【数１０】
2008217410.tif 000051
この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正することを特徴とする請求項９記載のアクチュエータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク飽和などの発生時にも、各軸で被制御物を遅れなく軌跡追従制御させることができるアクチュエータ制御装置およびアクチュエータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業界における各種工作機械や半導体製造装置、またはロボット等の位置決め制御に代表されるモーションコントロール装置では、生産性向上を目的とした高速で高精度な制御が求められている。さらに、システム全体の低コスト化の要求から、こうした位置決め機構に、ワット数の小さなＡＣサーボモータと安価なボールねじを用いた送り駆動系のアクチュエータが多く使用されている。従来のシステムでは、特にモータの始動時と制動時にモータがトルク飽和を引き起こすため、複数のアクチュエータにより各軸で被制御物を動作させるシステムにおいては、各軸間の被制御物を協調して動作させることができずに、目標となる軌跡追従ができないという問題がある。そのため、こうした問題を解決するべく、所望の制御特性を満足するためのトルク飽和対策技術が多く行なわれてきた。
【０００３】
図１６は、こうした対策を施したサーボ系のシステム構成の一例を示したものである。ここでは、制御対象となるサーボモータ５０１が、制御装置５０２から与えられる電流値Ｉによって駆動される。制御装置５０２は、減算器５０３〜５０５と、位置コントローラ５０６と、速度コントローラ５０７と、電流コントローラ５０８と、電流リミッタ５０９とからなり、サーボモータ５０１への電流値Ｉを監視する局部的な電流制御ループ５１１の外側に、サーボモータ５０１の位置θｍを監視する位置制御ループ５１２と、サーボモータ５０１の応答速度（角速度）ωｍを監視する速度制御ループ５１３とを各々備えて構成される。
【０００４】
そして、ここでの制御装置５０２は、サーボモータ５０１の実際の位置θｍと、目標となる位置参照値θrefとの位置偏差を減算器５０３で算出して、この位置偏差を位置コントローラ５０６で速度参照値ωrefに変換する。速度参照値ωrefとサーボモータ５０１の実際の応答速度ωｍとの偏差は、位置コントローラ５０６の後段に接続した減算器５０４で算出され、速度コントローラ５０７で電流参照値Ｉrefに変換される。さらに、この電流参照値Ｉrefと、サーボモータ５０１に与えられる実際の電流値Ｉとの偏差が、後述する電流リミッタ５０９の後段に接続した減算器５０５で算出され、これがサーボモータ５０１への制御信号すなわち電流値Ｉとして電流コントローラ５０８から出力される。これによって、サーボモータ５０１の実際の位置θｍが、制御装置５０２に与えられる位置参照値θrefに追従するように、サーボモータ５０１への制御が行なわれる。
【０００５】
また、この一連の制御で、速度コントローラ５０７で変換された電流参照値Ｉrefが一定の範囲を超えないように、この速度コントローラ５０７と減算器５０５との間には電流リミッタ５０９が接続される。これにより、サーボモータ５０１がトルク飽和を起こしそうな電流参照値Ｉrefが速度コントローラ５０７から出力された場合でも、電流リミッタ５０９によってサーボモータ５０１への電流値Ｉは一定の範囲内に抑制され、サーボモータ５０１のトルク飽和を防ぐことができる。
【０００６】
そして、こうしたトルク飽和対策技術は、上記図１６に示す例だけでなく、例えば特許文献１などにも開示されている。
【０００７】
一方、本願出願人などは、モータを代表とするアクチュエータを加速度指令で駆動させる加速度制御系（加速度コントローラ）を実現し、これによる高速高性能のサーボ制御系の実装を提案してきた。加速度制御系は高速な制御を可能にするが、その反面、モータへの操作量の電流指令や電圧指令が制限される（飽和する）ことがよくある。そのため、従来の特許文献１や上記図１６に提示されるような手法は、全て位置サーボや速度サーボを前提とした技術であるため、動的な遅れが生じたり、トルク指令の向きが変わるなどして、加速度制御系に対する対策としては不十分なものであった。
【特許文献１】特開平７−６２０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来のトルク飽和対策は、速度ＰＩ制御系に基づく手法であったため、ロバスト加速度制御系を前提とした制御システムには必ずしも適さない場合が多い。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、ロバスト加速度制御系に基づき、アクチュエータの飽和時に指令値に対して遅れのない軌跡追従制御を各軸間で行ないつつ、協調動作を行なうことが可能なアクチュエータ制御装置およびアクチュエータ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータ制御装置は、各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置であって、前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御部と、前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従制御部と、前記フィードバック成分の電流参照値，前記フィードフォワード成分の電流参照値，および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流リミッタと、各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整部と、をそれぞれ備えている。
【００１１】
上記アクチュエータ制御装置においては、前記外乱オブザーバの極を無限大にするのが好ましい。
【００１２】
また、前記各軸の電流リミッタは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整するのが好ましい。
【００１３】
具体的に、前記各軸の電流リミッタは、前記ｉ軸目のフィードバック成分の電流参照値をＩFBi，前記ｉ軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をＩFFi，前記ｉ軸目の外乱補償電流をＩRBi，前記ｉ軸目のアクチュエータへの電流参照値をＩｉref，前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をＩMAXとしたときに、前記ロバスト制御を維持するための前記ｉ軸目の現サンプルｎの最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを次の式で算出し、
【００１４】
【数１１】
2008217410.tif 000003
【００１５】
前記フィードフォワード成分の電流参照値ＩFFiと前記フィードバック成分の電流参照値ＩFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からｉ軸目の最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出して（但し、Ｋｔはトルク定数，Ｊniはｉ軸目の慣性モーメントのノミナル値）、
【００１６】
【数１２】
2008217410.tif 000004
【００１７】
前記位置指令の前記調整率γ（ｎ＋１）iを次の式で算出し（但し、Ｔｓは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間，θ・res（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmd（ｎ＋１）ｉはｉ軸目の次のサンプルにおける位置指令値，θcmd（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）、
【００１８】
【数１３】
2008217410.tif 000005
【００１９】
次に、各軸ｉの前記調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値γ（ｎ＋１）minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値Ｉ〜FFi（ｎ）を、次の式から算出する（但し、Ｋｔnはトルク定数のノミナル値，ｆｉ（ｔ）はｉ軸目の位置指令値の時間関数，θ・ｉres（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmdｉ（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）ことを特徴とする。
【００２０】
【数１４】
2008217410.tif 000006
【００２１】
さらに、前記各軸の調整部は、次の式から前記位置指令の調整率γ（ｎ＋１）に基づく次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を算出し（但し、ｔ（ｎ）は現時間）、
【００２２】
【数１５】
