(57)【要約】【課題】モータ軸の共振特性が存在する状況下において、モータ軸による軸摩擦を抑圧する補償制御が可能なサーボ制御装置を提供する。【解決手段】サーボ制御装置が、モータ１と、モータ１のモータ軸２の回転位置を検出する回転位置検出部４と、所定値及び回転位置からモータ１へのモータトルク指令を生成する制御系５とを備え、回転位置とモータ１への印可電圧とに基づいて、外乱要素のうちのモータ軸２近傍に発生する摩擦トルクを推定し、摩擦トルクから印可電圧に加算される補償電圧を生成するオブザーバ９を備える。【選択図】図４
2008059362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータのモータ軸の回転位置を検出する検出部と、前記回転位置を用いて前記モータへのモータトルク指令を生成する制御系とを備えたサーボ制御装置であって、
前記回転位置と前記モータへの印可電圧とに基づいて、外乱要素のうちの前記モータ軸近傍に発生する摩擦トルクを推定し、前記摩擦トルクから前記印可電圧に加算される補償電圧を生成する外乱オブザーバを備えたことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
モータと、前記モータのモータ軸の回転速度を検出する検出部と、前記回転速度を用いて前記モータへのモータトルク指令を生成する制御系とを備えたサーボ制御装置であって、
前記回転速度と前記モータへの印可電圧とに基づいて、外乱要素のうちの前記モータ軸近傍に発生する摩擦トルクを推定し、前記摩擦トルクから前記印可電圧に加算される補償電圧を生成する外乱オブザーバを備えたことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項３】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転位置に基づいて、前記モータが駆動する駆動対象物から前記モータ軸に加わる反力トルクを推定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４】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転速度に基づいて、前記モータが駆動する駆動対象物から前記モータ軸に加わる反力トルクを推定す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５】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転位置と前記印可電圧とに基づいて、前記モータ軸周りに発生する指令トルクを推定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６】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転速度と前記印可電圧とに基づいて、前記モータ軸周りに発生する指令トルクを推定す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７】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転位置に基づいて、前記駆動対象物に加わる駆動トルクを推定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】
前記外乱オブザーバにおける前記摩擦トルクの推定は、前記回転速度に基づいて、前記駆動対象物に加わる駆動トルクを推定す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９】
前記外乱オブザーバは、前記摩擦トルクを監視する監視部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記外乱オブザーバにおける前記補償電圧の生成は、前記摩擦トルクに含まれる高周波数成分をフィルタリングする計算を行うことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば負荷を回転させる駆動軸に大きな摩擦トルクが存在する状況下で位置決め制御を行う軸摩擦の補償技術に用いて好適な、サーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、対象物への追跡や監視を行うシステムにおいては、カメラを固定するベース部をモータ駆動によって回転させることにより、カメラの向きを対象物に追従又は追尾させるようにしている。追従システムが屋外で利用される場合は、電子機器等を保護するために、防塵用又は防滴用のシール部材がシャフト等のモータ軸に装着される。モータ軸が回転すると、シール部材によって摩擦がモータ軸に作用するため、モータ軸の回転角度についての位置決めする場合、その位置決めの精度は、シール部材がモータ軸に取り付けられていない場合と比べて劣化する。
