(57)【要約】【課題】共振周波数が低い機械でも、高速応答で振動のない自動調整ができるサーボ制御装置と定数自動調整方法を提供する。【解決手段】サーボ制御装置において、速度指令をフィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する指令フィルタ（１９Ｂ）と、速度指令を制振型フィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する振動抑制フィルタ（１９Ａ）と、トルク指令とモータ速度から総慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部（１６）と、トルク指令とモータ速度からモータ振動を検出してモータ振動周波数を解析する振動検出部（１７）と、モータ速度に振動がなく高速応答になるよう前記速度制御部の速度制御ゲインと指令フィルタと振動抑制フィルタの定数を調整し、かつ、指令フィルタが振動抑制フィルタかを選択する定数調整部（１８）と、を備えた。【選択図】図１
2008259271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御しモータおよび前記モータが駆動する負荷を前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、
前記速度指令をフィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する指令フィルタと、
前記速度指令を制振型フィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する振動抑制フィルタと、
前記トルク指令と前記モータ速度から総慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部と、
前記トルク指令と前記モータ速度からモータ振動を検出してモータ振動周波数を解析する振動検出部と、
前記モータ速度に振動がなく高速応答になるよう前記速度制御部の速度制御ゲインと前記指令フィルタと前記振動抑制フィルタの定数を調整し、かつ、前記指令フィルタが前記  振動抑制フィルタかを選択する定数調整部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令をフィルタ処理をして新たなトルク指令を生成するトルク指令フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
前記トルク指令フィルタは、ローパスフィルタとノッチフィルタの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項２記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
定数調整部は、モータ振動周波数と速度制御ゲインに対応して前記ローパスフィルタの定数を変更することを特徴とする請求項３記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
定数調整部は、モータ振動周波数と速度制御ゲインに対応して前記ノッチフィルタの周波数を変更することを特徴とする請求項３記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
前記振動抑制フィルタは、高次フィルタと機械系の逆伝達関数によるフィードフォワード指令生成部とを備えることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項７】
前記定数調整部は、前記モータ振動周波数と前記総慣性モーメントからフィードフォワード指令生成部の定数を生成することを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
位置指令とモータ位置から速度指令を生成する生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御し、モータを前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、
前記速度指令をフィルタ処理をして新たな位置指令と速度フィードフォワード指令とトルクフィードフォワード指令を生成する指令フィルタと、
前記速度指令を制振型フィルタ処理をして新たな位置指令と速度フィードフォワード指令とトルクフィードフォワード指令を生成する振動抑制フィルタと、
前記トルク指令と前記モータ速度から総慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部と、
前記トルク指令と前記モータ速度からモータ振動を検出してモータ振動周波数を解析する振動検出部と、
前記モータ速度に振動がなく高速応答になるよう前記位置制御部の位置制御ゲインと前記速度制御部の速度制御ゲインと前記指令フィルタと前記振動抑制フィルタの定数を調整し、かつ、前記指令フィルタが前記振動抑制フィルタかを選択する定数調整部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項９】