2008217410.tif 000007
【００２３】
この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するのが好ましい。
【００２４】
本発明におけるアクチュエータ制御方法は、各軸に可動する複数のアクチュエータの動作を個々に制御するアクチュエータ制御方法であって、前記アクチュエータへの外乱を推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバで得た外乱推定値を外乱補償電流に変換し、前記外乱補償電流でフィードバック補償した前記アクチュエータへの電流参照値により、当該アクチュエータをロバスト加速度制御する加速度制御ステップと、前記アクチュエータを軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値とフィードフォワード成分の電流参照値を算出する軌跡追従ステップと、前記フィードバック成分の電流参照値，前記フィードフォワード成分の電流参照値，および前記外乱補償電流を合計した前記アクチュエータへの電流参照値を、予め設定した最大電流値以下に制限するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する電流制限ステップと、各軸間のアクチュエータを協調制御するために、前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正する調整ステップと、からなる。
【００２５】
上記アクチュエータ制御方法においては、前記外乱オブザーバの極を無限大にするのが好ましい。
【００２６】
また、前記電流制限ステップは、何れか一つの軸で前記アクチュエータが電流飽和を起こすと、全ての軸で前記アクチュエータが軌跡からずれないような位置指令の前記調整率を算出し、この調整率を用いて各軸毎に前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整する。
【００２７】
具体的には、前記ｉ軸目のフィードバック成分の電流参照値をＩFBi，前記ｉ軸目のフィードフォワード成分の電流参照値をＩFFi，前記ｉ軸目の外乱補償電流をＩRBi，前記ｉ軸目のアクチュエータへの電流参照値をＩｉref，前記アクチュエータを構成するモータの最大トルク電流をＩMAXとしたときに、前記電流制限ステップは、各軸毎に前記ロバスト制御を維持するための前記ｉ軸目の現サンプルｎの最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを次の式で算出し、
【００２８】
【数１６】
2008217410.tif 000008
【００２９】
前記フィードフォワード成分の電流参照値ＩFFiと前記フィードバック成分の電流参照値ＩFBiとの和が、前記最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合に、次の式からｉ軸目の最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出して（但し、Ｋｔはトルク定数，Ｊniはｉ軸目の慣性モーメントのノミナル値）、
【００３０】
【数１７】
2008217410.tif 000009
【００３１】
前記位置指令の前記調整率γ（ｎ＋１）iを次の式で算出し（但し、Ｔｓは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間，θ・res（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmd（ｎ＋１）ｉはｉ軸目の次のサンプルにおける位置指令値，θcmd（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）、
【００３２】
【数１８】
2008217410.tif 000010
【００３３】
次に、各軸ｉの前記調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値γ（ｎ＋１）minを抽出して、
前記フィードフォワード成分の電流参照値を調整した値Ｉ〜FFi（ｎ）を、次の式から算出する（但し、Ｋｔnはトルク定数のノミナル値，ｆｉ（ｔ）はｉ軸目の位置指令値の時間関数，θ・ｉres（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmdｉ（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値）ことを特徴とする。
【００３４】
【数１９】
2008217410.tif 000011
【００３５】
さらに、前記調整ステップは、次の式から前記位置指令の調整率γ（ｎ＋１）に基づく次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を算出し（但し、ｔ（ｎ）は現時間）、
【００３６】
【数２０】
2008217410.tif 000012
【００３７】
この修正時間に基づき、前記フィードバック成分の電流参照値および前記フィードフォワード成分の電流参照値を修正するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
上記請求項１の装置および請求項６の方法によれば、アクチュエータに対する外乱を補償したロバストな加速度制御を実現しつつ、アクチュエータを目標値に軌跡追従させることで、ロバスト加速度制御に基づく高速モーションの軌跡追従制御が可能になる。しかも、このような制御の下で、アクチュエータ２への電流参照値が最大電流値を越えて飽和した場合に、特に次のサンプルでの位置に大きな影響を及ぼすフィードフォワード成分の電流参照値を適切に調整することで、電流飽和を起こしたアクチュエータを含めて、全ての軸でアクチュエータを軌跡から遅れないように追従制御することが可能になる。また、このフィードフォワード成分の電流参照値を調整する際に得られる調整率から、軌跡追従制御システムや追跡制御ステップで算出するフィードバック成分の電流参照値およびフィードフォワード成分の電流参照値を修正して、各軸間でアクチュエータを協調動作させることが可能になる。
【００３９】
上記請求項２の装置および請求項７の方法によれば、アクチュエータへの加速度参照値から加速度応答値までの伝達関数を１とみなすことができ、目標指令値に対しアクチュエータがほぼ遅れなく追従して応答するので、ロバストな軌跡追従制御をより完全に実現できる。
【００４０】
上記請求項３の装置および請求項８の方法によれば、各軸のアクチュエータ２を軌跡追従制御する上で必要なアクチュエータへの調整したフィードフォワード成分の電流参照値を、位置指令の調整率から簡単に算出できる。
【００４１】
上記請求項４の装置および請求項９の方法によれば、飽和時にその軸の最大加速度電流を判定し、この判定結果から、アクチュエータに対するロバスト加速度制御を確実に行ないつつ、最適な位置指令の時間的縮小率である調整率γひいては調整したフィードフォワード成分の電流参照値を算出することが可能になる。
【００４２】
上記請求項５の装置および請求項１０の方法によれば、前記位置指令の調整率から、全ての軸のアクチュエータを協調動作させる最適な軌跡指令の調整を行なうことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、添付図面に基づいて、本発明における好適な実施例を詳細に説明する。先ず図１に基づき、本発明のアクチュエータ制御装置が適用する外乱オブザーバを用いたロバスト加速度制御系の一例を説明する。
【００４４】
同図において、１はロバスト加速度制御系の制御システムで、この加速度制御部たる加速度制御システム１は、制御対象であるアクチュエータ２に対して、外乱補償手段である外乱オブザーバ３による加速度次元での外乱トルク補償を行なうように構成される。エネルギーを動力に変換する可動可能なアクチュエータ２は、当該アクチュエータ２への外乱トルクＴdisを推定する対象として設けられ、これはサーボモータなどの駆動源に電流値ｉを入力することにより動作するものである。アクチュエータ２には、実際の速度応答値θ・res（以下、図や数式以外では、１階の微分を「・」，２階の微分を「・・」として便宜上あらわし、対応する記号の後に併記する。）を電気的な速度応答信号に変換して検出出力するために、速度検出手段としての速度センサ４が装着される。なお、アクチュエータ２の実際の位置を検出して電気信号に変換する位置センサと、この位置センサからの検出信号を擬似微分して、推定した速度応答信号を得る擬似微分器とを、速度センサ４の代わりに用いてもよい。
【００４５】