【０００３】
追従システムが、モータ軸に作用する摩擦トルクの値を計測可能な場合には、通常、モータ軸の回転角度の位置と目標位置との誤差をフィードバックする制御系を用いて回転角度の位置決めを行う。モータ軸は、その回転が妨げられない程度に、シール部材によって締め付けられるが、計測された摩擦トルク値以上の値をもつ駆動トルクが出力されるように制御量がフィードバックされなければ、モータ軸が回転せず、位置決めの誤差が生じる。また、位置決め制御の指令が開始されてから、摩擦トルク以上の値をもつ駆動トルクが発生するまでの間、モータ軸が回転しないため、位置決め整定時間が増大する。従って、従来の追従システムでは、シール部材による摩擦によるトルクの損失が考慮され、位置決めの制御系のゲインを高くして摩擦の効果が発揮されるように制御系が設計される。
【０００４】
従来技術としては、モータに作用する外乱を推定するオブザーバを用いて振動系メカの負荷の振動を抑制するサーボ技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。位置決め精度を向上させる技術についても提案されている（例えば、特許文献２、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９９４９５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６７２９６号公報
【非特許文献１】梅野孝治：外乱オブザーバに基づく車両状態量推定、豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー  Vol. 29 No. 4 (1994.12)
【非特許文献２】井出勇治ほか：サーボシステムに活きる制御技術、SANYO DENKI Technical Report No. 14 Nov. 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術を用いた設計手法によると、負荷に取り付けられたモータ軸の剛性には限界があるため、軸共振特性によって制御系のゲインを高くすることが制限され、モータ軸による軸摩擦を効果的に抑圧することが困難である。また、モータ軸の剛性が高くなるような設計手法では、追尾システムの小型や軽量化が難しい。
【０００６】
トルクセンサ等の付加センサを導入して摩擦の影響による量を検出し、この量をフィードバックするためのフィードバック制御ループを位置決めの制御系に加える手法を用いた設計も可能であるが、付加センサの導入は、追従システムのコストを上昇させるのみならず、センサ毎のばらつきに対して制御系を調整する必要があり、システムが複雑化する。
【０００７】
これらに加え、シール部材がモータ軸に繰り返し摺動することによってシール表面が変化し、この経時変化により摩擦が増大することがあり、シール部材を用いた追尾システムは、その性能が急激に劣化する可能性を有する。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題に鑑み、モータ軸の共振特性が存在する状況下において、モータ軸による軸摩擦を抑圧する補償制御が可能なサーボ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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、モータと、前記モータのモータ軸の回転位置を検出する検出部と、前記回転位置を用いて前記モータへのモータトルク指令を生成する制御系とを備えたサーボ制御装置であって、