前記トルク指令をフィルタ処理をして新たなトルク指令を生成するトルク指令フィルタを備えることを特徴とする請求項８記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記トルク指令フィルタはローパスフィルタとノッチフィルタの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項９記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
定数調整部は、モータ振動周波数と位置制御ゲインと速度制御ゲインに対応して前記ローパスフィルタの定数を調整することを特徴とする請求項１０記載のサーボ制御装置。
【請求項１２】
定数調整部は、モータ振動周波数と位置制御ゲインと速度制御ゲインに対応して前記ノッチフィルタの周波数を調整することを特徴とする請求項１０記載のサーボ制御装置。
【請求項１３】
前記振動抑制フィルタは、高次フィルタと機械系の逆伝達関数によるフィードフォワード指令生成部とを備えることを特徴とする請求項８記載のサーボ制御装置。
【請求項１４】
定数調整部は、モータ振動周波数と総慣性モーメントからフィードフォワード指令生成部の定数を生成することを特徴とする請求項１３記載のサーボ制御装置。
【請求項１５】
前記定数調整部は、前記位置指令の払い出しが完了してから前記位置指令と前記モータ位置の差である位置偏差が所定値以下になるまでの整定時間を計測する整定時間計測部を備え、前記振動抑制フィルタを使用した場合と前記指令フィルタを使用した場合の整定時間を比較して整定時間が短い方のフィルタを選択することを特徴とする請求項８記載のサーボ制御装置。
【請求項１６】
位置指令とモータ位置から速度指令を生成する生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御し、モータを前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置の定数自動調整方法において、
位置制御部と速度制御部の制御ゲインを調整するステップと、
モータ振動があるかどうかを検出するステップと、
振動があった場合は振動抑制フィルタの定数を設定し再び制御ゲインの調整にもどるステップと、
振動がない場合には指令フィルタの定数を調整するステップと、
モータ振動があるかどうか検出するステップと、
振動がある場合は再び指令フィルタの調整にもどるステップと、
振動がないときの第１整定時間を測定するステップと、
振動抑制フィルタが調整済かどうか判定するステップと、
調整済の場合は振動抑制フィルタを解除するステップと、
指令フィルタを調整するステップと、
このときの第２整定時間を測定するステップと、
第１整定時間と第２整定時間の短い方の調整値を選択するステップと、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置の定数自動調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御定数を自動調整できるサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サーボ制御装置の定数の自動調整は図４のフローチャートに従って整定時間が短くなるように行っている。まず、速度偏差やトルク指令波形などの高周波成分が大きくならない程度に速度制御系の速度制御ゲインを調整して（Ｓ３１）、次にオーバシュートせず振動も発生しないように指令フィルタの定数を調整していた。（Ｓ３２）
また、従来の振動抑制フィルタは特許文献１に開示されている。特許文献１は、振動要素を有する制御対象を振動なく、かつ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように、サーボ制御部に入力する指令を最適指令に加工するもので、指令に対してＮ次フィルタ処理をして四則演算部でフィードフォワード指令を生成するものである。図５は特許文献１に開示された従来技術の構成図である。１０１がＮ次フィルタ処理部、１０２が四則演算部である。
【特許文献１】特開２００２−２４１８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の定数自動調整では、低周波数の機械共振を持つ機械で、機械共振の影響で振動が抑えられない場合があり、位置偏差が所定値以内に入ったときに生成される位置決め完了信号に割れが生じ、位置決め完了が定まらない。このため、制御ゲインを低くせざるを得ず整定時間が長くかかるという問題があった。
また、低周波数帯域に機械共振があってもトルクフィードフォワード、速度フィードフォワードを使用した方が整定時間が短くできる場合があり、定数の自動調整ができないという問題があった。
【０００４】