一方、外乱オブザーバ３は、アクチュエータ２への外乱を除去するための指令値として、外乱トルクの推定値＾Ｔdis（以下、図や数式以外では、この推定値をあらわす「＾」を、対応する記号の前に併記する）を算出する機能を有し、特にここでの推定値＾Ｔdisは、外乱トルクＴdisだけでなく、慣性変動トルクなどのパラメータ変動誤差も共に推定できる。具体的には、アクチュエータ２への操作量である電流値ｉを入力すると共に、速度センサ４からの速度応答値θ・ｍを入力して、これらの各値から外乱トルクの推定値＾Ｔdisを算出し出力するもので、実際にはコンピュータのソフトウェアなどで構成される。外乱オブザーバ３は、前記アクチュエータ２と等価的な逆モデルが組み込まれ、前記電流値ｉをトルク（力）単位の第１信号に変換し、この第１信号と速度センサ４で検出した速度応答値θ・reｓを微分して得た第２信号とを比較した第３信号を出力する逆モデル部６と、この逆モデル部６での微分の際にカットオフ周波数を設定することにより形成され、前記逆モデル部６から低周波帯域の成分の第３信号を取り出し、これを外乱トルク推定値＾Ｔdisとして出力するローパスフィルタ７と、により構成される。また８は、前記外乱トルク推定値＾Ｔdisを、目標となる電流参照値Ｉrefと同じ単位の外乱補償電流値Ｉcmpに逆変換するトルク−電流変換手段であり、この外乱補償電流値Ｉcmpと、基準となる加速度参照値θ・・refを加速度−電流変換手段９で変換して得た電流参照値Ｉrefとを、加算器１０で加算することで、アクチュエータ２に入力する前記電流値ｉを算出するようにしている。これにより、図１の各構成からなる加速度制御システム１では、外部からアクチュエータ２に加わる外乱トルクＴdisの影響を除去することができる。
【００４６】
なお、アクチュエータ２は、入力した電流値ｉとトルク定数Ｋｔとの積で算出されるトルク値と、外乱トルクＴdisとの偏差が、実際の出力トルク値となり、この出力トルク値を慣性モーメントＪで除算したものが、実際に出力する（角）加速度応答値θ・・resとなる。また、アクチュエータ２からの前記速度応答値θ・resは、積分器１１によって加速度応答値θ・・resを積分（１／ｓ）した値となる。図１では、こうしたアクチュエータ２の動作が、前記積分器１１を含む各構成要素で便宜的に示されている。
【００４７】
ここで、図１に記載されている各構成要素内の記号を説明すると、Ｊはモータの慣性モーメントであり、Ｋｔはトルク定数であり、記号の後にある添え字ｎは公称（ノミナル）値を意味する。また、外乱オブザーバ３のカットオフ周波数をｇとすると、外乱トルク推定値＾Ｔdisは、次の式で算出される。
【００４８】
【数２１】
2008217410.tif 000013
【００４９】
こうして、図１に示す加速度制御システム１では、外乱オブザーバ３で算出された外乱トルクの推定値＾Ｔdisを、トルク−電流変換手段８で外乱補償Ｉcmpに変換してフィードバック補償することにより、従来の電流制御系を基にして、簡単にロバストな加速度制御系を実現できる。
【００５０】
図１における加速度制御システム１は、外乱オブザーバ３の極（カットオフ周波数）ｇが無限大（ｇ＝∞）のときに、加速度参照値θ・・refから加速度応答値θ・・resに至る伝達関数を１とみなすことができる。図２は、図１のロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系のブロック線図を示しているが、ここでの軌跡追従制御部たる軌跡追従制御システム２０は、目標（位置）指令値であるθcmdが時間関数であるので、一階微分器２１によって速度指令値θ・cmdを目標指令値θcmdの関数の微分で求め、二階微分器２２によって加速度指令値θ・・cmdを目標指令値θcmdの関数の２階微分で求めたフィードフォワード系の構成を有している。なお、前記図１における加速度制御システム１は、その主制御システム部２３と積分器１１とにより構成される。
【００５１】
また、軌跡追従制御システム２０はフィードバック系の構成として、位置と速度の各制御ループを有しており、減算器２４により得られる目標指令値θcmdと位置応答値θresとの偏差が、位置−速度変換手段２５により位置制御系のゲインＫｐと乗算されて速度偏差値となり、この速度偏差値と一階微分器２１によって得られた速度指令値θ・cmdが加算器２６で加算され、さらに減算器２７により、この加算した値と速度応答値θ・resとの偏差が算出される。そして、減算器２７で得た偏差値は、速度−加速度変換手段２８により速度制御系のゲインＫｖと乗算され、それにより求めた加速度偏差値と、二階微分器２２によって得られた加速度指令値θ・・cmdが、加算器２９で加算されることにより、加速度制御システム１への加速度参照値θ・・refが算出される。
【００５２】
なお、この加速度制御システム１を組み込んだ軌跡追従制御システム２０では、速度制御ループの他に位置制御ループが設けられている関係で、アクチュエータ２には便宜的に速度応答値θ・resから位置応答値θresへの変換手段として積分器３０が設けられていると共に、このアクチュエータ２の位置応答値θresを検出する位置検出手段として、位置センサ３１が設けられる。
【００５３】
図２では、位置指令値θcmdから位置応答値θresまでの伝達関数が、次の式で表わせる。
【００５４】
【数２２】
2008217410.tif 000014
【００５５】
上記数２２より、アクチュエータ２の位置応答値θres，速度応答値θ・res，加速度応答値θ・・resは、それぞれ目標となる位置指令値θcmd，速度指令値θ・cmd，加速度指令値θ・・cmdにほとんど遅れなく追従する。したがって、この図２に示すようなシステムで、ロバスト加速度制御を実現する加速度制御システム１を用いて、多軸系（例えば、Ｘ−Ｙテーブル）の軌跡追従制御を行なうと、高速で高精度なモーション制御が可能になる。
【００５６】
次に、上述した図１や図２に示す加速度制御システム１に、モータの電流リミット（飽和）を考慮して、電流リミッタ４１を組み込んだ場合の構成を図３に示す。従来の加速度制御系を基にして、外乱オブザーバ３を用いてロバスト加速度制御系の加速度制御システム１を構築した場合、アクチュエータ２に組み込まれたモータのトルク飽和を回避するために、加算器１０で得られた電流参照値Ｉrefと外乱補償電流値Ｉcmpとを加算した電流値ｉを、一定の範囲内に制限する電流リミッタ４１が設けられる。これにより、例えば高速な軌跡指令値や負荷条件によって、モータの最大トルクを超えるような電流値ｉが生じた場合には、電流リミッタ４１で当該電流値ｉを一定の範囲内の値に制限してアクチュエータ２に出力することで、モータのトルク飽和を回避する。しかし、これまで通り電流次元でリミッタを考慮した場合には、電流飽和時においてアクチュエータ２に対しロバストな加速度制御を維持することが困難になる。
【００５７】
そこで、図４から図５に示すように、図３における外乱オブザーバ３を等価変換する。図４に示す等価変換図では、加速度−電流変換手段９によって、加速度参照値θ・・refをトルク定数のノミナル値Ｋtnで除算し、これを慣性モーメントのノミナル値Ｊnで乗算することで、電流参照値Ｉrefを得る。電流リミッタ４１は、この電流参照値Ｉrefに対し作用する。電流リミッタ４１を通過した電流参照値Ｉrefは、電流−トルク変換手段４２によってトルク定数のノミナル値Ｋtnと乗算され、この乗算した結果のトルク参照値と、外乱トルクＴdisと等価的な要素４３に示された数式の感度関数とを乗算した推定トルク値とを、等価的な減算器４４により減算したものが、トルク−速度変換手段４５に入力するアクチュエータ２のトルク応答値となる。トルク応答値は、トルク−速度変換手段４５によって速度応答値θ・resに変換され、さらにこの速度応答値θ・resは、速度−位置変換手段である積分器３０によって位置応答値θresに変換される。
【００５８】
なお、図４および図５の要素４３に示されるｇ’は、次の式で表せる。
【００５９】
【数２３】
2008217410.tif 000015
【００６０】
一方、図５では、電流リミッタ４１により電流を制限するのを、等価的に加速度リミッタ５１による加速度制限に置き換えたものである。図５によれば、ロバスト加速度制御系では、図３に示す電流リミッタ４１が加速度リミッタ５１として表現できることがわかる。そこで本実施例では、アクチュエータ２の制御装置を構成するコンピュータに、加速度次元でリミッタを考慮する手法として、加速度制限アルゴリズム（Acceleration Limitation Algorithm）を組み込む。
【００６１】
加速度リミッタ５１は、モータの最大トルクを超えるような加速度参照値θ・・refが生じた場合に、当該加速度参照値θ・・refを一定の範囲内の値に制限して、アクチュエータ２を構成するモータの飽和を加速度次元で回避するものである。この加速度リミッタ５１を通して得られた加速度参照値θ・・refと、外乱トルクＴdisと要素５２に示された数式の感度関数とを乗算することで算出された外乱に見合う推定の加速度値とを、等価的な減算器５３により減算したものが、加速度−速度変換手段である積分器５４に入力するアクチュエータ２の加速度応答値となる。加速度応答値は、積分器５４によって速度応答値θ・resに変換され、さらにこの速度応答値θ・resは、速度−位置変換手段である積分器３０によって位置応答値θresに変換される。
【００６２】
図６は、上記加速度制限アルゴリズムを実行する加速度制限手段６１の構成を示したものである。加速度制限手段６１は、外乱補償加速度θ・・RBcmpと、加速度制御システム１のフィードバック系の加速度参照値θ・・FBrefと、加速度制御システム１のフィードフォワード系の加速度参照値θ・・FFrefとを入力とし、これらの各加速度値の合計である加速度参照値θ・・ref＝θ・・RBcmp＋θ・・FBref＋θ・・FFrefと、モータの最大加速度θ・・MAXとの比較結果により、加速度飽和を考慮した最終的な加速度参照値θ・・〜ref（以下、図や数式以外では、最終値を「〜」として便宜上あらわし、対応する記号の後に併記する。）を算出するものである。