前記回転位置と前記モータへの印可電圧とに基づいて、外乱要素のうちの前記モータ軸近傍に発生する摩擦トルクを推定し、前記摩擦トルクから前記印可電圧に加算される補償電圧を生成する外乱オブザーバを備えたことを特徴とするサーボ制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、モータ軸による軸摩擦を抑圧する制御補償が可能となり、位置決め精度や位置決め整定性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るサーボ制御装置について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置は、カメラ追従システムに適用される。本実施形態に係るカメラ追従システムは、図１に示すように、ベース部２４と、アジマス軸回転部（以下、ＡＺ回転部という）２１と、一対の支持部材２２と、エレベーション軸回転部（以下、ＥＬ回転部という）２３を有する。
【００１３】
ここで、ＡＺ回転部２１は、ベース部２４を回転させるものであり、モータ軸としての図示しないシャフトと、シャフトを駆動する不図示の駆動機構を有する。ＡＺ回転部２１の上面には、一対の支持部材２２が固定された状態で立設されている。そして、シャフトの中心軸線の周りに沿って回転自在になっている。
【００１４】
ＥＬ回転部２３は、内部にカメラを搭載するとともに、その両側面部がＡＺ回転部２１上に立設された一対の支持部材２２に軸受けされたものである。このＥＬ回転部２３は、内部に、モータ軸であるシャフトと、このシャフトを駆動する駆動機構とをさらに備え、シャフトの中心軸線の周りに沿って回動可能に構成されている。
【００１５】
ＰＱ間についての模式的な断面は、図２に示すようになっており、ＡＺ回転部２１とベース部２４とが嵌合される連結部分には、防滴、防塵及び防振のためのシール部材２５が装着されている。このシール部材２５は、モータ軸の回転が妨げられない程度に装着される。モータが回転すると、シール部材２５によって、モータ軸に摩擦が作用し、モータ軸としてのシャフトに摩擦力が発生する。
【００１６】
また、ＲＳ間についても、図２に示すように、ＥＬ回転部２３と支持部材２２とが嵌合される連結部分には、摩擦力を発生させるためのシール部材２５が、モータ軸の回転を妨げない程度に装着されている。
【００１７】
これにより、ＡＺ軸周りとＥＬ軸周りとの２つの駆動機構によって、カメラを搭載するＥＬ回転部２３が、ＥＬ軸周りに回動し、また、ＡＺ回転部２１が、ＡＺ軸周りに回動する。従って、本実施形態に係るカメラ追従システムは、ＥＬ軸周り及びＡＺ軸周りの２軸シンバル構造を備えており、この２軸ジンバル構造により、所望の位置にカメラ視線を移動させる。
【００１８】
また、ＥＬ回転部２３、支持部材２２、ＡＺ回転部２１及びベース部２４は、ともに、透明又は半透明の外装部材によって覆われるようにもできる。この外装部材やシール部材２５により、本実施形態に係るカメラ追従システムに内蔵されるカメラや電子機器は、その外界からの影響を遮断されるため、屋外に設置された場合においても保護される。
【００１９】
換言すれば、ＥＬ回転部２３のシャフトには、慣性をもつ負荷として、ＥＬ回転部２３自身及び支持部材２２が取り付けられている。ＡＺ回転部２１のシャフトには、慣性をもつ負荷として、ベース部２４が取り付けられている。各シャフトが回動又は回転する際、各シャフトには、シール部材２５による軸摩擦を含む摩擦力や、負荷による慣性力等の外乱が加わる。外乱要素のうちのモータ軸近傍に発生する主なものは軸摩擦である。本実施形態に係るサーボ制御装置は、ＡＺ軸周りの摩擦力と、ＡＺ軸周りの摩擦力の作用点及びＡＺ軸中心の間のブレーキ半径とを乗じて摩擦トルクを算出する。同様に、本実施形態に係るサーボ制御装置は、ＥＬ軸周りの摩擦力と、ＥＬ軸周りの摩擦力の作用点及びＥＬ軸中心の間のブレーキ半径とを乗じた摩擦トルクを算出する。
【００２０】
本実施形態に係るサーボ制御装置は、負荷を回転させるシャフトに大きな摩擦が存在する状況下において、外乱オブザーバによる摩擦推定値を用いて位置決め制御を行う。サーボ制御装置は、図３に示すように、モータ１と、モータ軸２と、負荷３と、検出器４と、制御部５とを有する。ここで、モータ１は、負荷３を駆動するものである。モータ軸２は、負荷３とモータ１とをつなぐものであり、ＡＺ軸のシャフト又はＥＬ軸のシャフトをさす。このモータ軸２は、軸剛性に起因する共振特性を有する。摩擦要素２０はシール部材２５に相当するものであり、モータ軸２の周りに影響を及ぼす。
【００２１】
検出器４は、モータ１のモータ軸２の回転位置を検出する回転位置検出部である。検出器４は、モータ軸２の回転角度を回転位置として検出する。なお、検出器４は、モータ軸２の角速度を検出するようにもでき、これについては後述する実施の形態２において説明する。
【００２２】