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、共振周波数が低い機械でも、位置決め完了信号に割れがない自動調整ができるサーボ制御装置と定数自動調整方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御しモータおよび前記モータが駆動する負荷を前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、前記速度指令をフィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する指令フィルタと、
前記速度指令を制振型フィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する振動抑制フィルタと、前記トルク指令と前記モータ速度から総慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部と、前記トルク指令と前記モータ速度からモータ振動を検出してモータ振動周波数を解析する振動検出部と、前記モータ速度に振動がなく高速応答になるよう前記速度制御部の速度制御ゲインと前記指令フィルタと前記振動抑制フィルタの定数を調整し、かつ、前記指令フィルタが前記振動抑制フィルタかを選択する定数調整部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーボ制御装置において、前記トルク指令をフィルタ処理をして新たなトルク指令を生成するトルク指令フィルタを備えることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載のサーボ制御装置において、前記トルク指令フィルタは、ローパスフィルタとノッチフィルタの少なくとも一方を備えることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のサーボ制御装置において、定数調整部は、モータ振動周波数と速度制御ゲインに対応して前記ローパスフィルタの定数を変更することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４３記載のサーボ制御装置において、定数調整部は、モータ振動周波数と速度制御ゲインに対応して前記ノッチフィルタの周波数を変更することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載のサーボ制御装置において、前記振動抑制フィルタは、高次フィルタと機械系の逆伝達関数によるフィードフォワード指令生成部とを備えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１記載のサーボ制御装置において、前記定数調整部は、前記モータ振動周波数と前記総慣性モーメントからフィードフォワード指令生成部の定数を生成することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、位置指令とモータ位置から速度指令を生成する生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御し、モータを前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、前記速度指令をフィルタ処理をして新たな位置指令と速度フィードフォワード指令とトルクフィードフォワード指令を生成する指令フィルタと、前記速度指令を制振型フィルタ処理をして新たな位置指令と速度フィードフォワード指令とトルクフィードフォワード指令を生成する振動抑制フィルタと、前記トルク指令と前記モータ速度から総慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定部と、前記トルク指令と前記モータ速度からモータ振動を検出してモータ振動周波数を解析する振動検出部と、前記モータ速度に振動がなく高速応答になるよう前記位置制御部の位置制御ゲインと前記速度制御部の速度制御ゲインと前記指令フィルタと前記振動抑制フィルタの定数を調整し、かつ、前記指令フィルタが前記振動抑制フィルタかを選択する定数調整部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項８記載のサーボ制御装置において、前記トルク指令をフィルタ処理をして新たなトルク指令を生成するトルク指令フィルタを備えることを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、請求項９記載のサーボ制御装置において、前記トルク指令フィルタはローパスフィルタとノッチフィルタの少なくとも一方を備えることを特徴とするものである。
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載のサーボ制御装置において、定数調整部は、モータ振動周波数と位置制御ゲインと速度制御ゲインに対応して前記ローパスフィルタの定数を調整することを特徴とするものである。
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載のサーボ制御装置において、定数調整部は、モータ振動周波数と位置制御ゲインと速度制御ゲインに対応して前記ノッチフィルタの周波数を調整することを特徴とするものである。