【００６３】
ここで、ロバスト加速度制御を実現するための外乱補償加速度θ・・RBcmpは、外乱オブザーバ３で算出される外乱トルク推定値＾Ｔdisに、トルク−加速度変換手段６２により慣性モーメントのノミナル値Ｊnを乗算して算出される。また、フィードバック系の加速度参照値θ・・FBrefは、目標となるフィードバック参照値と、アクチュエータ２の実際の動作から得られた応答値との偏差を減算器６３で算出し、この偏差値に要素６４による適切なフィードバックゲインＧFBを乗算して算出される。このフィードバック参照値や応答値は加速度以外であってもよく、それらから要素６４により加速度参照値θ・・FBrefが算出されるように構成すればよい。
【００６４】
前記加速度リミッタ５１は、加算器６５で算出される合計の加速度参照値θ・・refが、予め設定された最大加速度θ・・MAXを越えたときに、アクチュエータ２への最終的な加速度参照値θ・・〜refを最大加速度θ・・MAXに制限するものであるが、これは実際には、外乱補償加速度θ・・RBcmpを調整するのに、この外乱補償加速度θ・・RBcmpに乗算されるＲＢ項調整率ｋ１と、フィードバック系の加速度参照値θ・・FBrefを調整するのに、この加速度参照値θ・・FBrefに乗算されるＦＢ項調整率ｋ２と、フィードフォワード系の加速度参照値θ・・FFrefを調整するのに、この加速度参照値θ・・FFrefに乗算されるＦＦ項調整率ｋ３とを決定し、その調整した各値を加算器６５で合計することで、最終的な加速度参照値θ・・〜refを算出する機能を有する。なお図６では、ＲＢ項調整率ｋ１，ＦＢ項調整率ｋ２およびＦＦ項調整率ｋ３の各決定手段として、要素６６〜６８が示されている。
【００６５】
上記構成の加速度制限手段６１で実現される加速度制限アルゴリズムは、次のような手順で各調整率ｋ１，ｋ２，ｋ３を決定し、加速度飽和を考慮した最終的に調整された加速度参照値θ・・〜refを算出する。
【００６６】
先ず、最初の手順では、外乱補償加速度θ・・RBcmp，加速度参照値θ・・FBref，および加速度参照値θ・・FFrefを、加算器６５によりそのまま合計した加速度参照値θ・・ref（＝θ・・RBcmp＋θ・・FBref＋θ・・FFref）が、最大加速度θ・・MAXを越えているか否かを判定する。ここで、加速度参照値θ・・refが最大加速度θ・・MAXを越えていなければ、すなわちθ・・ref≦θ・・MAXであれば、各調整率ｋ１，ｋ２，ｋ３は１であるとし（ｋ１＝ｋ２＝ｋ３＝１）、合計の加速度参照値θ・・refを、そのまま最終的な加速度参照値θ・・〜refとして出力する。
【００６７】
一方、加速度参照値θ・・refが最大加速度θ・・MAXを越えていれば、すなわちθ・・ref＞θ・・MAXであれば、次の式の関係が満たされるように各調整率ｋ１，ｋ２，ｋ３を決定し、最終的な加速度参照値θ・・〜refが、最大加速度θ・・MAXと等しくなるようにする。
【００６８】
【数２４】
2008217410.tif 000016
【００６９】
ここで、θ・・ref＞θ・・MAXのときに、各調整率ｋ１，ｋ２，ｋ３を調整する例を説明すると、次の数式に示すフィードフォワード調整型では、フィードフォワード（ＦＦ）項であるｋ３・θ・・FBrefを調整することで、他のフィードバック（ＦＢ）項ｋ２・θ・・FBrefや、ロバスト外乱補償（ＲＢ）項ｋ１・θ・・RBcmpの大きさを維持する。
【００７０】
【数２５】
2008217410.tif 000017
【００７１】
また、別のフィードバック調整型では、ＦＢ項を調整することで、他のＦＦ項やＲＢ項の大きさを維持する。これは、次の数式のように表せる。
【００７２】
【数２６】
2008217410.tif 000018
【００７３】
さらに、フィードバック＋フィードフォワード調整型では、ＦＢ項＋ＦＦ項を調整することで、ＲＢ項の大きさを維持する。これは、次の数式のように表せる。
【００７４】
【数２７】
2008217410.tif 000019
【００７５】
軌跡追従制御システム２０は、この調整されたＦＢ項とＦＦ項に基づいて、アクチュエータ２をフィードバックおよびフィードフォワード制御する。多軸系のシステムでは、３つの各調整率ｋ１，ｋ２，ｋ３の値をそれぞれ考慮することで、多軸系への拡張問題への拡張が可能になる。
【００７６】
次に、上記図５に示す加速度制限アルゴリズムの概念を取り入れた多軸系のシステム構成の一例を、図７および図８に基づき説明する。図７は、多軸系の実験システムの外観を示したもので、７１はアクチュエータ制御装置としてのコンピュータで、ここには上述したロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系を実現するアルゴリズムが組み込まれている。コンピュータ７１の入出力ポートは、接続手段であるＰＣＩバス７２を介して、入出力インターフェースであるＰＣＩバスブリッジ７３に接続される。このＰＣＩバスブリッジ７３は、ＡＤ（アナログ−ディジタル変換）ボードや、カウンタボードや、ＤＩＯ（ディジタル入出力）ボードなどを備えて構成される。
【００７７】
一方、この実験システムにおけるアクチュエータ２は、Ｘ方向とＹ方向に沿って移動する２台のテーブル７８に対応して、それぞれ２つのアクチュエータ２Ａ，２Ｂが配設される。Ｘ軸用のアクチュエータ２Ａは、駆動源であるＡＣモータ７５Ａの回転軸に、継手７６Ａを用いてボールスクリュー７７Ａを連結し、このボールスクリュー７７Ａに可動する被制御物であるテーブル７８Ａを螺合して構成される。同様に、Ｙ軸用のアクチュエータ２Ｂも、駆動源であるＡＣモータ７５Ｂの回転軸に、継手７６Ｂを用いてボールスクリュー７７Ｂを連結し、このボールスクリュー７７Ｂに可動するテーブル７８Ｂを螺合して構成される。
【００７８】
そして、コンピュータ７１からＰＣＩバスブリッジ７３を通してインバータ７９Ａに出力される制御信号により、このインバータ７９ＡがＡＣモータ７５Ａを駆動するに十分な交流電流に変換し、これをＡＣモータ７５Ａに供給することにより、ボールスクリュー７７Ａが正方向または逆方向に回転して、テーブル７８Ａがボールスクリュー７７Ａの軸方向に沿って移動する。同様に、コンピュータ７１からＰＣＩバスブリッジ７３を通して別なインバータ７９Ｂに出力される制御信号により、このインバータ７９ＢがＡＣモータ７５Ｂを駆動するに十分な交流電流に変換し、これをＡＣモータ７５Ｂに供給することにより、ボールスクリュー７７Ｂが正方向または逆方向に回転して、テーブル７８Ｂがボールスクリュー７７Ｂの軸方向に沿って移動するようになっている。
【００７９】
インバータ７９ＡからＡＣモータ７５Ａに供給される電流は、電流センサ８１Ａにより検出されると共に、ＡＣモータ７５Ａの回転速度がエンコーダ８２Ａにより検出され、ＰＣＩバスブリッジ７３を通してコンピュータ７１に取り込まれる。また同様に、インバータ７９ＢからＡＣモータ７５Ｂに供給される電流は、電流センサ８１Ｂにより検出されると共に、ＡＣモータ７５Ｂの回転速度がエンコーダ８２Ｂにより検出され、ＰＣＩバスブリッジ７３を通してコンピュータ７１に取り込まれるようになっている。
【００８０】
なお、この場合は、Ｘ，Ｙの２軸に沿ってそれぞれテーブル７８Ａ，７８Ｂを可動させる例を示したが、同様のアクチュエータ２Ａと、これに付随するインバータ７９Ａ，電流センサ８１Ａ，エンコーダ８２Ａを追加すれば、３軸以上の多軸系のシステム構成にも適用できる。
【００８１】
ところで、図７に示すような多軸系のシステムで、ロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御を行なうと、一つの軸の例えばアクチュエータ２Ａが加速度飽和を起こした場合、図５に示すような加速度リミッタ５１を用いても軌跡誤差を生じてしまう。その主な原因は、加速度飽和を起こしていない軸のトルク電流参照値Ｉrefも、目標軌跡からずれないように調整する必要があるからである。
【００８２】
図８は、従来手法による多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示しており、この図のアクチュエータ２以外の各構成は、何れも前記コンピュータ７１内にプログラムとして組み込まれている。ここに示す追跡制御システムは、１つの軸のアクチュエータ２についてのみ示してあり、多軸系ではその軸数に応じて同様の追跡制御システムが設けられる。
【００８３】
８５は、前記加速度制限手段６１に基づくトルク電流リミッタであり、これは軌跡追従制御システム２０から与えられるフィードフォワード系の加速度参照値θ・・FFrefおよびフィードバック系の加速度参照値θ・・FBrefと、外乱オブザーバ３からの外乱トルク推定値＾Ｔdisをトルク−加速度変換手段６２で変換して得た外乱補償加速度θ・・RBcmpとを加算する加算器６５と、この加算器６５の加算結果である加速度参照値θ・・refをトルク電流参照値Ｉrefに変換する加速度−電流変換手段６２と、前記トルク電流参照値Ｉrefを最大トルク電流ＩMAX以下に制限する電流リミッタ４１と、により構成され、この電流リミッタ４１で得られた最終的な電流参照値Ｉ〜refが、アクチュエータ２に供給されるようになっている。