制御部５は、目標角度値及び回転位置からモータ１へのモータトルク指令を生成する制御系である。この制御部５は、モータ１に取り付けられた検出器４が検出する回転位置情報にしたがって指令電圧を制御する。制御部５が軸摩擦を補償した電圧を出力することにより、モータ１は、補償された電圧で駆動対象物としての負荷３を駆動する。
【００２３】
また、制御部５は、図４に示すように、角度制御部としての制御器６と、加算回路７と、演算回路８と、摩擦推定器９を有する。
【００２４】
制御器６は、モータ軸２の回転角度について位置決めを行うものである。この制御器６は、入力される目標角度等の指令と、検出器４の信号を用い、モータ１へ与えるトルク指令（モータトルク指令）を計算する。加算回路７は、電圧加算器であり、制御器６から出力されるトルク指令値としての電圧と、摩擦推定器９から出力される補償信号としての電圧とを加算してその加算電圧を出力する。演算回路８は、信号演算器であり、目標角度を表す信号と、検出器４から出力される検出角度を表す信号との差分を演算し、その差分を制御器６に入力する。
【００２５】
本実施形態に係る摩擦推定器９は、回転位置とモータ１への印可電圧とに基づいて、外乱要素のうちのモータ軸２近傍に発生する摩擦トルクを推定し、摩擦トルクから印可電圧に加算される補償電圧を生成するものである。この摩擦推定器９は、後述するように、３つの外乱オブザーバを有し、各外乱オブザーバが推定する状態変数はトルクである。外乱オブザーバが摩擦トルクを推定することにより、摩擦推定器９は、モータ１に作用する摩擦外乱を推定する。
【００２６】
摩擦推定器９としての外乱オブザーバへの入力信号は、モータ角度検出値とモータ印加電圧との２つである。すなわち、外乱オブザーバが推定する元となる値は、モータ角度とモータ印加電圧の２つである。従って、本実施形態に係る摩擦推定器９は、角度検出値θとモータ印加電圧ｖとの２つの入力信号から摩擦値（摩擦トルク）を推定し、推定により求めた摩擦値から摩擦補償電圧ｖｏを出力する。これにより、摩擦推定器９は、外乱摩擦のうちのモータ軸２の周りに作用する摩擦外乱を推定し、推定した摩擦値を補正する。
【００２７】
また、モータ１と、検出器４と、角度制御部としての制御器６とによって、位置決め制御ループが形成されている。従って、本実施形態に係るサーボ制御装置は、位置決め制御ループと摩擦推定器９とを備えていることになる。さらに、制御器６と検出器４とによって、目標値と検出角度との差をフィードバックする制御系を有する。
【００２８】
これにより、摩擦推定器９は、検出角度θと、モータ印加電圧ｖを用いて軸の摩擦値を推定し、推定した摩擦値を補償するための摩擦補償電圧ｖｏを出力する。加算回路７は、制御器６から出力される位置決め制御電圧ｖｃと、摩擦推定器９から出力される摩擦補償電圧ｖｏとを加算し、加算して得たモータ印可電圧ｖをモータ１へ印加する。従って、摩擦トルクよりも大きいトルクがモータ軸２の周りに発生し、このトルクによって負荷３とつなげられたモータ軸２が駆動される。このようにして、位置決め制御ループが摩擦値を推定して補正し、軸摩擦が補償される。
【００２９】
摩擦推定器９についてさらに詳述すると、図５に示すように、反力トルク推定器１０と、指令トルク推定器１１と、駆動トルク推定器１２と、オブザーバフィルタ１３と、演算部１４、１５と、監視部１６とを備える。なお、これらの機能は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＩＣ、ＬＳＩ等により実現される。
【００３０】
反力トルク推定器１０は、回転位置、駆動対象物である負荷３の慣性モーメント及びバネ係数を用いて、負荷３からモータ軸２に加わる反力トルクを推定するものである。反力トルク推定器１０は、剛体系の反力トルク推定値を計算して出力する。
【００３１】
指令トルク推定器１１は、回転位置、印可電圧、モータ１のトルク定数、巻き線抵抗及び逆起電力定数を用いて、モータ軸２の周りに発生する指令トルクを推定するものである。指令トルク推定器１１は、モータ１の発生トルク推定値を計算して出力する。
【００３２】
駆動トルク推定器１２は、回転位置及びモータ１の慣性モーメントを用いて、負荷３に加わる駆動トルクを推定するものである。駆動トルク推定器１２は、負荷３に加わっている駆動トルク推定値を計算して出力する。
【００３３】