請求項１３記載の発明は、請求項８記載のサーボ制御装置において、前記振動抑制フィルタは、高次フィルタと機械系の逆伝達関数によるフィードフォワード指令生成部とを備えることを特徴とするものである。
請求項１４記載の発明は、請求項１３記載のサーボ制御装置において、定数調整部は、モータ振動周波数と総慣性モーメントからフィードフォワード指令生成部の定数を生成することを特徴とするものである。
請求項１５記載の発明は、請求項８記載のサーボ制御装置において、前記定数調整部は、前記位置指令の払い出しが完了してから前記位置指令と前記モータ位置の差である位置偏差が所定値以下になるまでの整定時間を計測する整定時間計測部を備え、前記振動抑制フィルタを使用した場合と前記指令フィルタを使用した場合の整定時間を比較して整定時間が短い方のフィルタを選択することを特徴とするものである。
請求項１６記載の発明は、位置指令とモータ位置から速度指令を生成する生成する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいて電流を制御し、モータを前記速度指令に追従させる電流制御部と、を備えたサーボ制御装置の定数自動調整方法において、位置制御部と速度制御部の制御ゲインを調整するステップと、モータ振動があるかどうかを検出するステップと、振動があった場合は振動抑制フィルタの定数を設定し再び制御ゲインの調整にもどるステップと、振動がない場合には指令フィルタの定数を調整するステップと、モータ振動があるかどうか検出するステップと、振動がある場合は再び指令フィルタの調整にもどるステップと、振動がないときの第１整定時間を測定するステップと、振動抑制フィルタが調整済かどうか判定するステップと、調整済の場合は振動抑制フィルタを解除するステップと、指令フィルタを調整するステップと、このときの第２整定時間を測定するステップと、第１整定時間と第２整定時間の短い方の調整値を選択するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、制振制御型の振動抑制フィルタを使用して調整したときの整定時間と通常の指令フィルタを使用して調整したときの整定時間を比較して、整定時間が短いほうのフィルタを選択するので、高速応答で振動しない自動調整ができるサーボ制御装置と定数自動調整方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に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】
【０００８】
図１は本発明の実施例１の速度制御形サーボ制御装置の構成図である。
図１において、１１は速度制御部、１２は電流制御部、１３はモータ、１４は検出器、１５は負荷、１６は慣性モーメント同定部、１７はモータ振動検出部、１８は定数調整部、１９Ａは振動抑制指令フィルタ、１９Ｂは指令フィルタ、２０はスイッチである。
【０００９】
次に動作について説明する。振動抑制指令フィルタ１９Ａは速度指令を制振制御型のフィルタ処理をして新たな速度指令とトルクフィードフォワード指令を生成する。制振制御型のフィルタとは、速度指令を、まず高次のフィルタ処理をしたのち、複数階の微分をとり、機械の速度／トルクの逆伝達関数の微分項を係数としてトルクフィードフォワード指令と新たな速度指令を生成するものである。指令フィルタ１９Ｂは速度指令を制振制御を用いないフィルタ処理をして新たな速度指令と速度指令を微分し定数αを乗じてトルクフィードフォワード指令を生成する。定数αは、モータ１４および負荷１６の慣性モーメントや速度指令とモータ速度のオーバシュート量などから決定される。スイッチ２０は定数調整部１８の選択信号に基づき振動抑制指令フィルタか指令フィルタかを選択する。速度制御部１１は速度指令とモータ速度の差の速度偏差を制御処理をし、フィルタ処理をしてトルク指令を生成する。このときの制御処理は、比例制御、積分制御、微分制御の少なくとも１つを実行する。
さらに、速度制御部はトルク指令とトルクフィードフォワード指令を加算して新たなトルク指令を生成する。トルクフィードフォワード指令の加算はフィルタ処理の前でも後でもよい。電流制御部１３は、トルク指令を電流指令に変換し、モータの電流との差の電流偏差を制御処理して電圧指令を生成し、されにＰＷＭ信号に変換し、電力増幅をしてモータを駆動する。
【００１０】
次に本発明の特徴部分を説明する。慣性モーメント同定部１６はトルク指令とモータ速度から機械系の総慣性モーメントを同定し、振動検出部１７はトルク指令とモータ速度からモータ振動を検出して振動周波数を解析する。定数調整部１８は、モータ振動周波数と総慣性モーメントから機械の伝達関数を生成し、逆伝達関数をもとめて、トルクフィードフォワードの係数を生成する。また、定数調整部１８は、モータが振動しない程度の制御ゲインをもとめ速度制御部１１の制御ゲインを設定し、指令フィルタ１９Ｂのフィルタ定数とトルクフィードフォワード係数をモータ振動周波数と制御ゲインに基づいて算定する。さらに、定数調整部１８は、速度制御部１１がトルク指令フィルタを備えている場合、速度制御部１１のトルク指令フィルタのフィルタ定数を、モータ振動周波数と制御ゲインに基づいて調整する。