【００８４】
また８６は、トルク飽和によって発生する動的な遅れを調整するモーション指令調整アルゴリズム（Adjustment algorithm of motion command）を備えた遅れ調整手段である。これは、軌跡追従制御においてトルク飽和が発生した場合に、各軸のトルク電流参照値Ｉrefをトルク電流リミッタ８５で調整すると、現サンプル時ではトルク不足状態となり、目標軌跡を追従できなくなって、軌跡誤差が大きくなるのを避けるために、トルク電流リミッタ８５で得られた位置指令調整率γ（ｎ＋１）に基づき、元の時間ｔにおける目標軌跡指令値である位置指令値θcmd（ｔ），速度指令値θ・cmd（ｔ），加速度指令値θ・・cmd（ｔ）を、追従可能な軌跡指令値である位置修正指令値θcmd（ｔ〜），速度修正指令値θ・cmd（ｔ〜），加速度修正指令値θ・・cmd（ｔ〜）に修正するものである。そして、加速度修正指令値θ・・cmd（ｔ〜）はそのまま前記フィードフォワード系の加速度参照値θ・・FFrefとなり、また位置修正指令値θcmd（ｔ〜）および速度修正指令値θ・cmd（ｔ〜）と、フィードバックされた位置応答値θresおよび速度応答値θ・resとの偏差に基づいて、前記フィードバック系の加速度参照値θ・・FBrefが算出される。
【００８５】
図９は、多軸系システムの軸数をＮ（ｉ＝１〜Ｎ）としたときに、ロバスト加速度制御におけるｉ軸目のトルク飽和を示したブロック線図である。ここでのトルク電流リミッタ８５は、図８に示したものを電流成分で合計する構成に書き改めたもので、ｉ軸目の加速度指令値θ・・cmdｉ（前記加速度参照値θ・・FFrefに相当する）は、次の式のように、加速度−電流変換手段８８により加速度指令値のフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiに変換される。
【００８６】
【数２８】
2008217410.tif 000020
【００８７】
また、減算器８９で算出されるｉ軸目の速度参照値ωrefｉと速度応答値ωresｉとの偏差を、速度−加速度変換手段２８により加速度参照値に変換した値（前記加速度参照値θ・・FBrefに相当する）は、次の式のように、別な加速度−電流変換手段９０により速度偏差を補償するフィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiに変換される。
【００８８】
【数２９】
2008217410.tif 000021
【００８９】
さらに外乱トルク推定値＾Ｔdisは、次の式のように、トルク−電流変換手段９１によりロバスト加速度制御を実現するための外乱補償トルク電流ＩRBiに変換される。
【００９０】
【数３０】
2008217410.tif 000022
【００９１】
加算器６５は、加速度指令電流ＩFFi，加減速トルク電流ＩFBi，外乱補償トルク電流ＩRBiの各値を合計したｉ軸目のトルク電流参照値Ｉrefｉ（＝ＩFFi＋ＩFBi＋ＩRBi）を算出し、電流リミッタ４１は、各軸ごとのトルク電流参照値ＩrefｉがＡＣモータ７５（７５Ａ，７５Ｂ，…）の最大トルク電流ＩMAX以下となるように、最終的な電流参照値Ｉ〜refを制限する。
【００９２】
前記図８に示す軌跡追従システムの手法では、アクチュエータ２が加速度飽和を発生すると、前述したロバスト外乱補償（ＲＢ）項の大きさを維持して、フィードフォワード（ＦＦ）項とフィードバック（ＦＢ）項を強調すべき項として、トルク電流の最小許容率αminで各軸を協調している。具体的には、各軸ごとにトルク電流リミッタ８５が、次のようにして加速度トルク電流調整率αを決定する。
【００９３】
先ず、ｉ軸目の外乱補償トルク電流ＩRBiの絶対値が、最大トルク電流ＩMAXを越える場合（ＩMAX＜｜ＩRBi｜）には、そのｉ軸目の調整率αｉを０とする（αｉ＝０）。
【００９４】
次に、ｉ軸目の外乱補償トルク電流ＩRBiの絶対値が、最大トルク電流ＩMAXを越えていない場合であっても、ｉ軸目のトルク電流参照値Ｉrefｉの絶対値が、最大トルク電流ＩMAXを越える場合（ＩMAX＜｜ＩFBi＋ＩFFi＋ＩRBi｜）には、次の式にてｉ軸目の調整率αｉを算出する。
【００９５】
【数３１】
2008217410.tif 000023
【００９６】
つまり、ＩrefｉがＩMAXを越えていれば上段の式で調整率αｉを算出し、Ｉrefｉが−ＩMAX未満であれば下段の式で調整率αｉを算出する。
【００９７】
さらに、ｉ軸目のトルク電流参照値Ｉrefｉの絶対値が、最大トルク電流ＩMAX以下の場合（ＩMAX≧｜ＩFBi＋ＩFFi＋ＩRBi｜）には、そのｉ軸目の調整率αｉを１とする（αｉ＝１）。
【００９８】
各軸のトルク電流参照値Ｉrefｉの協調を考慮する場合、トルク電流リミッタ８５は、各軸毎に決定した調整率αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の中から最小値（最小許容率）αminを抽出し、この最小値αminを用いて各軸のトルク電流参照値Ｉrefｉを次の式のように調整する。ここでは、各軸の加減速トルク電流成分のベクトル方向を維持して、その大きさだけを調整する。
【００９９】
【数３２】
2008217410.tif 000024
【０１００】
そして、こうして求められた最終的なトルク電流参照値Ｉ〜refｉによって、各軸間のアクチュエータ２を協調制御する。
【０１０１】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、図８に示す従来の軌跡追従システムを図７に示すコンピュータ７１に組み込み、円軌跡を描かせたときの実験結果を示している。ここでは、Ｙ軸に８．９ｋｇの負荷を与え、半径１００ｍｍの円軌跡を描かせている。図１０Ａは、Ｘ軸のアクチュエータ２Ａにおける位置θ，（角）速度ω，電流ｉqの指令値と応答値をトレースしたものであり、図１０Ｂは、Ｙ軸のアクチュエータ２Ｂにおける位置θ，（角）速度ω，電流ｉqの指令値と応答値をトレースしたものである。また、このときのＸ軸とＹ軸の各トラッキング誤差と、半径誤差を、図１０Ｃに示す。さらに図１０Ｄは、始動・停止時における軌跡応答の拡大図である。
【０１０２】
従来の軌跡追従システムでは、図１０Ｃに示すように、トルク飽和の発生時において、特にＸ軸のトラッキング誤差が大きくなり、その結果、図１０Ｄに示すように、目標となる正弦波状のＸ−Ｙ軌跡基準値ｐrefに対して、軌跡応答値ｐresが大きく逸れて、軌跡誤差が大きくなっている。
【０１０３】
その理由は、次の式に示すように、加速度α，位置θ，およびその修正値をα〜，θ〜とすると、元の値と修正値との比であらわせる加速度と位置の各許容率が必ずしも同一ではなく、従来法のようにトルク電流の最小許容率αminで各軸を協調しても、軌跡を合わせることができないからである。したがって、多軸系の軌跡追従制御を行なう場合には、電流の次元ではなく位置の次元で各軸を協調しなければならない。
【０１０４】
【数３３】
2008217410.tif 000025
【０１０５】
そこで、このような位置の次元で各軸を協調制御し得るシステムとその手法を、以下に詳しく説明する。図１１は、新たに提案するロバスト加速度制御におけるｉ軸目の加速度飽和を示しており、ここでは前述のトルク電流リミッタ８５に代わり、最大加速度電流リミッタ９４を有する新規なトルク電流リミッタ９５が組み込まれている。また、この図１１において、ＩFBiは速度偏差を補償するフィードバック成分の加減速トルク電流であり、ＩFFiは加速度指令値のフィードフォワード成分の加速度指令電流であり、ＩRBiはロバスト加速度制御を実現するための外乱補償トルク電流である。加速度−電流変換手段８８で変換して得られる加速度指令電流ＩFFiと、加速度−電流変換手段９０で変換して得られる加減速トルク電流ＩFBiは、加算器６５Ａによって加算され、この加算器６５Ａで加算した結果と、トルク−電流変換手段９１で変換して得られる外乱補償トルク電流ＩRBiが、最大加速度電流リミッタ９４内に構成される加算器６５Ｂによって加算される。すなわち、ロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系では、トルク電流飽和が生じない限り、ｉ軸目のＡＣモータ７５のトルク電流参照値Ｉrefｉが、加算器６５Ａ，６５Ｂによって、加速度指令電流ＩFFi，加減速トルク電流ＩFBi，および外乱補償トルク電流ＩRBiの和により算出される。
【０１０６】
ここで、外乱補償トルク電流ＩRBiは、ロバスト制御に必須な成分であるため各軸ごとに大きさを維持する必要がある。また、加減速トルク電流ＩFBiは、各軸によって異なるモデル化誤差による偏差を補償するのに必要であるため、各軸ごとにその大きさを維持しなければならない。さらに、加速度指令電流ＩFFiも目標軌跡を追従させるために必要な項であり、次のサンプル（ｎ＋１）での位置に大きく影響する項である。このようにロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系では，各電流参照値がそれぞれ重要な役割を持っていることがわかる。
【０１０７】