また、オブザーバフィルタ１３は、摩擦トルクに含まれる高周波数成分をフィルタリングする計算を行うものである。オブザーバフィルタ１３の機能は、ローパスフィルタにより実現される。オブザーバフィルタ１３は、反力トルク推定器１０、指令トルク推定器１１及び駆動トルク推定器１２を有するオブザーバが推定した摩擦トルクを補償するために変換されて得られる制御電圧又は制御信号に含まれる高周波成分によって、位置決め制御系が励起されないようにするために設けられる。また、オブザーバフィルタ１３は、摩擦トルクの推定誤差を調整するために、増幅係数を有している。
【００３４】
演算部１４、１５は、いずれも、信号演算器であり、反力トルク推定値、指令トルク推定値および駆動トルク推定値の加減算を行い、加減算したトルク推定値を出力する。
【００３５】
オブザーバによる摩擦外乱推定値として演算部１５から出力されるトルク推定値ないしはトルク推定値を表す信号又はデータは、オブザーバフィルタ１３においてフィルタリングされたトルク推定値に相当する電圧であり、この電圧が、摩擦補償電圧ｖｏとして出力される。
【００３６】
監視部１６は、摩擦トルクを監視するものである。本実施形態に係るサーボ制御装置は、モータトルクから決められる摩擦トルクの閾値と、計測された摩擦トルク値とを比較する。換言すれば、本実施形態に係るサーボ制御装置は、オブザーバが推定する補償トルクを監視し、補償トルクが閾値を超える場合には、軸摩擦が過大になったことを判別するモニタリング機能を備えている。従って、本実施形態に係るサーボ制御装置は、オブザーバによる摩擦推定から、軸摩擦の状態をモニタリングするため、シール等の変更や交換の要否の時期を判別可能となる。
【００３７】
上述の構成により、本実施形態に係るサーボ制御装置における軸摩擦の補償方法について詳述する。
【００３８】
本実施形態に係る反力トルク推定器１０は、負荷３の慣性モーメントＪＬ［Kg・m2］とバネ係数ＫＬ［Nm/rad］とを係数とし、また、角度検出値を変数として、負荷３からモータ１に加わる反力トルクτｒ［Nm］を推定する。すなわち、反力トルク推定器１０は、剛体系のモデルから反力を逆算するフィルタとして機能する。反力トルク推定器１０は、式１ａに示される伝達特性を有する。なお、ｓは複素周波数を表す。
【数１】
2008059362.tif 000003
【００３９】
ここで、反力トルクτｒは、回転の運動方程式から、式１ｂに示される関係で表される。
【数２】
2008059362.tif 000004
【００４０】
ところで、反力トルク推定器１０が推定器として構成される場合には、式１ｂの分母から決まる固有周波数と、角度検出値とがほぼ一致すると、反力トルクが非常に大きな値になる可能性がある。この可能性を緩和するために、反力トルク推定器１０における推定は、ｓの１次の項についての係数ζを導入して行われる。これにより、本実施形態に係るサーボ制御装置は、軸剛性による共振の影響を受けずに、摩擦推定が可能となる。
【００４１】
また、本実施形態に係る指令トルク推定器１１は、モータ１のトルク定数Ｋｔ［Nm/A］と、巻き線抵抗Ｒｍ［-］と、逆起電力定数Ｋｂ［V/rad/s］とを係数とし、また、角度検出値とモータ印加電圧ｖとを変数として、モータ１が負荷３に加えている指令トルクτｏ［Nm］を推定する。指令トルク推定フィルタ１１は、逆起電力を考慮したモータ指令電圧からモータ１で発生しているトルクを計算するフィルタとして機能する。指令トルク推定器１１は、式２で示される伝達特性を有する。
【数３】
2008059362.tif 000005
【００４２】
さらに、本実施形態に係る駆動トルク推定器１２は、モータの慣性モーメントＪｍ［Kg・m2］を係数とし、角度検出値を変数として、モータが負荷を駆動しているトルクτｄ［Nm］を推定する。駆動トルク推定器１２は、式３で示される伝達特性を有する。駆動トルク推定器１２は、負荷３に加わっているトルクを逆算するフィルタとして機能する。
【数４】
2008059362.tif 000006
【００４３】
推定された反力トルク、指令トルク及び駆動トルクから、摩擦トルクτｏｂｓについては、式４の関係が成立し、これにより、摩擦推定器９は、摩擦トルクを推定することが可能となる。
【数５】
2008059362.tif 000007
【００４４】
式４で推定された摩擦トルクτｏｂｓを補償するための制御出力は、式５に示される計算によって、摩擦トルクに相当する制御電圧に換算され、摩擦補償電圧ｖｏが得られる。
【数６】
2008059362.tif 000008
【００４５】