また、定数調整部２０は、整定時間測定部を内部に備えており、速度指令払い出し後の速度偏差が所定値以下になる整定時間を測定し、振動抑制指令フィルタを使用したときの第１整定時間と、指令フィルタを使用したときの第２整定時間を比較し、整定時間の短いほうのフィルタを選択する。
【実施例２】
【００１１】
図２は本発明の実施例２の位置制御形サーボ制御装置の構成図である。
実施例２は実施例１に対して位置制御部が追加された点が異なる。図２において、２１は位置制御部、１１は速度制御部、１２は電流制御部、１３はモータ、１４は検出器、１５は負荷、１６は慣性モーメント同定部、１７はモータ振動検出部、１８は定数調整部、１９Ａは振動抑制指令フィルタ、１９Ｂは指令フィルタ、２０はスイッチである。
【００１２】
次に、実施例２の特徴的な部分を説明する。位置制御部２１は位置指令とモータ位置の差の位置偏差を制御処理をして速度指令を生成する。ここで制御処理とは、比例制御、積分制御、微分制御のうち少なくとも１つを実行する。振動抑制指令フィルタ１９Ａは位置指令を制振制御型のフィルタ処理をして新たな位置指令と速度フィードフォワード指令とトルクフィードフォワード指令を生成する。
制振制御型のフィルタとは、位置指令を、まず高次のフィルタ処理をしたのち、複数階の微分をとり、機械の位置／トルクの逆伝達関数の各微分項を係数として速度フィーフォフォワード指令を生成し、機械の位置／トルクの逆伝達関数の各微分項を係数としてトルクフィードフォワード指令を生成する。フィルタ指令フィルタ２２Ｂは位置指令を制振制御を用いないフィルタ処理をして新たな位置指令と位置指令を微分し定数βを乗じて速度フィードフォワード指令を生成し、位置指令を２階微分し定数αを乗じてトルクフィードフォワード指令を生成する。
定数αは、モータ１４および負荷１６の慣性モーメントや速度指令とモータ速度のオーバシュート量などから決定される。定数βは位置指令とモータ位置から得られるオーバシュート量などから決定される。
定数調整部１８は、位置制御ゲインと速度制御ゲインとモータ振動周波数と総慣性モーメントから機械の伝達関数を生成し、逆伝達関数をもとめて、速度フィードフォワード指令の係数とトルクフィードフォワード指令の係数を生成する。また、定数調整部１８は、指令フィルタ１９Ｂのフィルタ定数と速度フィードフォワード指令の係数とトルクフィードフォワード指令の係数をモータ振動周波数に基づいて生成する。さらに、定数調整部１８は、速度制御部１１がトルク指令フィルタを備えている場合、速度制御部１１のトルク指令フィルタのフィルタ定数を、位置制御ゲインと速度制御ゲインとモータ振動周波数に基づいて調整する。また、定数調整部１８は、整定時間測定部を内部に備えており、位置指令払い出し後の位置偏差が所定値以下になる整定時間を測定し、振動抑制指令フィルタを使用したときと、指令フィルタを使用したとき整定時間を比較し、整定時間の短いほうのフィルタを選択する。
【実施例３】
【００１３】
図３は、本発明の定数調整方法を示すフローチャートである。ステップＳ１１で制御ゲインを調整し、ステップＳ１２でモータ振動があるかどうかを検出し、モータ振動がある場合はステップＳ１３で振動抑制フィルタを設定しステップＳ１１にもどり制御ゲインを再調整する。次にステップＳ１４で指令フィルタを調整する。ステップＳ１５でモータ振動があるかどうかを検出し、振動がある場合はステップＳ１４にもどり指令フィルタを再調整する。次にステップＳ１６で第１整定時間を測定し、ステップＳ１７で振動抑制フィルタの調整が済んでいるかどうか判定し、済んでいればステップＳ１８で振動抑制フィルタを解除し、ステップＳ１９で指令フィルタを調整し、ステップＳ２０で第２整定時間を整定する。次にステップＳ２１で第１整定時間と第２整定時間を比較し、整定時間が短いほうを選択する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例２の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例３の定数調整方法を示すフローチャートである。
【図４】従来の定数調整方法を示すフローチャートである。
【図５】従来のサーボ制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００１５】
１１  速度制御部
１２  電流制御部
１３  モータ
１４  検出器
１５  負荷
１６  慣性モーメント同定部
１７  振動検出部
１８  定数調整部
１９Ａ  振動抑制指令フィルタ
１９Ｂ  指令フィルタ
２０  スイッチ
２１  位置制御部
【図１】
2008259271.tif 000003
【図２】
2008259271.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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