以上より、ロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御系では、加速度指令電流ＩFFi，加減速トルク電流ＩFBi，および外乱補償トルク電流ＩRBiのそれぞれが、大きさを維持しなければ軌跡追従を行うことができない。そこでここでは、目標軌跡を追従させるために必要な加速度指令電流ＩFFiに着目する。この加速度指令電流ＩFFiに関係するＦＦ項は、次のサンプルでの位置に大きく影響する。トルク電流飽和が発生した場合、次サンプルでの位置指令を各軸ごとに調整することで軌跡誤差を生じないようにするため、現サンプルの加速度指令電流ＩFFiは、最適な加速度指令電流Ｉ〜FFiに調整する必要がある。そこで、従来のような電流参照値を最小許容率αminで協調する手法に代えて、複数の軸の中で１軸でもトルク電流飽和が発生した場合に、各軸ごとに最適な加速度指令電流Ｉ〜FFiを、軌跡からずれないように調整した位置指令から逆算することで算出し、各軸ごとにトルク電流参照値を調整する本実施例独自の好ましい手法に改善する。
【０１０８】
ここでは、図７に示すような２軸のＸ−Ｙ方向に移動するテーブル７８Ａ，７８Ｂについて、図１１に示す新たなトルク電流リミッタ９５を適用する。一例として、Ｙ軸のアクチュエータ２Ｂがトルク飽和した場合を考えると、トルク飽和を起こしていないＸ軸のアクチュエータ２Ａに対する次のサンプル（ｎ＋１）における位置指令値θｘcmd（ｎ＋１）は、次の各式からトルク電流リミッタ９５で算出できる。
【０１０９】
【数３４】
2008217410.tif 000026
【０１１０】
【数３５】
2008217410.tif 000027
【０１１１】
但し、Ｔｓは制御系のサンプリング時間であり、θ・avg（ｎ）は現サンプル（ｎ）から次のサンプル（ｎ＋１）までの間の平均速度である。しかし、実際にはＹ軸のアクチュエータ２Ｂがトルク飽和を起こしているので、次サンプル時の位置指令値θｘcmd（ｎ＋１）は、遅れ調整手段８６によって次の式のような修正した位置指令値θ〜ｘcmd（ｎ＋１）に調整する必要がある。
【０１１２】
【数３６】
2008217410.tif 000028
【０１１３】
なお、ｆｘ（ｔ）はｘ軸の位置指令値θｘcmd（ｎ）の時間関数であり、またγ（ｎ＋１）は、後述する位置指令調整率である。
【０１１４】
そこで、次の式のように、上記数３５と数３６が等しくなるようなＩ〜FFx（ｎ）を算出すれば、それが現サンプルにおける最適な加速度指令電流ということになる。
【０１１５】
【数３７】
2008217410.tif 000029
【０１１６】
この最適な加速度指令電流Ｉ〜FFx（ｎ）は、トルク電流リミッタ９５によって次の式から容易に算出できる。
【０１１７】
【数３８】
2008217410.tif 000030
【０１１８】
したがって、トルク電流リミッタ９５で得られる最終的なｘ軸の修正トルク電流参照値Ｉ〜refxは、次の式のようになる。
【０１１９】
【数３９】
2008217410.tif 000031
【０１２０】
以上のことから、新たに提案するフィードフォワード電流修正型のトルク制限アルゴリズムを備えたトルク電流リミッタ９５では、次の手順でトルク飽和対策を実行する。
【０１２１】
先ず、第１のステップでは、各軸に対して位置指令調整率γ（ｎ＋１）iを次のように算出する。この位置指令調整率γ（ｎ＋１）iは、位置の次元での許容率である。ここでＩMAXはＡＣモータ７５の最大トルク電流であり、ロバスト加速度制御系ではロバスト制御の維持を目的とした最大加減速トルク電流ＩaccMAXによるリミッタが存在する。最大加速度電流リミッタ９４は、外乱補償トルク電流ＩRBiの向きを考慮して、最大加減速トルク電流ＩaccMAXを次の式のように導出する。
【０１２２】
【数４０】
2008217410.tif 000032
【０１２３】
つまり、ｉ軸目のトルク電流参照値ＩｉrefがＩMAXを越えていれば上段の式で現サンプルの最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを算出し、Ｉｉrefが−ＩMAX未満であれば下段の式でＩaccMAX（ｎ）iを算出する。そこで、加速度指令電流ＩFFiと加減速トルク電流ＩFBiとの和が、最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合（ＩFFi＋ＩRBi＞ＩaccMAX）、つまりトルク電流参照値Ｉrefｉの絶対値が、最大トルク電流ＩMAXを越える場合、最大加速度電流リミッタ９４は次の式で、各軸ごとに最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出する。
【０１２４】
【数４１】
2008217410.tif 000033
【０１２５】
そして、この最大加速度θ・・max（ｎ）iから、各軸ごとに位置指令調整率γ（ｎ＋１）iを算出する。
【０１２６】
【数４２】
2008217410.tif 000034
【０１２７】
なお、上式において、Ｔｓは現サンプルから次のサンプルまでのサンプリング時間，θ・res（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値，θcmd（ｎ＋１）ｉはｉ軸目の次のサンプルにおける位置指令値，θcmd（ｎ）ｉはｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値である。
【０１２８】
一方、トルク電流参照値Ｉrefｉの絶対値が、最大トルク電流ＩMAX未満である場合、最大加速度電流リミッタ９４は位置指令調整率γ（ｎ＋１）iを１にする。
【０１２９】
次の第２ステップで、トルク電流リミッタ９５は、各軸ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の位置指令調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値の位置指令調整率γ（ｎ＋１）minを抽出し、これを位置指令調整率γ（ｎ＋１）とする。すなわち、γ（ｎ＋１）＝γ（ｎ＋１）minとなり、これによりトルク電流飽和時の許容分が一番大きい軸に、位置の次元で合わせることができ、各軸の協調がなされる。
【０１３０】
さらに第３ステップで、トルク電流リミッタ９５は、以下の式によって、全ての軸ｉにおいて修正したフィードフォワード成分の加速度指令電流Ｉ〜FFi（ｎ）をそれぞれ算出する。
【０１３１】
【数４３】
2008217410.tif 000035
【０１３２】
なお、上式において、θ・ｉres（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける速度応答値であり、θcmdｉ（ｎ）はｉ軸目の現サンプルにおける位置指令値である。
【０１３３】
そして、この修正した加速度指令電流Ｉ〜FFi（ｎ）を利用して、各アクチュエータ２への最終的なトルク電流参照値Ｉ〜refｉを算出する。
【０１３４】
【数４４】
2008217410.tif 000036
【０１３５】
なお、上記第３ステップの手順は、軸ｉにおける位置指令調整率γ（ｎ＋１）が、第２ステップで求めた位置指令調整率γ（ｎ＋１）iと異なる場合であって（すなわち、γ（ｎ＋１）≠γ（ｎ＋１）i）、そうでない場合（γ（ｎ＋１）＝γ（ｎ＋１）i）には、Ｉ〜refｉ＝ＩMAXとなる。
【０１３６】
以上の手順により、多軸系のトルク飽和時において、最適な加速度指令電流Ｉ〜FFiを算出し、それに基づき算出した最終的なトルク電流参照値Ｉ〜refｉで各アクチュエータ２を制御することにより、軌跡誤差を抑制することができる。
【０１３７】
次に、前記位置指令調整率γ（ｎ＋１）を入力として、各軸ｉごとに修正した指令値を出力することで、各軸間での協調動作を可能にする遅れ調整手段８６について説明する。
【０１３８】
図１２は、前記数４２により求めた位置指令ベクトル調整率γ（ｎ＋１）による次サンプルでの位置指令値の調整を図示したものである。ここで、θvector（ｎ＋１）は、次のサンプルでの位置指令ベクトルを示しており、これは次サンプルの位置指令値θcmd（ｎ＋１）から、現サンプルの位置指令値θcmd（ｎ）を減算した値で求められる（θvector（ｎ＋１）＝θcmd（ｎ＋１）−θcmd（ｎ））。また、θ〜vector（ｎ＋１）は、次のサンプルでの修正位置指令ベクトルを示しており、これは次サンプルの修正位置指令値θ〜cmd（ｎ＋１）から、現サンプルの位置指令値θcmd（ｎ）を減算した値で求められる（θvector（ｎ＋１）＝θ〜cmd（ｎ＋１）−θcmd（ｎ））。位置指令調整率γ（ｎ＋１）は、修正位置指令ベクトルθ〜vector（ｎ＋１）を位置指令ベクトルθvector（ｎ＋１）で除算することで算出できる。
【０１３９】
図１２において、次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）は、位置指令の時間関数ｆ（ｔ）より、次の式で算出できる。
【０１４０】
【数４５】
2008217410.tif 000037
【０１４１】
図中のｔ〜’（ｎ＋１）は、各サンプリング間の位置指令を線形近似した場合の現サンプリングでの修正時間であり、サンプリング時間Ｔｓ≒０であれば、ｔ〜（ｎ＋１）＝ｔ〜’（ｎ＋１）としても問題ないため、この式は次のように置き換えることができる。
【０１４２】
【数４６】
2008217410.tif 000038