ここで、Fｏｂｓ（ｓ）は、式６で示されるオブザーバフィルタ１３の特性の一例である。この特性はローパスフィルタとして時定数Ｔｃをもつ。オブザーバフィルタ１３により、推定された摩擦トルクτｏｂｓに含まれる高周波成分が除去されるため、位置決め制御系の励起が防止される。また、摩擦トルクの推定誤差を調整するために、増幅係数Kｏｂｓを有している。
【数７】
2008059362.tif 000009
【００４６】
このようにして、本実施形態に係るサーボ制御装置は、計算した摩擦補償電圧ｖｏを位置決め制御電圧ｖｃと加算し、加算して得た電圧ｖをモータに印加することにより、摩擦トルクを補償して位置決め制御が可能となる。
【００４７】
上記の式４で推定された摩擦トルク値については、モータ軸２に加わる摩擦要素が取り替えられなければ同じ推定値が得られ続ける。しかし、シール部材２５が繰り返しモータ軸２に摺動することによりシール表面が変化し、このシール表面の経時変化により摩擦力が増大する可能性がある。駆動トルク推定器１２は、式４のように摩擦トルクを推定しているため、この摩擦トルクの推定値をモニタリングすることにより、軸摩擦の状態を監視することが可能である。
【００４８】
このように、モータ１に作用する摩擦外乱を推定する外乱オブザーバを有する摩擦補償器９を備えたことにより、モータ軸２の共振特性によって制限を受ける角度制御部の制御性能にかかわらず、モータ軸２による軸摩擦を抑圧する制御補償ができるようになり、位置決め精度と位置決め整定性とを改善することができる。
【００４９】
また、本実施形態に係るサーボ制御装置によれば、モータ軸２の回転位置を検出して得た検出量と、モータへ与えるトルク指令電圧を用いて、摩擦外乱を推定するため、付加センサが不要となり、コスト低減をすることが可能となる。
【００５０】
また、本発明によれば、軸の摩擦トルクを推定する外乱オブザーバを備えたことにより、補償トルクの監視による軸摩擦と駆動軸摩擦の変動とをモニタリングできるようになる。通常のサーボ制御装置は、推定された摩擦トルク値が、決められた閾値を超える場合には、摩擦補償を施したとしても、位置決め性能の仕様を満たすことができないが、本実施形態に係るサーボ制御装置によれば、シール部材２５の交換の必要性を判断することができるという効果を奏する。
【００５１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態１に係る検出器４は、モータ軸２の回転角度を回転位置として検出していたが、本発明の実施の形態２に係る検出器４は、他の値を検出するようにしている。
【００５２】
2008059362.tif 000010
【００５３】
また、本発明の実施の形態２のサーボ制御装置は、モータ１、角速度検出器である検出器４と角速度制御部である制御器６とを有する位置決め制御ループと、摩擦を推定し補正する摩擦推定器９とを備える。さらに、制御器６と検出器４とによって、目標値と検出角速度との差をフィードバックする制御系が構成される。
【００５４】
なお、これらの構成以外の実施の形態２に係るサーボ制御装置の構成は、実施の形態１に係るサーボ制御装置の構成と同じである。本発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置及び軸摩擦の補償方法も、本発明の実施の形態１に係るカメラ追従システムと同じカメラ追従システムに適用することができる。
【００５５】
2008059362.tif 000011
【００５６】
上述の構成により、本発明の実施の形態２に係るサーボ制御装置における軸摩擦の補償方法について説明する。
【００５７】
本実施形態に係る反力トルク推定器１０は、角速度検出値を変数として、負荷３からモータ１に加わる反力トルクτｒ［Nm］を推定する。この反力トルク推定器１０は、式７で示される伝達特性を有する。
【数８】
2008059362.tif 000012
【００５８】
ここで、ＪＬは負荷３の慣性モーメント、ＫＬはバネ係数を表す。
【００５９】
本実施形態に係る指令トルク推定器１１は、角速度検出値とモータ印加電圧とを変数として、モータ１が負荷３に加えている指令トルクτｏ［Nm］を推定する。この指令トルク推定器１１は、式８で示される伝達特性を有する。
【数９】
2008059362.tif 000013
【００６０】
ここで、Ｋｔはモータ１のトルク定数、Ｒｍは巻き線抵抗、Ｋｂは逆起電力定数を表す。
【００６１】
本実施形態に係る駆動トルク推定器１２は、速度検出値を変数として、モータ１が負荷３を駆動しているトルクτｄ［Nm］を推定する。この駆動トルク推定器１２は、式９で示される伝達特性を有する。