【０１４３】
そこで、遅れ調整手段８６が実行するモーション指令調整アルゴリズムでは、上式を利用して、次の式のように各軸ｉの次サンプルにおける修正した位置指令値θ〜cmd（ｎ＋１）ｉを生成する。さらに各軸ｉの次サンプルにおける修正した速度指令値θ〜・cmd（ｎ＋１）ｉや、修正した加速度指令値θ・・cmd（ｎ＋１）ｉを生成する。これらの値を軌跡追従制御システム２０に出力することにより、各軸ｉのアクチュエータ２が協調動作されることになる。
【０１４４】
【数４７】
2008217410.tif 000039
【０１４５】
なお、ｆｉ（ｔ）は各軸における位置指令値の時間関数であり、ｇｉ（ｔ）は各軸における速度指令値の時間関数であり、ｈｉ（ｔ）は各軸における加速度指令値の時間関数である。また、Ｔｓは制御系のサンプリング時間である。修正した速度指令値θ〜・cmd（ｎ＋１）ｉや、修正した加速度指令値θ・・cmd（ｎ＋１）の導出で、上段の式は調整率γ（ｎ＋１）i＜１でかつγ（ｎ＋１）min＝γ（ｎ＋１）iの場合であり、調整率γ（ｎ＋１）i＜１でかつγ（ｎ＋１）min≠γ（ｎ＋１）iの場合は、下段の式を適用する。
【０１４６】
図１３Ａ〜図１３Ｄは、図１１に示す本実施例の好適な軌跡追従システムを図７に示すコンピュータ７１に組み込み、円軌跡を描かせたときの実験結果を示している。すなわち、これらの各図は、本実施例の手法を適用したトルク飽和を考慮したロバスト加速度制御に基づく軌跡追従制御の実験結果である。なお、実験条件は、従来の軌跡追従システムと同じく、Ｙ軸に８．９ｋｇの負荷を与え、半径１００ｍｍの円軌跡を描かせている。
【０１４７】
図１３Ａは、Ｘ軸のアクチュエータ２Ａにおける位置θ，（角）速度ω，電流ｉqの指令値と応答値をトレースしたものであり、図１３Ｂは、Ｙ軸のアクチュエータ２Ｂにおける位置θ，（角）速度ω，電流ｉqの指令値と応答値をトレースしたものである。また、このときのＸ軸とＹ軸の各トラッキング誤差と、半径誤差を、図１３Ｃに示す。さらに図１３Ｄは、始動・停止時における軌跡応答の拡大図である。
【０１４８】
ここでは、Ｙ軸でトルク飽和を起こしていることが認められるが、上記最大加速度電流リミッタ９４を含むトルク電流リミッタ９５が、最適な指令値に修正しているために、良好な軌跡応答を得ることができる。
【０１４９】
ところで、急な停止動作や移動方向の反転動作において、アクチュエータ２のトルク飽和が発生した場合、減速トルク不足となる。これにより目標停止位置で止まれなかったり、目標軌跡から外れたりするので、そうした現象を回避するためには、前もってブレーキをかける必要がある。そこで、次に本実施例で提案するブレーキモードアルゴリズム（Braking Mode Algorithm）を説明する。
【０１５０】
図１４は、アクチュエータ２を最大トルクで減速した場合の理想的な減速停止応答を示している。同図において、目標停止位置（target position）は必ず維持しなければならない。しかし、負荷状態により速度応答であるω０が変化するため、ブレーキ開始時間ｔbrakeからブレーキを開始した場合、目標停止位置（target position）は変化してしまう。そこで、負荷状態によって変化するブレーキ開始時間ｔbrakeから停止時間ｔstopまでの移動距離ΔΘerrを算出し、停止位置との偏差からブレーキ開始時間ｔbrakeを推定する。これにより推定したブレーキ開始時間ｔbrakeでブレーキをかけることで、目標停止位置（target position）を行過ぎることなく停止できる。
【０１５１】
停止位置との偏差Θerrは、目標停止位置（target position）と、位置応答値θresとの関係から次の式で算出できる。
【０１５２】
【数４８】
2008217410.tif 000040
【０１５３】
また次の式は、クーロン摩擦を考慮して、図１４に示す減速時の最適プロファイルより求めた減速開始の閾値である。
【０１５４】
【数４９】
2008217410.tif 000041
【０１５５】
提案するブレーキモードアルゴリズムでは、移動距離ΔΘerr内に停止位置との偏差Θerrが入った場合に、ブレーキ開始時間ｔbrakeに到達したと判断して、最大減速トルクで停止動作をさせる。
【０１５６】
図１５は、前記図１１の概念を応用したトルク飽和を考慮した軌跡追従制御系の一例で、ここでは前述したトルク制限アルゴリズムを実行する最大加速度電流リミッタ９４と、外乱オブザーバ３により外乱補償されたアクチュエータ２との間にスイッチ９８を介在させ、前記ブレーキモードアルゴリズムを実行可能なスイッチ制御手段９９により、このスイッチ９８の切換動作を適切に制御するように構成される。
【０１５７】
ここでは、遅れ調整手段８６からの修正した加速度指令値θ・・cmd（ｔ〜）と、速度−加速度変換手段２８からの加速度参照値θ・・FBrefが、加算器１０１で加算され、その加算した値が加速度−電流変換手段９０により電流値ｉacc（前述のＩFFi＋ＩFBiに相当する）に変換されると共に、トルク−電流変換手段９１により変換された電流値ｉcmp（前述のＩRBiに相当する）と、前記加速度−電流変換手段９０からの電流値ｉaccとを加算器６５Ｂで加算したトルク電流参照値Ｉrefが、最大加速度電流リミッタ９４に出力される。なお、加算器２６，２７の間には、速度リミッタ１０２が接続される。
【０１５８】
さらに、ここでの最大加速度電流リミッタ９４は、スイッチ９８の切換により、減算器１０３で得られる速度参照値ωref＝０と速度応答値θ・resとの偏差を、速度−電流変換手段１０４で変換した電流値に基づいて、アクチュエータ２を速度制御する機能を有する。
【０１５９】
スイッチ制御手段９９は、減速開始時間に達した軸を高速停止モーション軸としてスイッチ９８を切り換え、速度参照値ω’ref＝０の速度制御を行っている。このとき、その軸は最大の減速トルクを出して停止しようとするためトルク飽和が発生し、トルク電流リミッタ９５が実行する「トルクリミテーション（制限）アルゴリズム」により、加速時とは逆の修正最大加速度指令θ・・max（ｎ）が数４１で計算される。これにより位置指令ベクトル調整率γ（ｎ＋１）が発生するため、次サンプルの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を数４５で求めて、次サンプルの他軸の指令値を遅れ調整手段８６で調整する。こうして、停止動作軸と協調させながら停止動作を行い、目標軌跡からずれないように制御することが可能になる。
【０１６０】
その後、位置偏差Θerrが十分小さい値であるΔΘ〜err以下になったときに、位置決め完了時間であると判断し、ブレーキモードアルゴリズムを実行するスイッチ制御手段９９は、スイッチ９８を通常の位置制御系に戻すことにより位置決めを完了する。
【０１６１】
以上のように、本実施例は各軸に可動する複数のアクチュエータ２の動作を個々に制御するアクチュエータ制御装置や制御方法において、アクチュエータ２への外乱を推定する外乱オブザーバ３を備え、この外乱オブザーバ３で得た外乱推定値すなわち外乱トルク推定値＾Ｔdisを外乱補償電流である外乱補償トルク電流ＩRBiに変換し、この外乱補償トルク電流ＩRBiでフィードバック補償して得たアクチュエータ２への電流参照値Ｉrefにより、アクチュエータ２をロバスト加速度制御する加速度制御ステップを実行する加速度制御システム１と、アクチュエータ２を軌跡追従制御させるために、フィードバック成分の電流参照値である加減速トルク電流ＩFBiと、フィードフォワード成分の電流参照値である加速度指令電流ＩFFiとを算出する軌跡追従ステップを実行する軌跡追従制御システム２０と、フィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBi，フィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFi，および外乱補償トルク電流ＩRBiを合計したアクチュエータ２への電流参照値Ｉrefを、予め設定した最大電流値ＩMAX以下に制限するために、フィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを調整するような電流制限ステップを実行する電流リミッタとしてのトルク電流リミッタ９５と、各軸間のアクチュエータ２を協調制御するために、フィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを調整する際に得られる調整率すなわち位置指令調整率γ（ｎ＋１）iから、軌跡追従制御システム２０が算出するフィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを修正するような調整ステップを実行する調整部としての遅れ調整手段８６と、をそれぞれ備えている。
【０１６２】
こうすると、加速度制御システム１によって、アクチュエータ２に対する外乱を補償したロバストな加速度制御が実現され、また軌跡追従制御システム２０によって、アクチュエータ２を目標値に軌跡追従させることで、ロバスト加速度制御に基づく高速モーションの軌跡追従制御が可能になる。しかも、このような制御の下で、アクチュエータ２への電流参照値Ｉrefが最大電流値ＩMAXを越えて飽和した場合に、特に次のサンプルでの位置に大きな影響を及ぼすフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを適切に調整することで、電流飽和を起こしたアクチュエータ２を含めて、全ての軸でアクチュエータ２を軌跡から遅れないように追従制御することが可能になる。また、このフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを調整する際に得られる調整率から、軌跡追従制御システム２０が算出するフィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを修正して、各軸間でアクチュエータ２を協調動作させることが可能になる。
【０１６３】
また、本実施例における外乱オブザーバ３は、上記数２１に示すような関係式で外乱トルク推定値＾Ｔdisを算出するものにおいて、その極ｇが無限大になるように構成されている。このようにすれば、アクチュエータ２への加速度参照値θ・・refから加速度応答値θ・・resまでの伝達関数を１とみなすことができ、目標指令値に対しアクチュエータ２がほぼ遅れなく追従して応答するので、ロバストな軌跡追従制御をより完全に実現できる。
【０１６４】
また、本実施例における各軸のトルク電流リミッタ９５は、電流制限ステップを実行する上で、何れか一つの軸でアクチュエータ２が電流飽和を起こすと、全ての軸でアクチュエータ２が軌跡からずれないような位置指令の調整率γ（ｎ＋１）iを算出し、この調整率γ（ｎ＋１）iを用いて、各軸毎にフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiから調整した最終的な加速度指令電流Ｉ〜FFiを算出しているので、各軸のアクチュエータ２を軌跡追従制御する上で必要な調整した加速度指令電流Ｉ〜FFiを、位置指令の調整率γ（ｎ＋１）iから簡単に算出できる。
【０１６５】
具体的に、各軸のトルク電流リミッタ９５は、ロバスト制御を維持するためのｉ軸目の現サンプルｎにおける最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを上記数４０で算出し、フィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiとフィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiとの和が、最大加減速トルク電流ＩaccMAXよりも大きくなった場合に、上記数４１からｉ軸目の最大加速度θ・・max（ｎ）iを算出して、位置指令調整率γ（ｎ＋１）iを上記数４２で算出する。次に、各軸ｉの位置指令調整率γ（ｎ＋１）iの中から最小値γ（ｎ＋１）minを抽出して、フィードフォワード成分の加速度指令電流を調整した値Ｉ〜FFi（ｎ）を、数４３から算出する。
【０１６６】
このような手順で、飽和時にその軸の最大加減速トルク電流ＩaccMAX（ｎ）iを判定し、この判定結果から、アクチュエータ２に対するロバスト加速度制御を確実に行いつつ、最適な位置指令の時間的縮小率である調整率γ（ｎ＋１）iひいては加速度指令電流の調整値Ｉ〜FFi（ｎ）を算出することが可能になる。
【０１６７】
さらに、各軸の遅れ調整手段８６は、調整ステップを実行する上で、上記数４５から前記位置指令調整率γ（ｎ＋１）に基づく次サンプルでの修正時間ｔ〜（ｎ＋１）を算出し、この修正時間に基づき、フィードバック成分の加減速トルク電流ＩFBiおよびフィードフォワード成分の加速度指令電流ＩFFiを修正している。
【０１６８】
これにより、前記位置指令調整率γ（ｎ＋１）iから、全ての軸のアクチュエータ２を協調動作させる最適な軌跡指令の調整を行なうことが可能になる。
【０１６９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。本発明の概念は、図７に示す実験装置以外の、各種メカトロニクス機器の軌跡追従制御（高速モーション制御）にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
従来のトルク飽和対策は、基本的には速度ＰＩ制御系に基づく手法であったため、ロバスト加速度制御系を前提としたモーション制御には必ずしも適さない場合が多かった。しかし、上記実施例では、ロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を新たに定義し、最適なフィードフォワードトルク電流指令の修正を行なうため、従来の問題を解決することができる。さらに、他軸系システムにおける強調動作を同時に考慮することにより、理論的には無限の軸を有する多軸系システムの制御において、軌跡誤差を発生することなく軌跡追従を行なうことが可能になる。
【０１７１】
このように、ロバスト加速度制御に基づいたトルク飽和対策を行なうことで、従来技術の壁を大きく越えた高精度な軌跡追従制御が可能となり、現在産業界で実現されている各種工作機械やロボットなどへの導入により、生産技術におけるモーションコントロールを一新することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】本発明のアクチュエータ制御装置が適用する外乱オブザーバを用いたロバスト加速度制御系のシステムの一例を示すブロック線図である。
【図２】図１のロバスト加速度制御系に基づく軌跡追従制御系のブロック線図である。
【図３】図１や図２に示す制御システムに、電流リミッタを組み込んだ構成を示すブロック線図である。
【図４】図３に示すシステムを等価変換したブロック線図である。
【図５】図３に示すシステムをさらに等価変換したブロック線図である。
【図６】本発明における加速度制限アルゴリズムを実行する加速度制限手段の構成を示すブロック線図である。
【図７】多軸系の実験システムの外観を示した概略説明図である
【図８】従来手法による多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示すブロック線図である。
【図９】ロバスト加速度制御におけるｉ軸目のトルク飽和を示したブロック線図である。
【図１０Ａ】従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｘ軸の位置，速度，電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。
【図１０Ｂ】従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｙ軸の位置，速度，電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。
【図１０Ｃ】従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｘ軸とＹ軸の各トラッキング誤差と、半径誤差の波形図である。
【図１０Ｄ】従来の軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、始動・停止時における軌跡応答の拡大波形図である。
【図１１】本実施例の好ましい手法において、多軸系のロバスト加速度制御に基づくトルク飽和を考慮した軌跡追従システムの一例を示すブロック線図である。
【図１２】同上、算出した位置指令調整率による次サンプルでの位置指令値の調整イメージを示すグラフである。
【図１３Ａ】本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｘ軸の位置，速度，電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。
【図１３Ｂ】本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｙ軸の位置，速度，電流の指令値と応答値をトレースした波形図である。
【図１３Ｃ】本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、Ｘ軸とＹ軸の各トラッキング誤差と、半径誤差の波形図である。
【図１３Ｄ】本実施例の好ましい軌跡追従システムを用いて円軌跡を描かせたときの実験結果を示し、始動・停止時における軌跡応答の拡大波形図である。
【図１４】最大トルクで減速した場合の理想的な減速停止応答を示す、位置，速度，電流の各グラフである。
【図１５】図１１の概念を応用したトルク飽和を考慮した軌跡追従制御系の一例を示すブロック線図である。
【図１６】一般的なサーボ形のシステム構成を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  加速度制御システム（加速度制御部）
２  アクチュエータ
３  外乱オブザーバ
２０  軌跡追従制御システム（軌跡追従制御部）
８６  遅れ調整手段（調整部）
９５  トルク電流リミッタ（電流リミッタ）
【図１】
2008217410.tif 000052
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図７】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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