【数１０】
2008059362.tif 000014
【００６２】
ここで、Ｊｍはモータ１の慣性モーメントを表す。
【００６３】
また、摩擦推定は、角度検出によっても、あるいは速度検出によってもフィルタ特性を変えることにより成立する。
【００６４】
このように、本発明の実施の形態２のサーボ制御装置によっても、モータ１に作用する摩擦外乱を推定する外乱オブザーバを備えたことにより、モータ軸２の共振特性により制限される角速度制御部（制御器６）の制御性能にかかわらず、モータ軸２による軸摩擦を抑圧する制御補償ができるようになり、位置決め精度と位置決め整定性とを改善することができる。
【００６５】
また、本実施形態に係るサーボ制御装置における摩擦外乱の推定も、モータ軸２の回転位置の検出量とモータ１へのトルク指令電圧とを用いて行うため、付加センサが不要となり、コスト低減が可能となる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、補償トルクの監視による軸摩擦と駆動軸摩擦の変動とをモニタリングするため、やはり、シール部材２５の交換の必要性を判断することができる。
【００６７】
（変形例等）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、ＥＬ回転部２３やＡＺ回転部２１には、ギア機構を介装することもできる。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６９】
本発明は、ＩＴＶ（Industrial Television）カメラやカメラシーカー、そして自動測量器等の外界から内蔵のカメラ等の電子機器を保護するために、駆動するモータ軸にシール部材を装着するような追尾カメラシステムにおいて実行される位置決めシステムに用いることができる。
【００７０】
近年、空港やプラントなど大型施設、及び発電所や水道施設などのライフラインに関わる施設での保安設備、並びにＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）などの交通情報支援システムなどにおいて、ＩＴＶカメラ等を用いて対象物を追跡し、継続した監視や詳細な情報を入手するシステムが多く商品化されている。これらのシステムは、地上設置型だけでなく、プラットホームとして車両、船舶又は航空機などを想定し、小型かつ耐振性を考慮した構造で、振動や動揺に対する外乱抑圧を行っている。更に、複数の対象物を順次、追跡できるように、旋回速度を高速化し、対象物への指向を短時間に行えることが重要になってきている。これらのシステムにおいては、カメラの向きを対象物に追従させる手法として、モータ等を用いてカメラの支持部材に取り付けられた軸を回転させている。対象物へのカメラの向きは、モータ軸の回転角度が所望の角度になるようにして決められる。本発明によれば、各種のシステムに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るカメラ追従システムの外観の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るモータ軸の模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るサーボ制御装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る制御部を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る摩擦推定器の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…モータ、２…モータ軸、３…負荷、４…検出器（回転位置検出部）、５…制御部（制御系）、６…制御器、７…加算回路、８…演算回路、９…摩擦推定器（オブザーバ）、１０…反力トルク推定器、１１…指令トルク推定器、１２…駆動トルク推定器、１３…オブザーバフィルタ、１４，１５…演算部、１６…監視部、２０…摩擦要素、２１…ＡＺ回転部、２２…支持部材、２３…ＥＬ回転部、２４…ベース部、２５…シール部材。
【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１】
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